基于ATC51的新型數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)目前的電源普遍存在輸出恒定、精度較差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的新型數(shù)控直流電源。主要分為電源模塊，單片機(jī)控制模塊，數(shù)碼管、按鍵模塊和PWM波輸出驅(qū)動(dòng)模塊這4部分。首先通過(guò)鍵盤(pán)輸入預(yù)期的電壓值，單片機(jī)根據(jù)輸入值輸出不同占空比的PWM波，控制可控穩(wěn)壓芯片LM317的輸出，輸出結(jié)果在數(shù)碼管上顯示。在整個(gè)系統(tǒng)中，由專(zhuān)門(mén)的電源穩(wěn)壓模塊提供穩(wěn)定電壓以減小誤差。輸出電壓范圍為0．00～15．00V，電流范圍0．1 A，誤差不超過(guò)5％，具有使用靈活、精度高、工作穩(wěn)定，成本低的優(yōu)點(diǎn)，適宜推廣使用。
關(guān)鍵詞：電源；單片機(jī)；ATC51；數(shù)控：PWM波

在各種電子設(shè)備中，電源是一種必不可少的儀器。隨著科技的進(jìn)步，電子設(shè)備逐漸綜合化，復(fù)雜化，對(duì)電源部分使用的靈活性和精度都提出了更高的要求。
目前所用的電源大多是只有固定電壓輸出(例如常用的有：±5 V、±12 V或±15 V)，其缺點(diǎn)是輸出電壓不可人為地改變，輸出精度和穩(wěn)定性都不高；在測(cè)量上，傳統(tǒng)的電源一般采用指針式或數(shù)字式來(lái)顯示電壓或電流，搭配電位器調(diào)整所要的電壓及電流輸出值。若要調(diào)整精確的電壓輸出，須搭配精確的顯示儀表監(jiān)測(cè)；又因電位器的阻值特性非線性，在調(diào)整時(shí)，需要花費(fèi)一定的時(shí)間，而且會(huì)產(chǎn)生漂移。市場(chǎng)上銷(xiāo)售的數(shù)字可調(diào)電源成本較高，使用也不方便。
針對(duì)這一現(xiàn)象，本文提出了一種基于AT98C51單片機(jī)的新型數(shù)控直流電源。
鍵盤(pán)輸入控制輸出電壓值，數(shù)碼管顯示輸出電壓值。輸出電壓范圍0．00～15．00 V，電流范圍0～1 A，輸出電壓的精度為百分位，誤差小于0．5％。具有使用靈活，精度高，工作穩(wěn)定，成本低的優(yōu)點(diǎn)，適宜推廣使用。

1 硬件電路組成及工作原理
1．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)分為電源模塊，單片機(jī)控制模塊，數(shù)碼管、按鍵模塊和PWM波輸出驅(qū)動(dòng)模塊4部分組成。電源模塊主要由外接不可控電源和二級(jí)濾波電路組成PI型濾波電路；單片機(jī)控制模塊主要由AT98C51單片機(jī)及其外圍電路組成；數(shù)碼管、按鍵模塊包括數(shù)碼管顯示部分和鍵盤(pán)輸入部分；PWM波輸出驅(qū)動(dòng)模塊主要由穩(wěn)壓芯片LM317，三極管及其配套電路組成。本數(shù)控直流電源通過(guò)按鍵控制單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)級(jí)(三極管)的線性放大，來(lái)控制穩(wěn)壓芯片LM317的ADJ控制端口，通過(guò)調(diào)節(jié)其占空比對(duì)電容進(jìn)行充放電實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，從而調(diào)節(jié)輸出電壓，最后通過(guò)數(shù)碼管顯示。各部分的電源由電源模塊提供的穩(wěn)壓輸出提供。本系統(tǒng)還可以通過(guò)串行口實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)和數(shù)字電源之間的通訊，人機(jī)交互圖形用戶界面(GUI)可以是設(shè)計(jì)人員按照計(jì)算機(jī)屏幕上的指示的步驟，通過(guò)選擇參數(shù)來(lái)對(duì)電源電壓，電流閥值與響應(yīng)，軟啟動(dòng)，容限，環(huán)路補(bǔ)償?shù)墓δ艿墓芾砉ぷ?，也可以通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)定。

1．2 電源模塊
電源模塊是通過(guò)外部輸入20 V的不可控電壓輸入，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管系統(tǒng)提供電源保證。LM78012是12 V的穩(wěn)壓芯片，輸出12 V的穩(wěn)定電壓，提供給輸出驅(qū)動(dòng)模塊LM317的輸入級(jí)。LM7805是5 V的穩(wěn)壓芯片，提供穩(wěn)定的5 V電壓，提供給單片機(jī)的電壓輸入端。VD2為二極管串入，起保護(hù)作用，防止輸入反極性時(shí)燒毀電路芯片。C9，C5，C12n，C6，C7，C3為濾波電容，阻值如圖2所示，組成PI型二階濾波電路，消除電源紋波的干擾影響。