Example of Application 基于 AVR单片机 的数控 直流稳压 电源 的设计 水 左 现 刚 ，张 志 霞 (河 南 科 技 学 院 信 息 工 程 学 院 ，河 南 新 乡 453003) 摘 要 ：将 单 片机 数 字控 制技 术 有机 地 融入 直流 稳 压 电源 的 设 计 中 ，设 计 出一 款 高性 价 比 的 多功 能 数 字 化 通 用 直 流 稳 压 电 源 。详 细 介 绍 PWM 输 出 、A／D 采 样 、单 片 机 等 。该 设 计 除 了 实现 对 电 压 的 数 字 控 制 外 ，还 具 有 高 精 度 、多 功 能 、液 晶 显 示 的 特 点 。 关 键 词 ：AVR 单 片 机 ；直 流 稳 压 电 源 ；电 压 表 ；数 字 控 制 中 图分 类 号 ：TM44 文 献 标 识 码 ：A 文 章 编 号 ：l674—7720(20l2)08～0084—03 Design of digital controlled DC stabilized voltage source based on AVR M CU (School of Information Engineering，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang 453003，China) Zuo Xiangang，Zhang Zhixia Abstract：In this paper，DC regulated power supply with digital control is presented，a new highly performance—to—price gen— eral regulated power supply is designed，which can be controled by the digital technology of MCU．The PW M output A／D sampling and MCU have detailed introduction in this paper．The design has the high accuracy，multi—purpose，liquid crystal display charac— teristic，besides the function of digital control for the vohage． Key words： AVR MCU ；DC regulated power supply；voltmeter；digital control 从 20世 纪 90年 代 末 起 ，随 着 对 系 统 更 高 效 率 和 更 1 直 流 稳 压 电 源 的 基 本 原 理 低 功 耗 的 需 求 ，电 信 与 数 据 通 讯 设 备 的 技 术 更 新 推 动 电 直 流 电 源 电路 一 般 由 电 源 变 压 器 、整 流 滤 波 电 路 及 源 行 业 中直 流 ／直 流 电 源 转 换 器 向 更 高 灵 活 性 和 智 能 化 稳 压 电路 所 组 成 。 如 图 1所 示 。 方 向 发 展 。 本 文 设 计 的 直 流 稳 压 电 源 主 要 由 单 片 机 系 统 、键 盘 、数 码 管 显 示 器 、指 示 灯 及 报 警 电 路 、检 测 电 路 、D／A 转 换 电 路 、直 流 稳 压 电 路 等 部 分 组 成 。其 中 数 控 电 源 采 用 按 键 盘 ，可 对 输 出 电 压 及 报 警 闭 值 以 快 慢 两 种 图 1 直 流 稳 压 电 源 的 工 作 原 理 方 式 进 行 设 置 ，输 出 由 单 片 机 通 过 D／A 控 制 驱 动 模 块 稳 压 电 路 经 常 采 用 三 端 稳 压 器 ，应 用 电 路 如 图 2所 输 出一 个 稳 定 电压 。 同 时 稳 压 方 法 采 用 单 片 机 控 制 ，单 示 ， 只 要 把 正 输 入 电 压 U1加 到 LM7805 的 输 入 端 ， 片 机 通 过 A／D 采 样 输 出 电 压 ，与 设 定 值 进 行 比较 ，若 有 LM7805的 公 共 端 接 地 ，其 输 出 端 便 能 输 出 芯 片 标 称 正 偏 差 则 调 整 输 出 ，越 限 则 输 出 报 警 信 号 并 截 流 。 工 作 过 电压 U2。