杜江淮

(安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院　電氣工程系，安徽　合肥　230011)

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一種基于單片機(jī)系統(tǒng)的便攜式數(shù)字穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

杜江淮

(安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，安徽合肥230011)

摘要：文章以STC12C5410AD型單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一種數(shù)字穩(wěn)壓電源電路，該電路可通過(guò)鍵盤進(jìn)行電壓的調(diào)整，效率高，適用性好，方便實(shí)用，便于攜帶。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；鍵盤控制；數(shù)字穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電源是用電器必不可少的能源動(dòng)力,一般要求其有較高的穩(wěn)定性和實(shí)用性?，F(xiàn)代生活中，穩(wěn)壓電源既要能滿足各種場(chǎng)合的使用，也要便于攜帶，所以針對(duì)不同的低壓用電器要設(shè)計(jì)不同的輸出接口，實(shí)現(xiàn)一源多用。在旅行中可能遇到不同的交流電網(wǎng)，在設(shè)計(jì)中還要考慮其適應(yīng)較寬的電源波動(dòng)范圍，并能在多種電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)控。[1]以單片機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字電路具有快捷的傳輸特性,具有非常強(qiáng)的可調(diào)性，也方便控制，特別是單片機(jī)的技術(shù)成熟，市場(chǎng)應(yīng)用廣，價(jià)格低廉，因而制作成本也很低廉。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開關(guān)電源，提高其功率器件的工作效率顯得十分必要。傳統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)，受制于功率器件的性能，電源效率并不高。隨著更高開關(guān)頻率的電力電子器件的涌現(xiàn)，通過(guò)采用新型的電路拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)，使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，大大提高了開關(guān)電源的效率。[2]

1.1數(shù)字穩(wěn)壓電源的方框圖

圖1為基于STC12C5410AD的數(shù)字穩(wěn)壓電源的方框圖，該電路主要由DC/DC轉(zhuǎn)換器、濾波器、LM7805、STC12C5410AD型單片機(jī)、四位數(shù)碼管顯示器、鍵盤控制等幾部分組成。其中STC12C5410AD型單片機(jī)自帶A/D采樣、PWM系統(tǒng)的STC12C5410AD型單片機(jī)，利用A/D采樣檢測(cè)系統(tǒng)可以隨時(shí)對(duì)輸出的電流電壓進(jìn)行檢測(cè)，改變PWM中的方波脈沖的占空比從而控制輸出電壓。向電路中輸入24V的直流電壓，再經(jīng)過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器將24V的直流電壓轉(zhuǎn)換成5-10V的直流電壓。濾波器對(duì)輸出的電壓的紋波、噪聲進(jìn)行改善。線性變換開關(guān)LM7805輸出電壓+5V為單片機(jī)提供正常工作電壓，穩(wěn)壓電源的輸出電壓用四位數(shù)碼管來(lái)顯示。

圖1數(shù)字穩(wěn)壓電源的方框圖

1.2數(shù)字穩(wěn)壓電源的原理圖

1.2.1輔助電源和DC/DC轉(zhuǎn)換電路

圖2是輔助電源和DC/DC轉(zhuǎn)換電路，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用+5V電源供電，由三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓輸出經(jīng)濾波得到直流+5V電源。C1、C2的作用是濾除輸入24V電壓的紋波，C7的作用是濾除輸出電壓的紋波；C5、C6則是濾除電路中的高頻噪聲。DC/DC轉(zhuǎn)換電路主要是利用大功率晶體管TIP147來(lái)實(shí)現(xiàn)的，VT1是工作在開關(guān)狀態(tài)的，由于其導(dǎo)通角小因而其效率高(可達(dá)75%以上)，耗損低，管子發(fā)熱量小。電路的工作過(guò)程是：當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，VT1導(dǎo)通，保證了VT2的導(dǎo)通條件，電流從VT2的集電極流出對(duì)電感L1，電容C4充電并對(duì)負(fù)載供電，當(dāng)PWM低電平時(shí)，VT1、VT2停止，此時(shí)電感L1和電容C4放電向負(fù)載供電，通過(guò)續(xù)流二極管SB560形成閉合回路。[3]

