可调线性稳压电源-线性可调稳压电源的设计详解

可调线性稳压电源一线性可调稳压电源的设计详解

稳压电源通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源是比较早

使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压

低；反应速度快，输出纹波较小：工作产生的噪声低：效率较低，产生的热量

大。本文将对现有线性稳压电路设计方法进行总体的综述,具体的跟随小编一

起来了解一下。

一、系统设计方案

采用51系列里扬作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出

电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大

小。采用软件方法来解决数据的预置以及电遮的控制，使系统硬件更加简洁,

各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用51系列单片机为主控制器，

通过键盘来设置直流电源的输出电流，并可由数码管显示实际输出电压值和电

压设定值。

利用单片机程控输出数字信号，经过D/A转片器(DA0832)输出模拟星，

再经过运算放大器放大,控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电流的变

化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经

过电流/电压转变后，通过A/D转换邈1，实时把模拟量转化为数据量，经单片

机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电

压源。

1、数字控制部分

正负可调双路直流稳压电源的数控部分采用51单片机为主控制相,通过键

盘来设置直流电源的输出电压值，并由数码管进行显示实际输出的电压值和电

压设定值。

2、显示及输出部分

该数控电压源的显示部分采用六位数码管显示。通过键盘电路给定所要输

出的电压值，在使用键盘完成输出电压调整后，瑜出电压对应的数据被送入单

片机，电压值被经过处理后送入数码管显示。该显示电路既可以用来显示所要

输出的电压值，也可以用来显示键盘电路的调整过程，使输出的电压值可以被

直观的观察到。该双路直流稳压电源的输出部分由数字/模拟转换电路，放大电

路，稳压电路组成。由单片机控制输入电源值号的产生，然后将输出的数字电

压信号经数字/模拟转卖器产生相应的模拟电压信号，再经放大电路及相应的稳

压调整电路，最后输出所需电压值。

3、系统框图

该稳压电源的整体系统电路由键盘电路，单片机电路，显示电路，信号处

理电路组成。其中信号处理电路包括数字/模拟转换电路，模拟信号放大电路,

输出信号调整电路，最后经过稳压的电压值经负载输出。系统框图如卜.：

图1.4T正负可调双路直流稳压电源系统框图

二、统硬件电路设计

1、主控制部分

1)AT89s52简述

AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能

CM0S8位微处理器。具有8K字节可编程闪烁存储器，可擦除的的只读存储器

(PEROM),ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器。AT89S52单片机为很多

嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案三级程序存储器锁定、32可

编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功

耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。AT89s51引脚图如图下图所

示：

P1.0匚)□Vcc

40对

1匚

P1^□P()O.'AIX)

2匚*

P1338□POl.ADI

3匚

PI437□PO1'AD2

P14匚536

匚□PO.3.AD3

PI5635%

匚□P0.4,AD4

PI6

7”

P17匚□HI.5-AD5

8□P0.6,AD6

32

RST.VPD匚0□PO.7,AD7

103|

RXDP3.0匚130□EA,Vpp

TXDP3I匚129□/M.EPROG

12

IM0P32匚328□PSEN

1

INTIP3.3匚427□P2.7/AI5

1

IO/P34C526”□F2d,A14

16□P2.5.-A13

1724□B24.A12

23

RD'I^.7E18□P23/A1I

-22

XTA1.2E92|□P2.2.-AIO

XTAL1匚20□P21.A9

GNDC□P2.O?A8

图2.1.1-1AT89S51引脚图

电源引脚：电源引脚接入单片机的工作电源。VCC（40脚）：接十5V电

源；VSS（20脚）：接地。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电

平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址

的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端

以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的l/6o因此它可用

作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然1仙要注意的是：每当用作外部数据存

储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微

拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

时钟引脚：两个时钟引脚XTAL1和XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构

成了一个振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。

XTAL1（19脚）：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输XTAL2

（18脚）：来自反向振荡器的输出。

PO,Pl,P2口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个

LS型TTL负载。当I/O口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用

于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程

时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部

必须被拉高。P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲将能

接收输出4个LS型TTL负载。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作

输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个

TTL负载，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输

出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地

址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个

TTL负载。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作

为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘

故0P3口也可作为AT89c51的一些特殊功能口0P3.0RXD（串行输入口）P3.1

TXD（串行输出口）P3.2/INTO（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4

T0（记时器0外部输入）.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储

器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校

验接收一些控制信号。2.2信号控制部分

信号处理部分是该系统电路的重要组成部分，其主要作用是处理由单片机

送来的数字信号，将其以模拟稳压的形式输出。电路的组成主要包括D/A转换

电路，放大电路。

2）A/D转换电路

DAC0832芯片介绍,DAC0832引脚图如图3-2所示：DAC0832是一种典驾的

8位转换器，它能直接与MCS-51单片机相连接，其主要特性如下：

（1）电流输出，稳定时间为lus；

（2）可双缓冲输入，单缓冲输入或直接数字输入；

（3）单一电源供电（+5-+15V）；

CS/—120VCC

m/_219——III

AGHD——318—IR2/

DI3——4DAC17—XFKR/

5083216

D12———DI4

D11一615一DI5

714_DI6

DI0一

813

VRZF一一DI7

RH）一912—I0VT2

1011

DGND一—lOlffi

DAC0832的各引脚及功能如下:

DI0-DI7：8位数字信号输入端，与单片机的数据总线相连，用于接受单片

机送来的待转换的数字量，DT7为最高位。

彳：为片选端，当于为高电平时，本芯片被选中。

IIE：数据锁存允许控制端，高电平有效。

而1：第一级输入寄存器写选通控制，低电平有效。当丁=0,ILEE,WR1=O

时，数据信号被锁存到第一级8位输入寄存器中。

XFEK数据传送控制，低电平有效。

WR2：DAC寄存器写选通控制端，低电平有效。当方左心0,正1二0时，输入寄

存器状态传入8位DAC寄存器中。

loutl:D/A转换器电流输出1端，输入数字量全"1"时，lout最大,输入

数字量全“0”时，lout最小。

Iout2：D/A转换器电流输出2端，Ioutl+Iout2二常数。VCC：电源输入

端，可在+5V-+15V范围内。DGND：数字信号地。

AGND：模拟信号地，最好与基准电压共地。一般情况下，这两个地端均并

联接地。

2)信号放大电路

该电压放大电路主要由放大器构成，由电路图可知运算放大器的反馈来自

数控电源的输出端，下面是有关运算放大器LM393的介绍：

1、单电源供电在0—30V；

2、双电源供电；-15V--15V0

3、所有运算放大器都没有“地”引脚，所有正负电源对运放来说都是相对

于脚VCC的单电源供电。

3)LED数码管显示电路

本双路直流稳压电源的数据显示采用数码管电路来实现。单片机应用系统

中常使用国_作为显示器，在需多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，

常将所有门的选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阳I/O线受控

制，实现各部分时选通。如图3-3所示为6位LED动态显示接旦电路。显示部

分电路图如下图所示：

由键盘电路将所要输出电压的数值送给单片机，经单片机处理后将该数值

•方面送给信号处理电路，同时该数据被送给显示电路去显示。该显示电路由

数码管和锁存器组成。

数码管的外型结构如图3-4a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种类

型，其结构分别如图3-4b）和图3-4c）所示。

a）外型结构b）共阴极c）共阳极

图2.3-1数码管内部电路图J［於-

本系统电路采用动态显示，其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较

多时'业要依次扫描，占用CPU较多时间，但采用动态显示方式比较节省I/O

口，而且硬件电路也较静态显示简单。

4）显示驱动电路

MCS—51单片机受引脚数的控制，P0口兼用数据线和低8位地址线，为了

将它们分离出来，需要在单片机外部增加显示驱动电路。本设计选用驱动芯片

74HC573o

74HC573是一种带有三态门的8D锁存器，其引脚图如图3-5所示。对其

引脚说明如下：

D7-D0：8位数据输入线。Q0-Q7：8位数据输出线。

G：数据输入锁存选通信号，高电平有效。当该信号为高电平时外部数据选

通到内部锁存器，跳变时，数据锁存到锁存器中。

OE/_120VCC

2719_Q7

3418_D7

4H17_D6

5C16_Q6

6515_Q5

7714_D5

8313_04

Q3—912—04

GND___1011_G

图2.3.1-1锁存器74HC573［御图

0E：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平时，三态门打

开，锁

存器中数据输出到数据输出线。74HC573功能表如表3-6所示：

表2.3.1-14HC573功能表

OE/GDQ

0111

0100

00X不变

1XX高阳态

5）按键部分

按键接口具有的功能：

1、键扫描功能，即检测是否有键按下;

2、键识别功能，确定被按下的键所在的行列的位置；3.产生相应的键的

代码；

按键采用中断方式与单片机相连，其中行和列占用了51单片机的P1口，

四列除了分别使用5.1K的电阻上拉至VCC外，还和74HC573的输入相连接，与

门对应输出接单片机的外部中断输入引脚，用于在有键按下时申请中断。

6）输出部分

输出电路主要由三端稳压器7815和7915构成。这里介绍用一块7815和一

块7915三端稳压器对称连接，即可获得一组正负对称的稳压电源，经过稳压处

理的电压值最后经负载输出

7）三端稳压芯片7815概述

如图3-7所示，引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。

引脚①为最高电位，③脚为最低电位，②脚居中。从图中可以看出，不论正压

还是负压，②脚均为输出端。对于7815正压