实 际 应 用 中 ，输 入 端 和 输 出 端 与 地 之 间 除 分 别 程 中 ，稳 压 电源 的 工 作 状 态 (输 出 电 压 、电 流 等 各 种 工 作 接 大 容 量 滤 波 电 容 外 ，通 常 还 需 在 芯 片 引 出 脚 根 部 接 小 状 态 )均 由单 片 机 输 出 驱 动 LCD 显 示 ，由键 盘 控 制 进 行 LM7805 动 态 逻 辑 切 换 。以 单 片 机 为 核 心 设 计 智 能 化 高 精 度 简 易 直 流 电 源 ，电 源 采 用 数 字 调 节 ，输 出精 度 高 ，特 别 适 用 于 各 种 有 较 高 精 度 要 求 的 场 合 。具 有 以 下 明 显 优 点 ：(1)智 能 化 程 度 更 高 ，性 能 更 完 美 ；(2)控 制 灵 活 ，系 统 升 级 方 便 ；(3)控 制 系 统 的 可 靠 性 提 高 ，易 于 标 准 化 。 基 金 项 目 ：河 南 省 教 育 厅 自然 科 学 研 究 计 划 项 目 (2011B510006) 84 万方数据 ’ 图 2 三 端 固 定 式 稳 压 电 路 《微 型机 与 应 用 》2012年 第 31卷 第 8期 

J6 lJ罩9I 5；i j Examp-e。t App-；ca t。n 容 量 电 容 到 地 。 Cl用 于 抑 制 自 激 振 荡 ，C2用 于 压 窄 芯 片 的 高 频 带 宽 ，减 小 高 频 噪 声 。 如 图 2所 示 。 2 数 控 恒 压 源 的 实 现 方 案 传 统 的 直 流 稳 压 电 源 通 过 粗 调 波 段 开 关 及 细 调 电 位 器来 调 节 ，并 由电位 表 指 示 电压 值 的大 小 。这 种 稳压 电源 存 在 读 数 不 直 观 、电 位 器 易磨 损 、精 度 不 高 、不 易 调 准 、电位 构 成 复杂 、体 积 大等 缺 点 ，基 于 单 片 机 控 制 的 数控 直 流 电源 不 但 实现 了直 流 稳压 的功 能 ，而 且 没有 上 述 的缺 点 。 2．1 设 计 要 求 输 出 电压 范 围 ：0．0 V～9．9 V； 输 出 电 压 的调 整 方 式 ：步 进 ，步 进 数 值 为 0．1 V； 显 示 方 式 ：LCD1602 液 晶 显 示 ； 监 测 D／A 的 输 出 电 压 值 。 2．2 数 控 电 源 的 方 案 2 11 v _L ～ 。 18 ． ． 厂 Voc Vcc lsbD10 DI1 DI2 DI3 DI4 DI5 DI6 nsbDI7 0 0 CS 弓 弓 xfe DAC0832 3上 ： ： 图 4 D／A 模 块 电 路 图 3所 示 为 数 控 电 源 的 设 计 框 图 ，其 输 出 电 压 数 值 (1)欲 将 数 控 电 压 步 进 设 计 为 1 V，需 要 准 确 选 择 D／ 由键 盘 控 制 。通 过 键 盘 把 需 要 输 出 的 电 压 值 以 步 进 方 式 A 的 参 考 电 压 ，如 图 4所 示 用 一 个 精 密 电 阻 进 行 调 输 入 到 单 片 机 。这 里 电 压 采 用 单 片 机 的 PWM 模 拟 电 压 节 ，计 算 方 法 如 下 ： 输 出 。显 示 电 路 既 可 用 来 显 示 输 出 的 电 压 值 ，也 可 用 来 显 示 键 盘 电 路 的 调 整 过 程 。 如 果 不 满 足 输 出 电 压 的 要 一 一 256 n ’256 n 求 ，将 需 要 添 加 一 个 电 压 放 大 器 。 经 过 LM324线 性 转 换 (2)数 字 量 取 0~256，n取 16， 取 8 V。即 数 字 量 每 后 ，得 到 所 需 电 压 值 ，另 外 对 监 测 电 压 实 际 输 出 电 压 值 步 进 16个 单 位 ，模 拟 量 改 变 为 0．031 25 V，要 达 到 步 进 进 行 采 样 ，并 将 采 样 值 通 过 单 片 机 的 A／D 采 样 口送 回 为 1 V，必 须 放 大 2倍 ，用 运 放 即 可 。 单 片 机 处 理 后 显 示 。在 该 数 字 控 制 电 源 中 ，使 用 AVR 芯 运 算 放 大 器 的 原 理 如 图 5所 示 。 片 完 成 系 统 控 制 按 键 输 入 判 断 、电 压 数 值 显 示 以 及 对 外 R22 部 芯 片 的 各 种 数 字 控 制 。 1 2 2 1 眦 图 5 运 算 放 大 电 路 图 3 设 计 总 体 框 图 3。