數字反饋控制技術實現直流穩(wěn)壓電源設計

　　直流穩(wěn)壓電源是電子技術領域不可缺少的設備。目前，直流穩(wěn)壓電源已朝著多功能和數字化的方向發(fā)展，本文以單片機為核心，結合數字反饋控制技術。該電路具有電壓調整簡便，讀數直觀，電壓輸出穩(wěn)定，便于智能化管理的特點，有效地克服了傳統電源的不足。

　　1 系統功能系統

　　電壓調節(jié)范圍為0一12V，最大輸出電流2A，具有過載和短路保護功能。數字顯示有4位，其中1位功能顯示，另3位顯示輸出電壓以及電路參數設定值。鍵盤設有4個鍵，功能選擇鍵，步進增減鍵以及確認鍵。功能選擇鍵用于啟動參數設定狀態(tài)，步進增減鍵用于設定參數數值，確認鍵用于輸入設定值電源開機設定值為前次使用值。此時按鍵，則電壓顯示值出現閃爍現象，表示進人參數設定狀態(tài)。通過按鍵功能選擇可在不同的設定參數之間切換，再按確認鍵進人設定狀態(tài)，通過增減鍵改變設定值，按確認鍵輸入設定值。系統設有自動識別功能，將不接受超出使用范圍的設定值。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 電路原理

　　電路系統結構如圖1所示，系統選用AT89C51單片機為控制核心，外部擴展一片電擦除2864存儲器用以實現斷電參數存儲功能。單片機計算設定值與AID轉換采樣反饋值的偏差以及偏差的變化率，得出相應的輸出值，由D/A轉換電路變換為模擬量去驅動電壓輸出控制電路，從而使電壓穩(wěn)定在設定值。

　　2.2 顯示輸出及按鍵輸入電路

　　LED顯示器和74LS247,74LS138構成信息顯示系統，顯示數據由單片機P0口輸出。顯示內容主要有電源實際輸出電壓、電流，限定的電壓、電流，PID參數。輸入操作由四個輕觸按鍵完成，采用獨立式按鍵中斷接口方式，單片機響應中斷后，讀取P1口數據并進行相應的按鍵處理程序。由于采用中斷方式，占用系統時間較少。功能選擇鍵，其功能循環(huán)的路徑為：輸出電壓顯示~輸出電壓設定一比例參數~積分參數~微分參數一輸出電壓顯示，參數設定通過按“+ 、一”鍵改變，按確認鍵輸入存儲器，保存在2864存儲單元中。

　　2.3 穩(wěn)壓輸出

　　電路單片機根據按鍵設定值和A/D轉換的采樣值計算出輸出值，通過數據總線把數據傳送到DAC0832,進行D/A轉換，由IOUT1 ,IO UT2輸出相應的模擬電流信號，經運算放大器轉換為0-5V的模擬電壓信號，再經一級比例放大電路放大后驅動電壓調整管Q1，電路原理見圖3,Q1接成射極跟隨器的形式，一方面可以保證輸出電壓與輸入電壓一致，另一方面減小輸出電阻，提高電源的帶負載能力。輸出電壓經R3,R4分壓后，送到A/D轉換電路，采樣處理后，反饋到單片機。當采樣值高于設定值，單片機計算出輸出量減小，相應Ql基極電位下降，輸出電壓下降。當輸出電壓過低時，電壓反饋穩(wěn)定過程與此相反。由此，實現了輸出電壓的穩(wěn)定。

　　2.4 AID轉換電路

　　AID轉換電路主要由ADC0809及500KHZ方波發(fā)生器組成。其中500KHZ信號是由555定時器組成的多諧振蕩器，為ADC0809提供時鐘源。模數轉換完成以后，ADC0809向單片機申請中斷。

3 軟件設計軟件

　　采用匯編語言編寫，全部模塊化編程。系統主要由顯示模塊、按鍵輸入中斷模塊、電壓調整量計算模塊等組成。

　　主程序進行系統初始化設定，包括I/O口、定時器、中斷、各數據緩沖區(qū)初始化，輸出顯示信息并對系統進行監(jiān)控等待中斷。按鍵輸入及數模轉換都將激發(fā)中斷。其中數模轉換中斷優(yōu)先級高于按鍵輸入中斷。數模轉換中斷子程序及按鍵中斷處理子程序流程框圖見圖4和圖5,按鍵中斷由INT1引人，進人按鍵中斷后，單片機首先掃描P1口，若某位為低電平，先延時loms，然后再讀人該位，如果讀得值仍為低電平，可確認此鍵已按下。然后調用該鍵的鍵處理子程序。在按鍵中斷中，功能鍵的中斷優(yōu)先級最高。

　　數模轉換中斷子程序由INTO引人，中斷后首先讀取模數轉換值進人顯示緩沖區(qū)，再調用PID調節(jié)子程序計算調節(jié)量，并將輸出量送D/A轉換完成一次電壓調節(jié)。開啟模數轉換后返回主程序。

　　4 結語

　　利用單片機對直流穩(wěn)壓電源進行控制，改善了電源的性能，使用方便靈活，且成本較低。另一方面，根據對電源的新要求，控制系統在軟件上還可進一步改進，以擴展其功能，而并不需要增加硬件開銷，從而提高了電源的性能價格比。