一種基于單片機(jī)的穩(wěn)壓電源硬件設(shè)計(jì)

1、    一種基于單片機(jī)的穩(wěn)壓電源硬件設(shè)計(jì)    巢琥卞光榮張沿磊摘要：直流穩(wěn)壓電源一般工作原理是：220v/50hz的市電經(jīng)過變壓器變壓將市電電壓轉(zhuǎn)換成所設(shè)計(jì)的電壓，然后送穩(wěn)壓電路，由穩(wěn)壓電路對輸出電壓進(jìn)行初步穩(wěn)壓，降低輸入與輸出之間的管壓降，減少功耗，提高直流電源的工作效率。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電路；功耗；工作效率0引言直流穩(wěn)壓電源必須經(jīng)過穩(wěn)壓電路和濾波電路后才能得到電壓基本穩(wěn)定、紋波相對較小的直流電，通過控制電路精確快速調(diào)整后，得到穩(wěn)壓精度和性能符合標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓。再經(jīng)過濾波器濾波后，得到所需要的輸出直流電。1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從實(shí)用性、精確度和檢測設(shè)備實(shí)際等多方

2、面考慮，采用單片機(jī)技術(shù)對電路進(jìn)行處理，具有低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，采用單片機(jī)技術(shù)的穩(wěn)壓電路?？傮w設(shè)計(jì)方案主要為利用at89c52單片機(jī)作為控制模塊，電源模塊運(yùn)用直流穩(wěn)壓電源的工作原理，為轉(zhuǎn)換電路提供所需的工作電壓；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器等元件將電信號進(jìn)行處理，最終輸出滿足條件的電壓值。上述組合配合鍵盤掃描模塊、lcd顯示模塊等其他組件，把220v、50hz交流電實(shí)現(xiàn)低電壓直流0到30v可調(diào)輸出。硬件設(shè)計(jì)由at89c52單片機(jī)作為控制中心。由電源電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、顯示電路和鍵盤電路等部分共同組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。2t89c52型單片機(jī)簡述單片機(jī)的主控系統(tǒng)如

3、下圖所示。xtal1引腳和xtal2引腳接時(shí)鐘電路，xtal1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)為振蕩器倒相放大器的輸入，xtal2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)為振蕩器倒相放大器的輸出。1kst引腳為復(fù)位端，接在電容與p1.0p1.1、電阻并聯(lián)處ea引腳為接地端。p1.2三端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器5615相連，右側(cè)接口分別與顯示電路（ado-ad7、a8-a10）和按鍵電路（a13、a14）相連。3鍵盤電路如圖所示，鍵盤電路有“+”、“-”兩個(gè)按鍵，分別同單片機(jī)p2.5、p2.6端口相連。按鍵功能顧名思義：“+”表示增加電壓值、“-”表示減少電壓值，按鍵一次改變的電壓值為0.1v。電路主要由2個(gè)

4、10k的電阻組成，當(dāng)有鍵按下時(shí)，電路中出現(xiàn)通路產(chǎn)生電流，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，單片機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分別將數(shù)字信號傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換器5615和lcd顯示器。4顯示電路設(shè)計(jì)的顯示電路主要應(yīng)用lcd液晶顯示屏，考慮到液晶顯示屏顯示效果好，清晰直觀，性價(jià)比高。標(biāo)識端口d0到d7端口作為數(shù)據(jù)輸入端，標(biāo)識端口e、1kw、1ks作為控制信號輸入端。顯示屏上面共顯示“input”、“output”兩個(gè)數(shù)值，“input”為單片機(jī)發(fā)送給5615的數(shù)值，“output”為外輸出的電壓值。其電路連接如圖所示：5電源電路本設(shè)計(jì)的電源電路主要包括降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓共四部分。工作主要通過外接電源輸入220v、50hz

