关键词：单片机；直流稳压；可调电源
就传统的直流稳压电源来说，其电源所对应的输出电压主要是在相应的粗调波断开关和细调电位器的情况下实现调节功能的，并通过电压表的知识电压值大小进行实现。就这种直流稳压电源来说，其实际使用过程中存在一定的不足和缺点，主要表现为不易调准，电位器易磨损，读数不直观，稳压精度较低等情况，而且电路构成较为复杂，体积较大。而基于单片机控制的直流稳压电源的应用则可以将上述问题进行有效改善。
1.电源的特点和功能
此电源有两个调压元件，第一级调压元件是选取可控硅，第二级调压元件是选取LM317、LM337稳压电源芯片，电阻网络的电阻的改变方式是控制继电器，此控制方法采取AT89S51单片机，进而对调节元件的外围参数进行改变，从而得到可调节电压（步长为2~18V、0.1V），最大1A的驱动能力，同时显示输出电流大小和电源电压的数值。电源主要有一下几个特点：
（1）电路具有双重保护功能。在软件中设置过载保护，同时在电阻的前端增加1A保险，以避免由于负载造成短路，破坏三端稳压芯片[1]。
（2）电压输出采取两组相互隔离方法。其中一组输出是固定的，固定电压为+5V；另一组是可调节的电压，电压为正负步长0.1V，输出的范围保持在±2~±18V，负载最大设置为1A，同时规定实际的输出电压的误差在0.05V以内。
（3）为了避免掉电之后重新上电的电压数值过高，对用户设备造成损坏的现象发生，此电源具有记忆装置，保存了掉电之前用户所设置的电压数值，断电之后重新上电是用户不需要对电压数值进行设置，给用户更好的使用效果。
（4）此电源降低了稳定电源芯片LM317、LM337的损耗情况，同时也可以调节压力数值，方法是采取可控硅导通角（BT151），对整流之后的输出电压的平均数值进行改变。
2.单片机介绍
单片机主要是指一种集成电路芯片，在实际应用过程中，主要是将超大规模集成电路技术进行应用，并将具有数据处理能力的中央处理器CPU进行应用，同时其中还包括多种I/O口和中断系统，只读存储器，随机存储器RAM，定时器等， 可能还包括脉宽调制电路，显示驱动电路，A/D转换器等电路和模拟多路转换器等。将其集成到一块硅片上，使其形成一个体积较小，但是较为完善的微型计算机系统，主要被应用在工业控制领域中，并且应用范围较为广泛。从上个世纪80年代开始，便由当时的4位，8位单片机，发展到现在的300M高速单片机。
从20世纪开始，单片机就开始使用，逐渐发展，随着科学技术的不断发展进步，其技术已经逐渐成熟，使得其在各个领域得以广泛应用，单片机也被叫做单片微控器，单片机在实际应用过程中，可通过对智能电子设备中的数据进行不断收集，对设备当前所处于的较低负载情况进行判断，将其电压和电流的输出进行有效控制，实现节能目的，同时，单片机可以实现对能耗节奏的可控制等，从而实现对各项功能的保证。在采用单片机制作直流稳压可调电源时，可通过对直流电压的稳定性进行监测，判断其电源电压的稳定性，进而实现对电源的有效控制，其应用意义显著，可有效保证电源的供电效果，保证电压稳定性，在各项工业上具有较为广泛的应用前景[2]。
3.硬件电路设计
硬件电路主要包括以下几个部分，变压器、整流滤波电路、正负压差控制电路、稳定及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存取电路、单片机、键盘显示和程序下载电路等，硬件原理具体如下图（图1）。
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（1）压差控制电路。此电源为了降低稳定电源芯片LM317、LM337的损耗情况，输入端和输出端的电压差必须得到有效的控制，所以压差控制电路采取了可控硅RT151和单结晶体管BT33积分电路（RPC3），具体如下图（图2），同时电路的正负端是需要完全对称。
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继电器控制电路如下图（图4）
（2）稳定及输出电压的控制。稳压电路如下图（图5），它是由两组芯片组成，其中一组是LM317三端稳压芯片其中负端为LM337，另一组为外端芯片，电阻R1上需要的固定电压为1.25V，为了使起始电压到达2V，需要在此电路之中串联电阻R2，其中电阻R2的大小是决定起始电压大小的关键，其最小电压为1.25V，通过测量就算得出最适合的电阻R2的阻值[3]。
输出电压控制电路的电阻网络采用图3相同的电阻网络，同时控制电路中使用了8个继电器（TQ-12），这是与压差控制电路的主要差别。
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（3）电压电流采样电路。电压电流采样电路如下图（图6），它是由两个部分组成，其中一个是运行LM324，另一个是串行AD0834。AD0834是4通道8位逐次逼近的多路串行模式的转换器，输出与TTL和CMOS兼容[4]。
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（4）断电前重要数据存取电路。此电源对于用户的使用做了更好的处理，更加方便用户使用，设置了重要数据存取电路，在断电之前会保存当前所设置的电压数值，同时此电源也有效的避免了由于电压过高对于用户设备的损坏情况的发生。其中在单机系统中被广泛应用的电压监测和复位电路芯片是X5045，它把上电复位、看门狗定时器、电压监控和E2PROM这四种功能进行整装结合，同时此装置可以有效的减低系统的成本，同时节约了电路板的空间。其中看门狗定时器和电压监控是为了对系统起到保护作用而设置的，E2PROM用来保存单片机系统中的重要数据而设置的[5]。本设计工作中，主要是在进行软件设置的基础上，在每次进行电压设置结束后，将相关数值写入到X5045的某个内存单元中，而这时的系统的则会在得到初始化恢复的过程中，将上一次所保存的相关数值在单片机中进行保存，而单片机则需要根据数值对电阻网络进行控制，从而保证将所需要的电压值进行获取。
4.软件设计
使用C51对软件进行编程，此系统工作的流程图如下图（图7），键盘对电压电压设置是采用对外部中断，对于负载瞬间的过载保护采用定时器中断。
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5.结束语
本篇文章是根据AT89S51单片机的设计思路，分析主要硬件电路，并同时给出详细的软件流程。测试结果表明单机片制作的直流稳压电源的制作成本更低、相较于普通的直流稳压电源其精准度更高、其更加稳定，对于传统直流稳压电源来说，其性能更好，同时使用简单，且成本更加经济低廉，更加适合一般的教学使用和科研使用。
参考文献：
[1]胡桂阳,卢月琼,李昌禧. 用单片机制作的直流稳压可调电源[J]. 电子世界,2005(12):25-26.
[2]景希. 基于单片机的100kV高压直流电源的研制[D].南京信息工程大学,2012.
[3]颜增显. 基于单片机数控直流可调电源设计[J]. 广西轻工业,2011,27(05):45-47.
[4]朱超,宋莉莉,孙万麟. 基于AT89S52直流稳压电源的电路设计[J]. 电子设计工程,2016,24(12):131-134.
[5]印月,王栋,高策,舒心,樊金柱,田宇. 在线可调电源模块的设计与实现[J]. 实验科学与技术,2018,16(03):1-3+8.
论文作者:伊敏晟
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：电压论文; 单片机论文; 电源论文; 电路论文; 可调论文; 数值论文; 电阻论文; 《当代电力文化》2019年 20期论文;