基于8051單片機(jī)的數(shù)控電源設(shè)計方案

本文介紹了以8051單片機(jī)為控制單元，以數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832輸出參考電壓，以該參考電壓控制電壓轉(zhuǎn)換模塊LM350的輸出電壓大小。該電路設(shè)計簡單，應(yīng)用廣泛，精度較高等特點(diǎn).LM350系列三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的方法。

　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)（MCU），數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DA），掉電存儲器（EEPROM）。

　　引言
　　目前所使用的直流可調(diào)電源中，幾乎都為旋紐開關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩。利用數(shù)控電源，可以達(dá)到每步0.1V的精度，輸出電壓范圍0~15V，電流可以達(dá)到2A。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1：硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　對選用芯片說明
　　DAC0832是一款常用的數(shù)摸轉(zhuǎn)換器，它有兩種連接模式，一種是電壓輸出模式，另外一種是電流輸出模式，為了設(shè)計的方便，選用電壓輸出模式，如電路圖所示，Iout1和Iout2之間接一參考電壓， VREF輸出可控制電壓信號。它有三種工作方式：不帶緩沖工作方式，單緩沖工作方式，雙緩沖工作方式。該電路采用單緩沖模式，由電路圖可知，由于/WR2 =/XFER=0，DAC寄存處于直通狀態(tài)。又由于ILE=1，故只要在選中該片（/CS=0）的地址時，寫入（/WR=0）數(shù)字量，則該數(shù)字信號立即傳送到輸入寄存器，并直通至DAC寄存器，經(jīng)過短暫的建立時間，即可以獲得相應(yīng)的模擬電壓，一旦寫入操作結(jié)束，/WR1和/CS立即變?yōu)楦唠娖剑瑒t寫入的數(shù)據(jù)被輸入寄存器鎖存，直到再次寫入刷新。

　　AT24C02是一款常用的可掉電保存數(shù)據(jù)的ROM，2K比特容量，采用I2C總線操作，關(guān)于它的具體操作方法參考相關(guān)資料。

圖2：主硬件電路圖

圖3：參考電壓電路圖

　　硬件電路設(shè)計

　　采用常用的51芯片作為控制器，P0口和 DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連，DA的/CS和/WR1連接后接P2.0，/WR2和/XEFR接地，讓DA工作在單緩沖方式下。DA的11腳接參考電壓，參考電壓電路如圖2所示，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)LM336的輸出電壓為5.12V，所以在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為5.12V/256= 0.02V，也就是說DA輸入數(shù)據(jù)端每增加1，電壓增加0.02V。

　　DA的電壓輸出端接放大器OP07的輸入端，放大器的放大倍數(shù)為 R8/（R8+R9）=1K/（1K+4K）=5，輸出到電壓模塊LM350的電壓分辨率=0.02V×5=0.1V。所以，當(dāng)MCU輸出數(shù)據(jù)增加1的時候，最終輸出電壓增加0.1V，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低電壓。

　　本電路設(shè)計三個按鍵，KEY1為翻頁按鍵，最近設(shè)置的電壓大小保存在EEROM里面，比如10個電壓，按一下KEY1，電壓變?yōu)橄乱粋€，省去了反復(fù)設(shè)置電壓的麻煩，KEY2為電壓+，KEY3為電壓+，按一下KEY2，當(dāng)前電壓增加0.1V，按一下KEY3，當(dāng)前電壓減小0.1V。

　　限于篇幅原因，未畫出數(shù)碼管顯示電路，該系統(tǒng)使用3個數(shù)碼管，可以顯示三位數(shù)，一個小數(shù)位，比如可以顯示12.5V，采用動態(tài)掃描驅(qū)動方式。本主電路的原理是通過MCU控制DA的輸出電壓大小，通過放大器放大，給電壓模塊作為最終輸出的參考電壓，真正的電壓，電流還是由電壓模塊LM350輸出。

　　為了達(dá)到2A的輸出電流，LM350必須選用金屬外殼封裝，并且?guī)源竺娣e的散熱片。

　　軟件流程

軟件系統(tǒng)

　　軟件的設(shè)計主要完成三方面的功能:

　　1.設(shè)置電壓并且保存，主要是對EEROM的操作。

　　2.把設(shè)置的電壓送到DA，主要是對DA的操作。

　　3.中斷顯示，把設(shè)置的電壓顯示到LED數(shù)碼管上。

　　該數(shù)控電壓源實現(xiàn)保存最近10電壓功能，當(dāng)打開電源的時候，它顯示和輸出的必須是上次使用電壓大小，所以在EEROM中使用11個地址保存數(shù)據(jù)，第一個地址保存當(dāng)前電壓編號，大小為1~10。第2個地址~第 11個地址連續(xù)保存10個電壓大小數(shù)據(jù)。電壓編號的大小分別對應(yīng)到相應(yīng)地址電壓大小。

　　對軟件流程做一下說明：當(dāng)電源打開的時候，MCU進(jìn)行復(fù)位，寄存器清零。接著電源應(yīng)該顯示和輸出上次關(guān)機(jī)前的電壓大小，這時候MCU先讀取EEPROM中保存的電壓編號，根據(jù)電壓編號讀出對應(yīng)電壓，把該數(shù)據(jù)送到DA，在轉(zhuǎn)換成BCD碼送到顯示部分。這時候程序循環(huán)檢測是否有按鍵信號，如果KEY1按下，電壓編號指向下一個，保存該電壓編號，讀對應(yīng)電壓，把他送到DA并且顯示。如果KEY2按下，當(dāng)前電壓數(shù)據(jù)加1，相對應(yīng)輸出電壓（POWER—OUT引腳）增加0.1V，保存設(shè)置電壓數(shù)據(jù)。如果KEY3按下，電壓數(shù)據(jù)減1，輸出電壓
減少0.1V，保存設(shè)置電壓數(shù)據(jù)。

　　結(jié)語

　　該數(shù)控電壓源經(jīng)過時間實際使用說明，具有精度高，使用方便，硬件電路簡單等特點(diǎn)。如果要作成產(chǎn)品，還需要增加電流測量和顯示部分，對這部分電路請參考相關(guān)資料。本文主要對如何控制功率輸出電壓大小做出個例子，該電路對測量領(lǐng)域，以及馬達(dá)調(diào)速方面都可以擴(kuò)展使用。