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基于51单片机的数控电源设计

本文介绍了以51系列单片机为控制单元，以数模转换器DAC0832输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块LM350的输出电压大小。该电路设计简单，应用广泛，精度较高等特点。
　　关键词：单片机（MCU），数模转换器（DA），掉电存储器（EEPROM）。
　　引言
　　目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。利用数控电源，可以达到每步0.1V的精度，输出电压范围0~15V，电流可以达到2A。
　　系统结构

图1：硬件系统结构图
　　对选用芯片说明
　　DAC0832是一款常用的数摸转换器，它有两种连接模式，一种是电压输出模式，另外一种是电流输出模式，为了设计的方便，选用电压输出模式，如电路图所示，Iout1和Iout2之间接一参考电压，VREF输出可控制电压信号。它有三种工作方式：不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。该电路采用单缓冲模式，由电路图可知，由于/WR2=/XFER=0，DAC寄存处于直通状态。又由于ILE=1，故只要在选中该片（/CS=0）的地址时，写入（/WR=0）数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至DAC寄存器，经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束，/WR1和/CS立即变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。
　　AT24C02是一款常用的可掉电保存数据的ROM，2K比特容量，采用I2C总线操作，关于它的具体操作方法参考相关资料。

图2：主硬件电路图

图3：参考电压电路图
　　硬件电路设计
　　采用常用的51芯片作为控制器，P0口和DAC0832的数据口直接相连，DA的/CS和/WR1连接后接P2.0，/WR2和/XEFR接地，让DA工作在单缓冲方式下。DA的11脚接参考电压，参考电压电路如图2所示，通过调节可调电阻调节LM336的输出电压为5.12V，所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5.12V/256=0.02V，也就是说DA输入数据端每增加1，电压增加0.02V。
　　DA的电压输出端接放大器OP07的输入端，放大器的放大倍数为 R8/（R8+R9）=1K/（1K+4K）=5，输出到电压模块LM350的电压分辨率=0.02V×5=0.1V。所以，当MCU输出数据增加1的时候，最终输出电压增加0.1V，当调节电压的时候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低电压。
　　本电路设计三个按键，KEY1为翻页按键，最近设置的电压大小保存在EEROM里面，比如10个电压，按一下KEY1，电压变为下一个，省去了反复设置电压的麻烦，KEY2为电压+，KEY3为电压+，按一下KEY2，当前电压增加0.1V，按一下KEY3，当前电压减小0.1V。
　　限于篇幅原因，未画出数码管显示电路，该系统使用3个数码管，可以显示三位数，一个小数位，比如可以显示12.5V，采用动态扫描驱动方式。本主电路的原理是通过MCU控制DA的输出电压大小，通过放大器放大，给电压模块作为最终输出的参考电压，真正的电压，电流还是由电压模块LM350输出。
　　为了达到2A的输出电流，LM350必须选用金属外壳封装，并且带稍大面积的散热片。
　　软件流程

　　软件系统
　　软件的设计主要完成三方面的功能:
　　1.设置电压并且保存，主要是对EEROM的操作。
　　2.把设置的电压送到DA，主要是对DA的操作。
　　3.中断显示，把设置的电压显示到LED数码管上。
　　该数控电压源实现保存最近10电压功能，当打开电源的时候，它显示和输出的必须是上次使用电压大小，所以在EEROM中使用11个地址保存数据，第一个地址保存当前电压编号，大小为1~10。第2个地址~第11个地址连续保存10个电压大小数据。电压编号的大小分别对应到相应地址电压大小。
　　对软件流程做一下说明：当电源打开的时候，MCU进行复位，寄存器清零。接着电源应该显示和输出上次关机前的电压大小，这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号，根据电压编号读出对应电压，把该数据送到DA，在转换成BCD码送到显示部分。这时候程序循环检测是否有按键信号，如果KEY1按下，电压编号指向下一个，保存该电压编号，读对应电压，把他送到DA并且显示。如果KEY2按下，当前电压数据加1，相对应输出电压（POWER—OUT引脚）增加0.1V，保存设置电压数据。如果KEY3按下，电压数据减1，输出电压
减少0.1V，保存设置电压数据。
　　结语
　　该数控电压源经过时间实际使用说明，具有精度高，使用方便，硬件电路简单等特点。如果要作成产品，还需要增加电流测量和显示部分，对这部分电路请参考相关资料。本文主要对如何控制功率输出电压大小做出个例子，该电路对测量领域，以及马达调速方面都可以扩展使用。
　　参考文献：
　　1． 陆坤.奚大顺等《电子设计技术》电子科技大学出版社. 1997.5
　　2． 马忠梅.籍顺心等 《单片机的C语言应用程序设计》北京航空航天大学出版社 2001.5