數(shù)字化控制在直流穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　引言

　　直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的設(shè)備。常見的直流穩(wěn)壓電源，大都采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓原理，通過(guò)調(diào)整輸出端取樣電阻支路中的電位器來(lái)調(diào)整輸出電壓。由于電位器阻值變化的非線性和調(diào)整范圍窄，使普通直流穩(wěn)壓電源難以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確調(diào)整。目前，直流穩(wěn)壓電源已朝著多功能和數(shù)字化的方向發(fā)展，本文以單片機(jī)為核心，結(jié)合數(shù)字反饋控制技術(shù)。該電路具有電壓調(diào)整簡(jiǎn)便，讀數(shù)直觀，電壓輸出穩(wěn)定，便于智能化管理的特點(diǎn)，有效地克服了傳統(tǒng)電源的不足。

　　1 系統(tǒng)功能系統(tǒng)

　　電壓調(diào)節(jié)范圍為0一12V，最大輸出電流2A，具有過(guò)載和短路保護(hù)功能。數(shù)字顯示有4位，其中1位功能顯示，另3位顯示輸出電壓以及電路參數(shù)設(shè)定值。鍵盤設(shè)有4個(gè)鍵，功能選擇鍵，步進(jìn)增減鍵以及確認(rèn)鍵。功能選擇鍵用于啟動(dòng)參數(shù)設(shè)定狀態(tài)，步進(jìn)增減鍵用于設(shè)定參數(shù)數(shù)值，確認(rèn)鍵用于輸入設(shè)定值電源開機(jī)設(shè)定值為前次使用值。此時(shí)按鍵，則電壓顯示值出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，表示進(jìn)人參數(shù)設(shè)定狀態(tài)。通過(guò)按鍵功能選擇可在不同的設(shè)定參數(shù)之間切換，再按確認(rèn)鍵進(jìn)人設(shè)定狀態(tài)，通過(guò)增減鍵改變?cè)O(shè)定值，按確認(rèn)鍵輸入設(shè)定值。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)識(shí)別功能，將不接受超出使用范圍的設(shè)定值。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 電路原理

　　電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)為控制核心，外部擴(kuò)展一片電擦除2864存儲(chǔ)器用以實(shí)現(xiàn)斷電參數(shù)存儲(chǔ)功能。單片機(jī)計(jì)算設(shè)定值與AID轉(zhuǎn)換采樣反饋值的偏差以及偏差的變化率，得出相應(yīng)的輸出值，由D/A轉(zhuǎn)換電路變換為模擬量去驅(qū)動(dòng)電壓輸出控制電路，從而使電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。

　　2.2 顯示輸出及按鍵輸入電路

　　LED顯示器和74LS247,74LS138構(gòu)成信息顯示系統(tǒng)，顯示數(shù)據(jù)由單片機(jī)P0口輸出。顯示內(nèi)容主要有電源實(shí)際輸出電壓、電流，限定的電壓、電流，PID參數(shù)。輸入操作由四個(gè)輕觸按鍵完成，采用獨(dú)立式按鍵中斷接口方式，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，讀取P1口數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的按鍵處理程序。由于采用中斷方式，占用系統(tǒng)時(shí)間較少。功能選擇鍵，其功能循環(huán)的路徑為：輸出電壓顯示~輸出電壓設(shè)定一比例參數(shù)~積分參數(shù)~微分參數(shù)一輸出電壓顯示，參數(shù)設(shè)定通過(guò)按“+ 、一”鍵改變，按確認(rèn)鍵輸入存儲(chǔ)器，保存在2864存儲(chǔ)單元中。

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　　2.3 穩(wěn)壓輸出

　　電路單片機(jī)根據(jù)按鍵設(shè)定值和A/D轉(zhuǎn)換的采樣值計(jì)算出輸出值，通過(guò)數(shù)據(jù)總線把數(shù)據(jù)傳送到DAC0832,進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，由IOUT1 ,IO UT2輸出相應(yīng)的模擬電流信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為0-5V的模擬電壓信號(hào)，再經(jīng)一級(jí)比例放大電路放大后驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)整管Q1，電路原理見圖2,Q1接成射極跟隨器的形式，一方面可以保證輸出電壓與輸入電壓一致，另一方面減小輸出電阻，提高電源的帶負(fù)載能力。輸出電壓經(jīng)R3,R4分壓后，送到A/D轉(zhuǎn)換電路，采樣處理后，反饋到單片機(jī)。當(dāng)采樣值高于設(shè)定值，單片機(jī)計(jì)算出輸出量減小，相應(yīng)Ql基極電位下降，輸出電壓下降。當(dāng)輸出電壓過(guò)低時(shí)，電壓反饋穩(wěn)定過(guò)程與此相反。由此，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的穩(wěn)定。

　　2.4 AID轉(zhuǎn)換電路

　　AID轉(zhuǎn)換電路主要由ADC0809及500KHZ方波發(fā)生器組成。其中500KHZ信號(hào)是由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，為ADC0809提供時(shí)鐘源。模數(shù)轉(zhuǎn)換完成以后，ADC0809向單片機(jī)申請(qǐng)中斷。

　　3 軟件設(shè)計(jì)軟件

　　采用匯編語(yǔ)言編寫，全部模塊化編程。系統(tǒng)主要由顯示模塊、按鍵輸入中斷模塊、電壓調(diào)整量計(jì)算模塊等組成。

　　主程序進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)定，包括I/O口、定時(shí)器、中斷、各數(shù)據(jù)緩沖區(qū)初始化，輸出顯示信息并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控等待中斷。按鍵輸入及數(shù)模轉(zhuǎn)換都將激發(fā)中斷。其中數(shù)模轉(zhuǎn)換中斷優(yōu)先級(jí)高于按鍵輸入中斷。數(shù)模轉(zhuǎn)換中斷子程序及按鍵中斷處理子程序流程框圖見圖4和圖5,按鍵 中斷 由INT1引人，進(jìn)人按鍵中斷后，單片機(jī)首先掃描P1口，若某位為低電平，先延時(shí)loms，然后再讀人該位，如果讀得值仍為低電平，可確認(rèn)此鍵已按下。然后調(diào)用該鍵的鍵處理子程序。在按鍵中斷中，功能鍵的中斷優(yōu)先級(jí)最高。

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　　數(shù)模轉(zhuǎn)換中斷子程序由INTO引人，中斷后首先讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換值進(jìn)人顯示緩沖區(qū)，再調(diào)用PID調(diào)節(jié)子程序計(jì)算調(diào)節(jié)量，并將輸出量送D/A轉(zhuǎn)換完成一次電壓調(diào)節(jié)。開啟模數(shù)轉(zhuǎn)換后返回主程序。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　利用單片機(jī)對(duì)直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行控制，改善了電源的性能，使用方便靈活，且成本較低。另一方面，根據(jù)對(duì)電源的新要求，控制系統(tǒng)在軟件上還可進(jìn)一步改進(jìn)，以擴(kuò)展其功能，而并不需要增加硬件開銷，從而提高了電源的性能價(jià)格比。