2 电 压 放 大 电 路 3 数 字 控 制 部 分 ， 一 一 一4一 一：2一H一 一 一" ATmegal6是 基 于 增 强 的 AVR RISC 结 构 的 低 功 耗 运 算 放 大 器 通 常 工 作 在 闭 环 状 态 ，将 运 算 放 大 器 的 放 大 电 路 按 上 一 定 的 反 馈 电 路 和 外 接 元 件 ，就 可 以实 现 8位 CM0S微 控 制 器 ； 数 据 吞 吐 率 高 达 1 MIPS／MHz，从 各 种 数 学 运 算 。 运 算 放 大 器 反 馈 电 路 有 各 种 形 式 ，不 同 而 可 以 缓 减 系 统 在 功 耗 和 处 理 速 度 之 间 的 矛 盾 ；具 有 4 的 反 馈 电 路 和 不 同 的 输 入 方 式 可 以 组 成 各 种 不 同 用 途 通 道 的 PWM 以 及 8路 10 bit ADC。 的 运 算 放 大 电 路 。 本 系 统 的 D／A 选 择 常 用 的 DAC0832。当 其 与 单 片 机 图 6是 输 入 信 号 加 在 反 相 输 入 端 的 比例 运 算 电 路 。 相 连 时 电 路 和 程 序 简 单 ， 只 需 把 单 片 机 的 数 据 线 与 其 中 R 为输 入 端 电 阻 ， r为 反 馈 电 阻 ，它 以并 联 负 反 馈 DAC0832的 输 入 端 直 接 相 连 即 可 。其 各 个 引 脚 的 连 接 及 的 方 式 将 输 出 电 压 反 馈 到 反 相 输 入 端 ，为 了在 输 入 信 号 外 围 如 图 4所 示 。 3．1 D／A 转 换 的 计 算 D／A 转 换 器 (DAC)输 入 的 是 数 字 量 ，经 转 换 输 出 的 是 模 拟 量 。DAC 的 技 术 指 标 很 多 ，主 要 有 分 辨 率 、线 性 度 、相 对 精 度 、建 立 时 间 、输 入 ／输 出 特 性 等 。 DAC0832为 8 bit D／A 转 换 器 ，单 电 源 供 电 ，范 围 为 +5 V-+15 V，基 准 电 压 范 围 为 ±10 V。电 流 的 建 立 时 间 为 1 s。CMOS工 艺 功 耗 20 mw 。输 入 设 有 两 级 缓 冲 锁存 器 。 电 压 的 计 算 方 式 ： ：0时 ，输 出 =0，电 阻 的 选 择 应 满 足 R：= ／／R，。这 样 图 6 运 放 连 接 示 意 图 ： 《微 型机与应 用》2012年 第 3l卷 第 8期 欢 迎 网 上 投 稿 WW3N．pcachina．con 85 万方数据 

《 lI8Ij l lli}j葩。Examp·e。t App- catt。n 可 保 证 运 算 放 大 器 的 反 相 输 入 端 与 同 相 输 入 端 的 外 接 扫 描 流 程 图 和 键 盘 控 制 流 程 图 。 主 程 电 阻 相 等 ，使 其 处 于 对 称 平 衡 状 态 ，以 消 除 运 算 放 大 器 序 流 程 图 如 图 8所 示 。 的 偏 置 电 流 对 输 出 电压 的影 响 ，因此 ，称 R：为 平 衡 电 阻 。 4．2 调 试 由 理 想 运 放 的 两 条 重 要 结 论 可 知 ， 0，u+ u一。通 准 备 就 绪 后 ，将 变 压 器 通 电 ，开 始 过 尺．的 电 流 ， ， 即 ：b=I ， 又 由 于 运 放 的 通 向 输 入 端 接 进 行 测 试 ，检 测 它 们 是 否 达 到 设 计 要 地 ，U+--0，所 以 可 得 U+ U一，也 就 是 说 ，当 同 相 端 接 地 ， 求 。检 查 的项 目包 括 输 出 电压 范 围 、整 U+=0时 反 相 输 入 端 电 位 U一一0， 它 是 一 个 不 接 地 的 个 输 出 电 压 范 围 内 的 步 进 调 整 值 、输 “地 ”，称 为 “虚 地 ”。“虚 地 ”的 存 在 是 运 算 电 路 在 闭 环 工 出 电 压 与 预 置 电 压 是 否 匹 配 以 及 数 字 作 状 态 下 的 一 个 重 要 特 征 。 电 压 表 功 能 的 精 准 度 。数 控 电 源 系 统 图 8 程序流程图 的 供 电 由 直 流 稳 压 电 源 提 供 ，由 硬 件 电路 的 ±15 V 电 源 和 5 V 电 源 提 供 。 电 压 测 试 结 果 如 表 1所 示 。 表 1 电 压 测 试 结 果 及 对 比表 由 图 6可 得 ： ， 二 = ： L R1 Rl Rl 『f： == Rf ．．：一 f Rf 因 为 ，。一 If，所 以 可 得 ：Uo=一 f／． I 闭 环 电 压 放 大 倍 数 则 为 ：A v- =一 上 式 表 明 ，该 电路 的 输 出 电 压 与 输 入 电 压 之 比 仅 由 电 阻 与 。的 比 值 决 定 ，而 与 集 成 运 放 本 身 的参 数 无 关 。