5、交流電，經(jīng)過處理后，為轉(zhuǎn)換電路輸出工作所需的5v、±15v、30v、32v五個(gè)電壓值，最大工作電流為iomax為1a，其主電路圖詳見附錄b。由于電路圖比較大，分為上下兩部分電路著重對各組成進(jìn)行分析闡述。電源電路（上）如下所示，其工作目標(biāo)為輸出5v和±15v三個(gè)電壓值。（1）降壓。此處的電源變壓器（tr1）起降壓作用，將220v交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧牡蛪航涣麟?。?）整流。電路的作用是將交流降壓電路輸出的大小、方向都變化的低電壓交流電轉(zhuǎn)換成單相脈動(dòng)直流電。（3）濾波。電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用，其特點(diǎn)是電路簡單，輸出脈動(dòng)較小，輸出電壓平均值大，但輸出

6、電壓隨負(fù)載變化較大。（4）穩(wěn)壓。經(jīng)過濾波電路，輸出電壓雖已變得平滑，但輸出電壓會隨負(fù)載變化較大，后面需接穩(wěn)壓電路。根據(jù)本設(shè)計(jì)條件，穩(wěn)壓器選用型號為lm7815、lm7915和lm7805的三端固定穩(wěn)壓器各一個(gè)，分別用于輸出三個(gè)電壓值電源的穩(wěn)壓。電源電路如下所示，其工作目標(biāo)為輸出32v和30v兩個(gè)電壓值。經(jīng)濾波之后，一條支路直接將32v電壓輸出，供數(shù)模轉(zhuǎn)換電路lm317穩(wěn)壓器使用；另一支路連接lm317穩(wěn)壓器，并與電阻r2和r1并聯(lián)，所輸出電壓為：u新=32v×r2/（r1+r2）=30v，通過計(jì)算可得r1：r2=1：23，由電路需滿足負(fù)載要求，應(yīng)選阻值較大電阻，使電壓更穩(wěn)定，因而選擇

7、r1=200，r2=4600。電容c2在輸出前用于濾除小波紋，電路輸出直流30v電壓，供數(shù)模轉(zhuǎn)換電路opa454運(yùn)算放大器輸入。6數(shù)模轉(zhuǎn)換電路本電路用于將數(shù)控部分傳遞來的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，也就是我們通常說的數(shù)模轉(zhuǎn)換（d/a轉(zhuǎn)換）。由于本電路圖較長，分為前后兩部分來闡述。首先介紹下應(yīng)用的幾個(gè)元件。（1）tlc5615串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器：輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓值的兩倍，并帶有上電復(fù)位功能（把dac寄存器復(fù)位至全零）。（2）lm324四運(yùn)算放大器：具有真正的差分輸入，其最主要的優(yōu)點(diǎn)是可工作在低至3v或者高至32v的電源下，共模輸入范圍更是包括了負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采

8、用外部偏置元件的必要性。其應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器。（3）opa454運(yùn)算放大器：它是一種低成本的運(yùn)算放大器，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，可以有效輸出10100v范圍內(nèi)的電壓值，并允許運(yùn)用在標(biāo)準(zhǔn)低壓邏輯電路中。采用此器件，主要用于電路的最后一級放大。（4）lm317集成穩(wěn)壓模塊：最廣泛的電源集成電路之一，有固定式三段穩(wěn)壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)。此外，還具有調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點(diǎn)。其輸出電壓范圍為1.2v到37v，能夠提供超過1.5a的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。工作原理（b）：模擬電壓信號在電路中經(jīng)過lm324運(yùn)算放大器進(jìn)行了兩次運(yùn)放后，傳輸?shù)诫娐泛蟀氩糠帧５谌夁\(yùn)算器（u7：c）進(jìn)行反向運(yùn)放工作，將輸出電壓極性反向，目的是配合lm317穩(wěn)壓器的外輸出電壓初始值（1.2v），確保工作電壓輸出穩(wěn)定，電阻r9、r10取稍大值10 k；第四級運(yùn)放（u3：a）換用了opa454運(yùn)算放大器，與lm324不同的是，它能夠有效地輸出高值電壓，避免電路工作受限。電阻r3、r4取值各10k，根據(jù)比值運(yùn)算，能夠?qū)⑤敵龅碾妷褐捣糯笠槐?。之后將電信號輸入到lm317穩(wěn)壓器中進(jìn)行處理，處理后將電壓穩(wěn)定輸出。輸出電壓后，c9（100f）和c4（0.1f）濾波電容由于電容值相差較大，使得