用单片机制作的直流稳压可调电源

　　传统的直流稳压电源输出电压是通过粗调波段开关及细调电位器来调节的，并由电压表指示电压值的大小。这种直流稳压电源存在读数不直观、电位器易磨损、稳压精度不高、不易调准、电路构成复杂、体积大等缺点，而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决了以上问题。

　　1.电源的功能和特点

该电源采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317、LM337作第二级调压元件，通过AT89S51单片机控制继电器来改变电阻网络的电阻，从而改变调压元件的外围参数，获得从2～18V、0.1V步长可调电压，驱动能力最大可达lA，同时可以显示正负两路电源的电压值和输出电流的大小。该电源主要特点如下：

　　（1）通过控制可控硅BTl51的导通角，使整流后输出电压的平均值发生变化，达到调压的目的，以降低稳压电源芯片LM317、LM337的功耗。

　　（2）保存掉电前设置的电压值，重新上电后用户不用设置电压值，避免了调试中断重新上电后电压值过高损坏用户设备的可能。

　　（3）有两组互相隔离的电压输出。一路输出固定电压+5V；另外一路输出正负步长0.1V可调的电压，输出范围为±2一±18V，最大负载为1A，显示实际输出电压误差不超过0.05V。

　　（4）电路具有双重保护功能。为了防止负载短路烧毁三端稳压芯片，在取样电阻前端添加了一个1A的保险，而且在软件中也设计了过载保护。

　　2.硬件电路设计

硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、正负压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存取电路、单片机、键盘显示和程序下载电路等几部分，硬件部分原理框图如图1所示。

　　（1）压差控制电路为降低三端稳压器件LM317、LM337的功耗，必须控制LM317、LM337输入端与输出端的压差，压差控制电路由单结晶体管BT33、积分电路（Rp、C3）和可控硅BTl51组成，如图2所示。由于负端电路与正端电路完全对称，下面分析的电路以正端为例进行说明。

　　充放电电路由BT33和Rp、C3组成，充放电时间，τ=Rp C3。

　　通过控制Rpl电阻的大小来改变充放电时问τ，从而改变可控硅BTl51的导通角，使整流后输出电压的平均值发生变化，达到调压的目的。为了实现自动调压差，将Rp用继电器控制的电阻网络代替，电阻网络如图3所示。

　　继电器采用松下公司生产的TQ-12，它有两组常开、常闭触点，由单片机的I／O口控制其断开与闭合，继电器控制电路如图4。为了使正负两路电源的内部消耗均衡，对继电器采用一12V供电。为解决单片机I／O口输出的TTL电平（高电平和低电平）能否控制继电器断开和闭合的问题，利用图4中R1、R1‘电阻进行分压。电阻值的大小可利用叠加原理计算确定。只要选取合适的电阻值，就可以达到控制的目的。

　　（2）稳压及输出电压控制稳压电路如图5。它由三端稳压芯片LM317（负端为LM337）及外围芯片组成，在R1上产生固定电压1.25V，为了达到起始电压为2V，在电路中串接电阻R2，R2的大小决定电路输出的起始电压，最小电压值为1.25V。计算选取合适的R2阻值，适当匹配输出电压控制电路中电阻网络的阻值，即可达到O.1V可调输出电压。

　　输出电压控制电路同样采用图3所示继电器电阻网络，与压差控制电路的区别在于输出电压控制电路采用了8个TQ-12的电器。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程读直接影响输出电压的精度。

　　（3）电压电流采样电路电压电流采样电路如图6所示，由运放LM324和串行AD0834组成。AD0834为4通道8位逐次逼近式多路串行模数转换器，其输出与TTL和CMOS兼容。图中由A1／A2等构成电流采样处理电路，由A3等构成电压采样电路，它们分别输出到串行AD0834的某个通道。正负两端电压电流的采集正好需要4个通道，由单片机控制进行轮流采集。

　　（4）掉电前重要数据存取电路掉电前保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。X5045是在单片机系统中广泛应用的一种电压监测与复位电路芯片，它把上电复位、看门狗定时器、电压监控和E2PROM四种常用功能组合在单个芯片里，以降低系统成本、节约电路板空间。其看门狗定时器和电源电压监控功能可对系统起到保护作用；512×8位的：E2PROM可用来存储单片机系统的重要数据。本设计通过软件设置，在每次电压设置值结束后就把该值直接写入到x5045的某个内存单元，而系统在初始化的过程中就直接将上次保存的数值读入单片机，单片机根据该数值控制电阻网络，从而获得需要的电压值。

　　3.软件设计

软件采用C5l编程。整个系统的软件流程图如图7所示，其中外部中断用于键盘进行电压设置，定时器中断用于过负载瞬间过载保护。

　　4.结束语本文给出了基于AT89S5l单片机的数字化可调稳压电源的设计思路，对主要硬件电路进行了分析，并给出了软件流程。测试考核结果表明：基于AT89s51单片机直流稳压电源稳定性好、精度高、成本低，其性能优于传统的可调直流稳压电源，大大改善了传统的稳压电源的性能，简单易用，成本低廉，非常适合一般教学和科研使用。