摘 要：為解決普通電源精度不高的問題，介紹一種數控直流穩(wěn)壓電源。詳細論述了該系統(tǒng)的總體結構、硬件和軟件的設計。采用AT89C51系列單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數字量來改變輸出電壓值(A/D轉換后電壓值)，經集成運放放大和射極輸出器輸出，間接地改變輸出電壓的大小，具有輸出精度高、數碼顯示直觀等特點。

關鍵詞：AT89C51;DAC0832;數控;電壓源

中圖分類號：TM91文獻標識碼：B文章編號：1004373X(2008)1910703

Design of a Numerical-controlled Direct Voltage Source Based on AT89C51

ZHAN Xinsheng，ZHANG Jiangwei

(Xuzhou Vocational Institute of Industrial Technology，Xuzhou，221006，China)

Abstract：To solve the problem of normal power supply′s low accuracy，the article introduces a kind of a numerical-controlled direct voltage source.Furthermore，the paper elaborates this system overall the structure，the hardware and the software design.Concretely the power supply uses 51 MCU as center-controlling part，and changes output-voltage by changing input digits.At last outputs are amplified by operational amplifier and circuit emitter output，it will indirectly alters output voltage.This source supply has the advantages of high accuracy on output and DC displays directly.

Keywords：AT89C51;DAC0832;numerical-controlled;voltage source

目前所使用的直流可調電源中，大多為旋鈕開關調節(jié)電壓，調節(jié)精度不高，而且經常跳變，使用麻煩。利用本數控電源，可以達到每步0.1 V的精度，輸出電壓范圍0～12 V，電流可以達到2 A，且數碼顯示直觀。

1 總體設計方案

1.1 總體設計思路

采用AT89C51系列單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數字量來改變輸出電壓值(A/D轉換后電壓值)，經集成運放放大和射極輸出器輸出，間接地改變輸出電壓的大小。

1.2 總體設計框圖

經過方案論證和比較后，最終確定的系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要由主電源、輔助電源、D/A轉換、集成運放、射極輸出器、單片機最小系統(tǒng)、顯示及按鍵等組成。

2 硬件單元電路的設計

整機電路如圖2所示，下面對各個單元電路設計進行說明。

2.1 電壓源電路的設計

基本設計思想是對單片機輸出的電壓(D/A轉換后)進行放大，經射極跟隨器(功率放大，減小輸出內阻提高帶負載的能力)輸出數控可調電壓。

芯片介紹：AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4 kB的可反復擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和128 B的隨機數據存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，內置通用8位中央處理器(CPU)和FLASH存儲單元^［1］。

DAC0832是采用CMOS工藝、具有8位分辨能力的D/A轉換器。它有三種工作方式：不帶緩沖工作方式、單緩沖工作方式、雙緩沖工作方式，可直接與AT89C51相連。DAC0832內部采用倒T型電阻網絡，芯片中無運算放大器，使用時需外接運放，輸出是模擬電流Io1、和Io2。芯片中已設置反饋電阻Rf，使用時將Rf輸出端接運算放大器的輸出端即可^［2］。本電路采用不帶緩沖工作方式，UREF為D/A轉換器的基準電壓。

電路介紹：采用51芯片作為控制器，P1口和 DAC0832的數據口直接相連，DA的CS，WR₁，WR2，XFER接地，讓DA工作在直通方式下。DA的8腳接參考電壓(UREF)，參考電壓電路如圖3所示。LM336集成電路是精密的5 V穩(wěn)壓器，其工作相當于一個低溫度系數的、動態(tài)電阻為0.2 Ω的5 V齊納二極管，其中的微調端(G)可以使基準電壓和溫度系數得到微調。通過調節(jié)可調電阻調節(jié)LM336的輸出電壓為5.12 V，所以在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為5.12 V/256=0.02 V，也就是說DAC輸入數據端每增加1，電壓增加0.02 V^［3］。由于本電源輸出電壓為0～12 V，則最大輸入數據為120(對應的二進制為1111000)，DAC輸出的值為2.4 V，即輸入數據在0～1111000之間變化，DA輸出電壓在0～2.4 V(實際為0～-2.4 V)之間變化。DAC輸出的電壓經集成運放倒相放大后，輸出0～12 V電壓。為了滿足輸出電壓的要求，應使集成運放的放大倍數為2.5倍，即Auf=－R6/R5=－2.5。實際使用時，通過調整R6的阻值，來滿足放大倍數的要求。集成運放放大的電壓經Q4構成射極跟隨器放大，作為最終電壓輸出。

2.2 顯示和按鍵電路設計

采用四位LED數碼管動態(tài)顯示輸出電壓的大小。此電路原理簡單，電路連接方便，可用單片機直接驅動，其中Q1，Q2，Q3為位驅動。

本系統(tǒng)用兩只按鍵KEY2、KEY3來實現“+”、“-”步進控制，用一只按鍵KEY1實現電路復位清零。

2.3 主電源和輔助電源的設計

本系統(tǒng)采用兩種電源(主電源和輔助電源)供電，如圖4所示，電源變壓器帶有中心抽頭，經LM7815、LM7915得到大小相等、極性相反的±15 V^［4］，一路經LM7805得到+5 V電壓：其中+15 V為主電源，作為射極輸出器的電源；±15 V作為集成運放的電源；+5 V作為單片機系統(tǒng)及顯示電路電源用。

3 軟件設計

系統(tǒng)軟件設計采用匯編語言，設計的關鍵是對直流電壓源步進電壓的控制和顯示^［5］。設計框圖如圖5所示。

當電源打開的時候，MCU進行復位，寄存器清零，輸出電壓為0 V，并在數碼管上顯示(這里為0 V)。這時候程序循環(huán)檢測是否有按鍵信號，如果KEY2按下，則輸出電壓增加0.1 V；如果KEY3按下，則輸出電壓減省0.1 V。若用戶按KEY1，則復位清零，單片機返回初始狀態(tài)，輸出電壓為0 V，并等待下一次按鍵。

4 安裝調試

電路組裝好以后，要檢查一遍接線情況，在確定安裝接線無誤的情況下，就可進行電路通電調試。首先測量主電源、輔助電源輸出電壓是否達到要求；在初始化狀態(tài)下，調節(jié)集成運放μA741的外接調零電位器，使集成運放輸出電壓為零。調節(jié)射極輸出器的偏置電阻R9使輸出電壓為零；在輸入數值最大的情況下，調節(jié)輸出集成運放的負反饋電阻R6，使其輸出電壓為12 V，測量射極輸出器的輸出電壓，如果正常(12 V)，說明設計組裝基本成功。

5 結 語

該數控電壓源經過實際使用說明，具有精度高、使用方便、顯示直觀、硬件電路簡單等特點。

參考文獻

［1］付曉光.單片機原理與實用技術［M］.北京：清華大學出版社，2006.

［2］張惠敏.數字電子技術［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

［3］華強電子世界.基于8051單片機的數控電源設計［EB/OL］.http://www.dz863.com/Microprocessors/MCS-8051/DAC0832-LM350.htm.2006.

［4］周雪.模擬電子技術［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2004.

［5］梅笙，李瑋.基于AT89C52控制的數控直流電流源的設計［J］.電子測試，2007(2)：19-23.

作者簡介

詹新生 男，1975年出生，江蘇銅山人，現為徐州工業(yè)職業(yè)技術學院講師，家電技術課程骨干教師，研究生在讀。研究方向為電子與電氣。

張江偉 男，1981年出生，徐州工業(yè)職業(yè)技術學院教師，助教。