科技论坛 127· · 基于 51 单片机的数控可调直流稳压电源设计 徐雨冰 （长安大学信息工程学院，陕西 西安 710064） 摘 要：随着电子科技的飞速发展，稳压电源的应用也越来越广泛，电源的质量优劣可以直接影响电气设备与控制系统的工作性能。 传统的稳压电源存在着输出稳定性低、精度不高以及高损耗等不足之处。针对传统电源的不足本文设计了一款数控可调直流稳压电源， 该稳压电源输出电压范围为 0-9.9V 可调，调整幅度为 0.1V，采用 51 系列单片机作为整体控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电 压值，经集成运放与射极输出器输出，间接地改变输出电压的大小，具有输出稳定性高、精度高、损耗低等优点。 关键词：数控可调；稳压电源；单片机 51 。 本文利用 1 概述 稳压电源是各类电器必不可少的能源 动力，要求有较高的稳定性和实用性[1]。 利用 单片机对直流稳压电源进行控制，可改善稳 压电源的性能，且使用方便灵活，成本较低， 同时通过改进控制系统软件，扩展其功能， 可在不增加硬件开销的壳体下提高电源的 性价比 单片机设计数控可调 的直流稳压电源，通过系统设计实现数控直 数字化和模块化，其 流稳压电源的智能化 中智能化主要表现在系统有可编程模块能 对系统进行智能控制；数字化主要表现在系 统输出电压通过 液晶显示，并且能通 过按键对输出电压进行连续步进数字化调 节；模块化主要表现在系统有各个相关模块 组成，提高了系统的可靠性 。 2 系统要求与方案选择 2.1 本文设计的数控稳压电源要求如下：当输入交流电压为 系统要求 LCD 、 时，输出电压连续可调；使用按键调节电压，在 调整幅度为 加减，第二个和第三个加减 测量电压，显示精度为 作为控制芯片 220v 范围内可调， 按键方式，第一个选择个位和十位电压的 ，第四个确认输出；显示设定电压和 液晶显示；利用单片机 1V ，显示方式 ；采用 0- 9.9V 0.1V 0.1V LCD 4 。 方案选择 2.2 2.2.1 DA 方案一： 的选择 位 8 片；方案三：采用内部自带基准源的 DAC0832 芯片其价格低廉 DAC0832 应用系统中得到广泛的应用； 精度高，但接口稍复杂，同时该 部自带 择 DA 基准源，输出精度高 2.048V 芯片，即方案一 显示电路的选择 DAC0832 。 。 芯片；方案二： 10 位 位 ， TLC5615 DA ， MAX531 芯片 芯 接口简单 、 12 DA 。 转换控制容易，早已在单片机 、 ，虽然输出 芯片为 TLC5615 芯片内 综合考虑成本等因素，本文选 位 芯片价格昂贵； MAX531 DA 10 LCD 显示 2.2.2 方案一：采用四位共阳极数码管显示，动态扫描显示方式；方案 四位共阳极数码管成本低廉，但显 二：采用液晶显示屏 示灵活性及可调性较差，硬件驱动电路复杂；而液晶显示屏 显 示方便清晰，可变性和可调性突出，与单片机硬件电路的连接简单， 随着其成本的 程序设计也较为灵活，成为单片机输出显示的首选 。 不断降低，模块化程度不断提高，应用领域日益增多 综上所述，本 文选择方案二 LCD 。 。 。 输入按键的选择 2.2.3 方案一：采用 键盘；方案二：采用 4 4*4 按键，第一个选择个位 图 1 总体设计框图 1V 0- 9 但是 键盘占用的 ，第四个确认输出 和十位电压的加减，第二个和第三个加减 的矩阵键盘，可以设置 入 了 不能直接输入 0- 9 入，这样只占用了 5 面积和成本也进一步缩小 。4*4 和步进，小数点等按键，可以快速的输 的成本，增加 按键虽 4 数字的输 的 I/0 8 ，但是可以通过 来实现 和 “- ” “+” 个 个单片机 口，节约 综上所述，本文选择方案二 的布线难度，并且得占用 面积较大，增加了 PCB 口；采用 。 PCB 个单片机 口，同时 PCB PCB 0- 9 4*4 I/O I/O 3 单片机为核心，因为它能实现对其他外部电路实 现简单的控制，使其电路相较于使用模拟器件连接更为简单 。 