式 中 的 负 号 表 示 输 出 电 压 与 输 入 电 压 反 相 ，因 而 称 为 反 相 比 例 运 算 放 大 电 路 。 当 R。= r时 ，Uo=一Ui，反 相 输 入 比 例 运 算 电 路 就 成 了 反 相 器 。 3．3 显 示 电 路 设 计 数 控 电 源 的 数 据 显 示 采 用 LCD1602液 晶 显 示 ，电 路 如 图 7所 示 。 以 上 为 电 压 测 试 结 果 ， 由 于 PW M 的 分 辨 率 为 0．2， 所 以其 误 差 范 围 可 以 限 制 在 0～0．2 V 左 右 ，在 这 个 范 c1 7．372_8 MHz l2 OF — 一 x2 RESET ，、， ’‘¨ ． 5 m H I A REF jv AGND AVCC } Dc A A DC01))PPAA? }AADDCc32))PPAA； (ADC4)PA4 fADC51PA 5 fADC _'6)_PA6 ( ADCT)PA7 Pc0 PC1 PC2 PC3 巷 PC6 PC7 垂 PB0 PD0 PBl PD1 PB2 PD2 PB3 PB4 PD3 PD4 内 产 生 误 差 是 允 许 的 。 因 此 监 测 电 压 与 输 电 压 基 本 一 致 。 因为 PWM 输 出 为 8 bit，分 辨 率 =PWM 占空 比／250，那 么 当 占 空 比 值 变 化 1时 ，其 电 压 变 化 为 0．02 V ，之 后 运 放 将 电 压 放 大 变 化 0．04 V。所 以 可 达 到 电 压 变 化 精 度 为 0．04 V。 本 系 统 以 高 性 能 的 AVR 单 片 机 ATmega16芯 片 和 8 bit精 度 的 D／A 转 换 器 DAC0832 为 核 心 部 件 ，利 用 常 用 的 三 端 稳 雎 器 件 LM7805 的 公 共 端 输 出 端 固 定 的 5 V 电 压 特 性 ，最 终 实 现 了 数 字 显 示 输 出 电 压 值 和 电 流 值 ，达 到 了 预 期 目标 。 PB5 进王 PB6 PB7 PD5 PD6 PD7 参 考 文 献 图 7 液 晶 显 不 不 蒽 图 4 软 件 设 计 控 制 程 序 使 用 C语 言 编 写 ，在 ICCAVR 平 台 下 编 译 通 过 ，运 用 双 龙 下 载 软 件 将 程 序 下 载 到 芯 片 。 当 按 键 按 [1]张 燕 红 ，郑 仲 桥 ．基 于 单 片 机 AT89C52 的 数 据 采 集 系 统 【J]．化 工 自动 化 及 仪 表 ，2010，37(3)：1 10—112． 【2】刘 明 亮 ，孙 来 军 ，叶 光 忠 ．基 于 ATmegaI28的 智 能 安 全 帽 特 性 检 测 仪 设 计 [J】．微 型 机 与 应 用 ，2010，29(21)：82—84 [3]克 强 ．数 控 直 流 稳 压 电 源 [J]．电 子 世 界 ，2008，3(10)：32— 下 ， 可 进 行 电 压 调 整 ， 最 大 可 调 节 电 压 为 1 V ， 步 进 为 36． 0．1 V。在 按 键 加 减 的 过 程 中 ，LCD 模 块 显 示 的 电 压 随 着 上 下 变 化 ，当 按 键 不 动 作 后 ，将 单 片 机 的 PWM 模 拟 输 出 电 压 经 二 次 滤 波 电路 输 出 ，经 线 性 ，放 大 得 到 与 显 示 电 [4]康 鸿 雁 ．基 于 单 片 机 的 数 控 直 流 源 设 计 【J]．微 计 算 机 信 息 ，2009，25f9—2)：99—100． (收 稿 日期 ：20ll—l2—24) 压 值 相 同 的 电 压 。 4．1 程 序 设 计 流 程 图 作 者 简 介 ： 左 现 刚 ，男 ，1976 年 生 ，助 教 ，硕 士 ，主 要 研 究 方 向 ：嵌 设 计 流 程 图 分 为 三 大 部 分 ，即 主 程 序 流 程 图 、键 盘 入 式 系 统 及 应 用 。 86 万方数据 《微 型 机 与 应 用》2012年 第 3l卷 第 8期 

基于AVR单片机的数控直流稳压电源的设计 作者： 左现刚， 张志霞 作者单位： 刊名： 英文刊名： 河南科技学院信息工程学院,河南新乡,453003 微型机与应用 Microcomputer & Its Applications 年，卷(期)： 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wxjyyy201208031.aspx 2012,31(8)