基于LM317和AT89C51的數字顯示可調穩壓電源設計

摘要：設計了一個(gè)基于LM317和AT89C51的數字顯示可調穩壓電源。系統包含主電源和輔助電源模塊、電壓數值轉換和模數轉換模塊和信號處理和數字顯示模塊的設計。測試結果證明系統達到了設計要求。

1引言

直流穩壓電源是能夠保證在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負載發(fā)生變化時(shí)，輸出穩定的電壓的常用的電子設備。它廣泛應用于儀器儀表、工業(yè)控制及測量領(lǐng)域中。故設計、制造一個(gè)低紋波、高精度的直流穩壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。

2設計要求

本文設計的穩壓電源的要求具有輸出電流大、輸出電阻小、穩壓系數低的特點(diǎn)，并將模擬電壓轉換為數字信號，通過(guò)LED直觀(guān)的顯示出來(lái)，使整個(gè)電源更加人性化。設計的具體參數要求為：輸出電壓在1.5伏至30伏連續可調，最大輸出電流可至1.5安，穩壓系數小于0.01，輸出電阻小于0.1歐，顯示精度達到0.2級標準。

3系統硬件設計

3.1總體設計

本設計包含主電源和輔助電源模塊的設計、電壓數值轉換和模數轉換模塊的設計和信號處理和數字顯示模塊的設計。主電源模塊是整個(gè)系統的核心，用來(lái)對外部負載供電，輔助電源為設備內部的其他模塊供電。電壓數值轉換和模數轉換電路模塊先把輸出電壓轉變到單片機可處理的電壓范圍，然后把模擬電壓轉換為數字信號。信號處理和數字顯示模塊把送來(lái)的數字信號經(jīng)過(guò)處理后輸出顯示。電路的整體設計框圖如圖1所示。

3.2主電源和輔助電源電路設計

主電源用來(lái)對外部負載供電，輔助電源為設備內部的其他模塊供電，這樣電壓轉換和處理顯示模塊的信號就不會(huì )受到負載變化的影響。電路都包含變壓、整流、濾波和穩壓四個(gè)環(huán)節，不同之處在于主電路的的穩壓模塊為可調穩壓，輔助電源為固定穩壓。主電源電路中的核心是LM317可調節三端穩壓器，在輸出電壓范圍為1.2伏到37伏時(shí)能提供超過(guò)1.5安的電流，此穩壓器非常易于使用，只需要兩個(gè)外部電阻來(lái)設置輸出電壓，此外還使用內部限流、熱關(guān)斷和安全工作區補償機制防止燒壞芯片。穩壓輸出電壓由式1給出：

因為調節電流在式中代表誤差項，所以L(fǎng)M317在設計時(shí)就把控制在100uA以?xún)炔⑹怪３趾愣?。R2的典型值是240歐，所以就可以根據要求的輸出電壓來(lái)求出調節電阻RV1的大小，本設計中要求最高輸出30伏的電壓，故RV1的值應該為5.6千歐。

電壓數值轉換和模數轉換電路模塊與主機和數字顯示電路模塊需要獨立穩定的正負5伏電源，這里以7805和7905為核心，設計了有對稱(chēng)輸出的輔助電源電路。

3.3電壓數值轉換和模數轉換電路設計

一般情況下穩壓電源輸出的直流電壓需要用外接電壓表或萬(wàn)用表來(lái)顯示電壓，本設計為了讓穩壓電源使用更加便利和直觀(guān)，專(zhuān)門(mén)設計了顯示電路，把輸出電壓實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。單片機處理的信號是5伏以?xún)鹊臄底中盘?，故先要對電源的輸出電壓進(jìn)行數值轉換和模數轉換。

電路中用運放AD822S構成兩個(gè)反相比例運算電路，其中輸出電壓和輸入電壓的的關(guān)系如式2所示：

為了把電源輸出的最大為30伏電壓轉變?yōu)?伏的電壓，R31在1.66千歐左右，具體的阻值可以結合后面的模數轉換電黃盧記：講師碩士研究生路的需要進(jìn)行微調來(lái)提高顯示精度。

從電壓數值轉換電路輸出的電壓依然是模擬電壓，通過(guò)模數轉換電路將模擬電壓信號轉變成數字電壓信號，并傳送至單片機。

模數轉換電路以ADC0804為核心，將電壓數值轉換電路的輸出電壓連接至VIN+引腳，把轉換的結果通過(guò)數據口送至單片機AT89C51的Port2。ADC0804的RD、WR和INTR分別連接到單片機的RXD、TXD和INTR，以查詢(xún)方式檢測ADC0804是否完成轉換，也可以采用中斷方式進(jìn)行處理。

3.4信號處理和數字顯示電路設計

信號處理和數字顯示模塊的核心是AT89C51。從電壓數值轉換和模數轉換電路傳送至AT89C51的Port2的信號是與模擬電壓對應的數字信號。如圖6所示，該信號經(jīng)過(guò)AT89C51的處理后轉變?yōu)榫唧w的顯示驅動(dòng)編碼，通過(guò)Port0傳送至四位共陽(yáng)極七段LED數碼管的數據總線(xiàn)上，掃描信號則通過(guò)P1.0~P1.3分別接至Q1~Q4的基極上，通過(guò)三極管驅動(dòng)LED數碼管進(jìn)行顯示。

3.5系統電路

系統的整體硬件電路如圖2所示：

4軟件設計

對數字電壓信號的處理主要靠主機通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現。軟件設計包含查詢(xún)讀取模塊、求值運算和輸出顯示模塊的設計。首先根據后續程序的需要做一些全局設置，然后用查詢(xún)方式從ADC0804采集數字信號，并對采集的數字信號進(jìn)行運算，最后把運算的結構輸出顯示。其中轉換查詢(xún)讀取及數值計算在主程序中實(shí)現，輸出顯示用顯示函數來(lái)實(shí)現。

5系統測試

5.1性能指標

系統的測試包含三個(gè)方面。第一是對穩壓電路輸出電壓和最大輸出電流的測試;第二部是對穩壓電路穩壓質(zhì)量的測試，第三是對顯示精確度的測試。在對穩壓電路穩壓質(zhì)量的測試中，從三個(gè)方面考察其穩壓特性，一是電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，檢測其輸出電壓是否穩定，一般用式3所確定的穩壓系數Sr進(jìn)行度量;另一方面是負載變化時(shí)，其輸出電壓是否穩定，一般用式4所確定的輸出電阻Ro進(jìn)行度量;第三方面是測試直流輸出電壓中交流分量的大小，一般用式5所確定的波紋系數δ進(jìn)行度量。顯示模塊所顯示的數值與穩壓電源輸出電壓實(shí)際值的誤差大小表示儀表質(zhì)量的高低，一般式5所確定的準確度K進(jìn)行度量。

5.2測試數據

測得數據如表一表二所示

表一輸出參數測試數據

測試結果證明，各項參數指標均達到了設計要求。

6結語(yǔ)

本系統具有結構簡(jiǎn)單、成本低廉、性能可靠、輸出可調、操作簡(jiǎn)便，顯示直觀(guān)的特點(diǎn)，可以用在對直流電壓要求相對較高的各種精密設備上。