。 控制电路芯片的选择 。 2.2.4 本设计以 51 3 系统设计思路及原理 系统框图结构的设计 3.1 本设计包括硬件 系统模块 变压器 、 分组成的稳压电源 扫描控制程序 。 系统工作原理 软件两部分 、 硬件设计主要包括单片机最小 显示电路几个部 、 软件设计主要包括初始化程序 按键 、 稳压电路 、 。 放大电路 、 中断程序 、 转换 、D/A 。 系统的框图结构如图 所示 1 。 1 220V 3.2 如图 具体设计思路：外接 。 所示，该稳压电源系统最终要实现电压准确且稳定的输 的交流电源经过整流滤波后得到稳定 出 的给上述各部分单元提供工作电源，其中整流电路是利用二极管的 单向导电性将正负变化的交流电压变为单向脉动电压的电路 在交 流电源的作用下，整流二极管周期性地导通和截止，使负载得到脉 动直流电 在电源的正半周，二级管导通，使负载上的电流与电压波 形形状完全相同；在电源电压的负半周，二极管处于反向截止状态， 然后再利用独立键盘给 承受电源负半周电压，负载电压几乎为零 。 单片机设定预输出值，并通过 芯片转化为模拟量，再经过 。 。 DAC0832 作者简介：徐雨冰（1995-），男，福建南平人，长安大学信息工程学院电子信息工程专业，学生，主要从事通信方面研究。 

128· · 科技论坛 图 2 电源电路 图 4 DA 输出电路 图 3 控制电路 图 5 显示电路图 。 运算放大电路与稳压电路最后输出预设电压值，通过液晶能够直观 为防止电源上电瞬间输出未知，从而产生误操作 的显示出预设值 的情况，系统软件设置上电输出电压为 ，用户可以通过按键来 控制输出电压信号 同时，运用单片机对信号进行处理[2]。 为了实现直流稳压电源输出电压的数控调节，采用单片机 这也是本设计的一大特点，由 系列单片机作为控制单元，使该电源的数字化程度相 设计实现稳压电源的调节[3]。 51 AT89S51 于使用了 较传统的电源有了大幅度的提高 0 V 。 4 硬件电路设计 根据数控可调直流稳压电源的要求，本设计可分为单片机控制 供电电源模块 、D/A 、 。 输出模块和稳压输出模块三大重要部分，缺一 按键模块 、 转换电路模块 模块 其中电源模块 显示模块 、LCD 。 、D/A TR1 直流电，然后再经 7812、7912、7805 +5V 的电源 。 控制电路 4.2 如图 接调压按钮 3 所示，电路中 P1.3 。 件也简化了许多[4]。 位） 加 、 减 1、 1、 不可 电源电路 。 4.1 如图 220V 降压以及整流桥（由四个二极管如图 所示，系统供电电源外接 2 交流电，过双 变压器 连接组成）整流后变成 两个电容进行滤波，最后用三端稳压芯片 ， 滤波就可得到 12V 2 +12V,- 12V CA、CB 稳压后再经电容 C3 单片机的晶振频率选用 ， P1.0～ 51 键盘采用 个键的独立式键盘，这样编程容易，硬 按键由上至下功能分别为设置切换（个位和小数 12 MHz 4 确定输出当前设定电压值 。 

科技论坛 129· · 表 1 软件仿真数据及误差记录
V V  x-  0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 9.9 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 9.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 表 2 实物检测数据与误差记录
