一種新型的數字式可調穩壓電源的電路研究

一、數字式可調穩壓電源原理介紹

1.方案分析與選擇

方案一：數控部分用單片機帶動(dòng)數模轉換芯片提供線(xiàn)性穩壓電壓的參考電壓。

優(yōu)點(diǎn)：對于單片機，系統工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，對數模轉換的精度要求較高，設計成本低。

缺點(diǎn)：功耗較大，LED數碼管輸出顯示不是系統的精確輸出電壓，須對它進(jìn)行軟件補償。

方案二：數控部分用AVR單片機的PWM組成開(kāi)關(guān)電源，再利用AVR的AD轉換對輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)轉換，利用軟件進(jìn)行電壓調整以達到穩壓。

優(yōu)點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單，穩壓的大部分工作由軟件完成，對單片機的運行速度要求很高，利用手頭的ATmaga16L單片機最高8MHz工作頻率很難達到速度要求。對軟件要求較高，功耗小。

缺點(diǎn)：輸出紋波電壓較大，對軟件的要求很高。

方案二簡(jiǎn)單的電路結構起初對設計者很吸引，但是后來(lái)了解到AVR單片機的PWM的精度用于開(kāi)關(guān)電源比較勉強，而且開(kāi)關(guān)電源有個(gè)通?。杭y波電壓大，考慮到設計目標對電源的功耗要求不是很?chē)?，同時(shí)為了保證紋波足夠小也鑒于自身對于51單片機和線(xiàn)性電源較為熟練，故選擇方案一。

2.總體設計原理

本設計采用AT89S52單片機作為整機的控制單元，利用4×4鍵盤(pán)輸入數字量，通過(guò)控制單元輸出數字信號，再經(jīng)過(guò)D/A轉換器(DA0832)輸出模擬量，最后經(jīng)過(guò)運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著(zhù)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、數字式可調穩壓電源硬件電路設計

本系統的硬件電路設計主要圍著(zhù)AT89S5 2單片機作為整機的控制單元用P R O T E L99SE設計軟件來(lái)布線(xiàn)的，其中還用到了模數轉換芯片DAC0832、外部存儲芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩陣式鍵盤(pán)、數碼管等其他器件?？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(xiàn)問(wèn)題等，本系統將硬件電路設計分為數字部分和模擬部分。

(一)穩壓電源數字部分電路

穩壓電源數字部分電路即單片機外圍接口電路主要包括：DAC0832數模轉換電路、EEPROM接口電路、鍵盤(pán)接口電路、揚聲器接口電路、復位電路、晶振電路及數碼管顯示部分電路。

1.單片機外圍接口總電路

單片機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)輸出數碼管選通位信號;P2.0、P2.2分別接外部存儲芯片24C01的數據線(xiàn)(SDA)和時(shí)鐘線(xiàn)(SCL);P2.3接揚聲器電路，為執行內部程序指令，EA/VPP必須接VCC.

AT89S52的P1口與數模轉換芯片DAC0832相連接，用來(lái)輸出數字量信號;RST為復位腳，用來(lái)輸入復位信號，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)信號輸入端口，XTAL1、XTAL2接晶振電路。

2.單片機外圍電路接口電路

主要有：24C01與單片機AT89S52接口電路、4×4矩陣鍵盤(pán)接口電路、揚聲器電路、AT89S52單片機復位電路及外部晶振電路、數碼管顯示部分電路。下面簡(jiǎn)單介紹一下存儲芯片。

穩壓電源設計中利用它存儲電壓輸出值，實(shí)現掉電保存當前電壓值的功能。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(xiàn)的器件的輸出端必須是集電極或漏極開(kāi)路，以具備線(xiàn)“與”功能)。