一種新型的數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源的電路研究

一、數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源原理介紹

1.方案分析與選擇

方案一：數(shù)控部分用單片機(jī)帶動(dòng)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供線性穩(wěn)壓電壓的參考電壓。

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于單片機(jī)，系統(tǒng)工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度要求較高，設(shè)計(jì)成本低。

缺點(diǎn)：功耗較大，LED數(shù)碼管輸出顯示不是系統(tǒng)的精確輸出電壓，須對(duì)它進(jìn)行軟件補(bǔ)償。

方案二：數(shù)控部分用AVR單片機(jī)的PWM組成開(kāi)關(guān)電源，再利用AVR的AD轉(zhuǎn)換對(duì)輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，利用軟件進(jìn)行電壓調(diào)整以達(dá)到穩(wěn)壓。

優(yōu)點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓的大部分工作由軟件完成，對(duì)單片機(jī)的運(yùn)行速度要求很高，利用手頭的ATmaga16L單片機(jī)最高8MHz工作頻率很難達(dá)到速度要求。對(duì)軟件要求較高，功耗小。

缺點(diǎn)：輸出紋波電壓較大，對(duì)軟件的要求很高。

方案二簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)起初對(duì)設(shè)計(jì)者很吸引，但是后來(lái)了解到AVR單片機(jī)的PWM的精度用于開(kāi)關(guān)電源比較勉強(qiáng)，而且開(kāi)關(guān)電源有個(gè)通?。杭y波電壓大，考慮到設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)電源的功耗要求不是很?chē)?yán)，同時(shí)為了保證紋波足夠小也鑒于自身對(duì)于51單片機(jī)和線性電源較為熟練，故選擇方案一。

2.總體設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，利用4×4鍵盤(pán)輸入數(shù)字量，通過(guò)控制單元輸出數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器(DA0832)輸出模擬量，最后經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著輸出功率管的基極電壓的變化，間接地改變輸出電壓的大小。

二、數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要圍著AT89S5 2單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元用P R O T E L99SE設(shè)計(jì)軟件來(lái)布線的，其中還用到了模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片DAC0832、外部存儲(chǔ)芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩陣式鍵盤(pán)、數(shù)碼管等其他器件?？傮w框圖考慮到各個(gè)元件的電氣特性，例如元器件之間的干擾問(wèn)題，接地問(wèn)題，布線問(wèn)題等，本系統(tǒng)將硬件電路設(shè)計(jì)分為數(shù)字部分和模擬部分。

(一)穩(wěn)壓電源數(shù)字部分電路

穩(wěn)壓電源數(shù)字部分電路即單片機(jī)外圍接口電路主要包括：DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、EEPROM接口電路、鍵盤(pán)接口電路、揚(yáng)聲器接口電路、復(fù)位電路、晶振電路及數(shù)碼管顯示部分電路。

1.單片機(jī)外圍接口總電路

單片機(jī)AT89S52與外圍器件的接口總電路如圖1所示，下面將各部分電路介紹，AT89S52的P0、P2.5-P2.7接數(shù)碼管輸出顯示部分電路，其中P0口用來(lái)輸出字段碼;P2.5-P2.7用來(lái)輸出數(shù)碼管選通位信號(hào);P2.0、P2.2分別接外部存儲(chǔ)芯片24C01的數(shù)據(jù)線(SDA)和時(shí)鐘線(SCL);P2.3接揚(yáng)聲器電路，為執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA/VPP必須接VCC.

AT89S52的P1口與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832相連接，用來(lái)輸出數(shù)字量信號(hào);RST為復(fù)位腳，用來(lái)輸入復(fù)位信號(hào)，同時(shí)它還與P1.5-P1.7一起用作ISP下載端口;P3口用做鍵盤(pán)信號(hào)輸入端口，XTAL1、XTAL2接晶振電路。

2.單片機(jī)外圍電路接口電路

主要有：24C01與單片機(jī)AT89S52接口電路、4×4矩陣鍵盤(pán)接口電路、揚(yáng)聲器電路、AT89S52單片機(jī)復(fù)位電路及外部晶振電路、數(shù)碼管顯示部分電路。下面簡(jiǎn)單介紹一下存儲(chǔ)芯片。

穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中利用它存儲(chǔ)電壓輸出值，實(shí)現(xiàn)掉電保存當(dāng)前電壓值的功能。它的引腳1、2、3、4、7接地;8腳接+5V;5腳與6腳分別接單片機(jī)的P2.0、P2.2的同時(shí)接5.1K上拉電阻后再接+5V(因連接總線的器件的輸出端必須是集電極或漏極開(kāi)路，以具備線“與”功能)。