V V  x-  4.3 DA 如图 4 输出电路 所示，此部分将经过 D/A 74573 输出电路主要由 ，运放 转 换后的初始电压转换成设备所需要的特 定电压[5]。D/A 寄 构成，其中 存器， DAC0832 负 责 传 输 存 储 由 单 片 机 送 给 的 573 与一级运放 DAC032 构成电压输出，二级运放构成电压放大 电路 进行敬模转 DAC0832 换并经过放大电路输出[6]。 将数据送人 的数据， DAC0832 LM324 。 显示电路设计 4.4 显示电路主要由液晶 ，寄存器 左部分的排阻作用是保护 1602 构成 74573 显示器，液晶显示器显示的内容为 。 voltage is 0.0V 如图 5 5 系统软件设计 程序调试是先 所示 。 0。 LCD 液晶屏上显示的为初值电压 ，即预设初值电压值为 0 液晶初始化开 始的，将初始化后的调试输入电压设置 为 再开始对 按键进行检测，如果没有按键按下，则 ；如 LCD 0 果有按键按下，就跳入电压检测中断服 务程序，进行检测与确定输入液晶屏的 转换是否启动，如 电源值 D/A 果启动了就开始进行 转换，最后把 转换得到的模拟量输送到系统输出端 然后检测 。 D/A The 。 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 9.9 6 系统调试与仿真 硬件和软件调试 6.1 对于硬件的调试有以下两种方式： 利用万用表或者其他仪器仪表对各个模 块进行检测；采用软件来对硬件电路进 行检测 本设计结合以上两种方法，先进 行软件调试找到某个部分的电路故障， 然后再利用仪器对该部分电路中各个元 器件进行检测，找到具体的故障点 硬件 调试完成之后，需要开展软件调试工作， 本系统软件采用 。 。 语言模块化编程方式[7]。 C 系统仿真与误差分析 软件调试 6.2 6.2.1 数控可调直流稳压电源系统主要分为供电电源模块 块 单片机最小系统模块以及 、 过 C 译 调试 、 , 成的 试的数据记录到表 显示模 转换电路模块，软件调试是先通 软件集成开发环境下将编好的程序进行编 软件中将生 导入到仿真图中的单片机芯片，最后进行调试，将软件调 调试通过后会生成 语言编程 然后在 Proteus 文件 .HEX .HEX D/A Keil 在 中 、 。 , 将完成的实物连接好线路，接上电源，利用万用表进行输出电 1 。 压测量，最后将数据记录在表 中 。 2 误差分析 6.2.2 由于上述仿真数据在相同条件下多次测量同一量值时，绝对值 和符号均不改变，为此上述数据的误差只可能是系统误差，不可能 绝对误差就是 是随机误差[8]。 被测量值 我们将上面预设的初 始电压作为真实值，绝对误差用符号 以下分别计算出上面数据的绝对误差 的差的绝对值 表示 和测量的真实值 。 A x x
。 。 计算出上述数据绝对误差的平均值： 0.21 1.05 2.12 3.09 4.11 5.06 6.13 7.2 8.12 9,11 10.13 0.2 0.05 0.12 0.09 0.11 0.06 0.13 0.2 0.12 0.11 0.23 ，万用表显示的电压值为 步进增加预设初 1V 值电压，输出的电压值与输入的数字量基本相同 经分析本设计测 量电压值与理论电压值基本一致，测得的数据是正确的，因此此次 设计的稳压电源是成功的 ，之后我每 0.1V 。 1.02V 。 参考文献 [1] 秦辉.智能直流稳压电源内阻测量装置的研制[J].电子测量技术, 2007, 30 (2):8-10. [2] 乔振民.无线互联科技[J].石家庄职业技术学院,,2012(12):108. [3] 朱俊辉.电子世界[J].东方希望包头稀土铝业有限责任公司,2013 (15):51-52. [4] 吴恒玉,唐民丽,何玲,黄果,韩宝如.制造业自动化[J].海南软件职 业技术学院,2009(10):196-198. [5] 陆坤,奚大顺.电子设计技术[M].成都:电子科技大学出版社,1997: 75-106. [6] 兰羽.国外电子测量技术[J].陕西工业职业技术学院电气学院, 2012(10):59-62. [7] 邓坚,杨燕翔,齐刚.计算机测量与控制[J].西华大学电气信息学 院,2008，16(12):46-57. [8] 许艳惠.微计算机信息[J].吉林工程技术师范学,2007.23(11):136- 137. 实物数据在初始化后的预设初值电压为 时，在万用表上显 紧接着我利用按键输入预设电压 0V 示的电压值为 0.2V 左右波动 。