基于ATC51的新型数控直流电源设计

摘要：针对目前的电源普遍存在输出恒定、精度较差的问题，设计了一种基于单片机的新型数控直流电源。主要分为电源模块，单片机控制模块，数码管、按键模块和PWM波输出驱动模块这4部分。首先通过键盘输入预期的电压值，单片机根据输入值输出不同占空比的PWM波，控制可控稳压芯片LM317的输出，输出结果在数码管上显示。在整个系统中，由专门的电源稳压模块提供稳定电压以减小误差。输出电压范围为0．00～15．00V，电流范围0．1 A，误差不超过5％，具有使用灵活、精度高、工作稳定，成本低的优点，适宜推广使用。
关键词：电源；单片机；ATC51；数控：PWM波

在各种电子设备中，电源是一种必不可少的仪器。随着科技的进步，电子设备逐渐综合化，复杂化，对电源部分使用的灵活性和精度都提出了更高的要求。
目前所用的电源大多是只有固定电压输出(例如常用的有：±5 V、±12 V或±15 V)，其缺点是输出电压不可人为地改变，输出精度和稳定性都不高；在测量上，传统的电源一般采用指针式或数字式来显示电压或电流，搭配电位器调整所要的电压及电流输出值。若要调整精确的电压输出，须搭配精确的显示仪表监测；又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，而且会产生漂移。市场上销售的数字可调电源成本较高，使用也不方便。
针对这一现象，本文提出了一种基于AT98C51单片机的新型数控直流电源。
键盘输入控制输出电压值，数码管显示输出电压值。输出电压范围0．00～15．00 V，电流范围0～1 A，输出电压的精度为百分位，误差小于0．5％。具有使用灵活，精度高，工作稳定，成本低的优点，适宜推广使用。

1 硬件电路组成及工作原理
1．1 系统硬件结构
系统硬件结构如图1所示。系统分为电源模块，单片机控制模块，数码管、按键模块和PWM波输出驱动模块4部分组成。电源模块主要由外接不可控电源和二级滤波电路组成PI型滤波电路；单片机控制模块主要由AT98C51单片机及其外围电路组成；数码管、按键模块包括数码管显示部分和键盘输入部分；PWM波输出驱动模块主要由稳压芯片LM317，三极管及其配套电路组成。本数控直流电源通过按键控制单片机产生PWM信号驱动级(三极管)的线性放大，来控制稳压芯片LM317的ADJ控制端口，通过调节其占空比对电容进行充放电实现能量转换，从而调节输出电压，最后通过数码管显示。各部分的电源由电源模块提供的稳压输出提供。本系统还可以通过串行口实现上位计算机和数字电源之间的通讯，人机交互图形用户界面(GUI)可以是设计人员按照计算机屏幕上的指示的步骤，通过选择参数来对电源电压，电流阀值与响应，软启动，容限，环路补偿的功能的管理工作，也可以通过按键来设定。

1．2 电源模块
电源模块是通过外部输入20 V的不可控电压输入，经过稳压管系统提供电源保证。LM78012是12 V的稳压芯片，输出12 V的稳定电压，提供给输出驱动模块LM317的输入级。LM7805是5 V的稳压芯片，提供稳定的5 V电压，提供给单片机的电压输入端。VD2为二极管串入，起保护作用，防止输入反极性时烧毁电路芯片。C9，C5，C12n，C6，C7，C3为滤波电容，阻值如图2所示，组成PI型二阶滤波电路，消除电源纹波的干扰影响。