圖2輔助電源和DC/DC轉(zhuǎn)換電路

1.2.2濾波電路

1.2.3電壓采樣電路

圖3的電壓檢測(cè)電路采用同相跟隨運(yùn)放構(gòu)成，考慮到電路輸出5～10V，而單片機(jī)采樣最高值為5V，所以在輸入端通過(guò)R8、R9進(jìn)行分壓衰減，采樣值范圍為1～2V。

圖3電壓檢測(cè)電路

1.2.4電流采樣電路

圖4是電流監(jiān)控采樣電路，當(dāng)負(fù)載電流為1A時(shí)，其在采樣電阻R11、R12上產(chǎn)生的壓降為0.1V，當(dāng)負(fù)載電流為2A時(shí)，采樣電壓為0.2V，電路放大倍數(shù)為25倍，滿足了A/D取樣的要求。

圖4電流檢測(cè)電路

1.2.5數(shù)碼顯示電路

本設(shè)計(jì)采用四位共陰數(shù)碼顯示電路，為了增加單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，使用了74HC245芯片。數(shù)碼管位驅(qū)采用四個(gè)NPN晶體管。

1.2.6控制系統(tǒng)

為了最大程度利用單片機(jī)系統(tǒng)資源，我們選擇了集PWM控器和A/D轉(zhuǎn)換于一體的STC12C5410AD增強(qiáng)型單片機(jī)。系統(tǒng)控制如圖5所示。其中四個(gè)按鍵KEY0～KEY3分別實(shí)現(xiàn)電壓和電流切換顯示、設(shè)置PWM寄存器初始值以及實(shí)現(xiàn)占空比的增減，主要實(shí)現(xiàn)：

(1)通過(guò)輸出一定占空比的PWM信號(hào)控制輸出電壓。

(2)通過(guò)對(duì)輸出電壓和負(fù)載工作電流的采樣，監(jiān)控電壓、電流的波動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)整PWM信號(hào)維持輸出電壓的穩(wěn)定，系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)。

(3)根據(jù)鍵盤輸入指令，完成電壓的手動(dòng)調(diào)整。

(4)驅(qū)動(dòng)一組共陰極的四位數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示電壓/電流值。[4]

2軟件編程

本設(shè)計(jì)電路的關(guān)鍵程序有：A/D采樣，顯示按鍵查詢，中斷服務(wù)，PWM信號(hào)產(chǎn)生等，由于篇幅有限，現(xiàn)給出PWM程序框圖及參考程序代碼如下：

圖5單片機(jī)系統(tǒng)部分

2.1PWM流程圖

2.2PWM輸出C語(yǔ)言示例

void main(void)

{

CMOD=0x02;//Setup PCA timer

CL=0x00;

CH=0x00;

CCAP0L=0xc0;//Set the initial value same as CCAP0H

CCAP0H=0xc0;//25% Duty Cycle

CCAPM0=0x42;//0100,0010 Setup PCA module 0 in PWM mode

CR=1;//Start PCA Timer.

while(1);

}

3測(cè)試結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

[1]陳永真，孟麗因.高效率開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008：511.

[2]陳順舉，鐘川源.集成專用驅(qū)動(dòng)器在開關(guān)電源中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007(20)：35.

[3]張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004：3.

[4]趙秋.電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作教程(第2版)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2003：99.

[5]劉凱.基于Atmega16的數(shù)控步進(jìn)電源的設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2012(6)：40.

(責(zé)任編輯：楊陽(yáng))

收稿日期：2016—05—08

基金項(xiàng)目：2015年省級(jí)質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目“基于CDIO模式下現(xiàn)代電子類實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革與實(shí)踐”(2015jyxm549)

作者簡(jiǎn)介：杜江淮(1974—)，男，安徽合肥人，安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化。

中圖分類號(hào)：TN86

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672—9536(2016)02—0018—04

Abstract：Based on the type STC12C5410AD microcontroller we designed a digital stabilized voltage supply circuit.The circuit can adjust the voltage with the keyboard，and it has the advantage of high efficiency，good applicability，convenient and being portable.

Key words：MCU; keyboard control; digital regulated power supply