摘 要：采用STC12C5A60S2單片機，設(shè)計了用于通信機房的12-48V可調(diào)高精度數(shù)控直流電源。主要包括鍵盤輸入，LED顯示，PWM波輸出，功率輸出，A/D轉(zhuǎn)換等模塊。該電源采用了10位高精度A/D對輸出電壓進行采用，實現(xiàn)了閉環(huán)控制，具有電壓調(diào)節(jié)方便，精度高等優(yōu)點，能夠滿足通信機房對電源電壓及精度的要求。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2；單片機；直流電源

中圖分類號：TN86

直流電源是通信機房的必需設(shè)備，它的主要任務(wù)就是通過把交流系統(tǒng)整流出直流電，為通信機房的交換設(shè)備、傳輸設(shè)備等提供直流工作電源，其性能和質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到通信設(shè)備能否穩(wěn)定運行[1]。然而，目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分是利用分立器件組成的線性電源，在輸出特性上存在輸出精度和穩(wěn)定性不高的問題。此外，在調(diào)整精確的電壓輸出時，因為電位器的阻值特性為非線性，在調(diào)整時需要花費一定的時間。因此，具有精度高，智能化的數(shù)控直流電源在工業(yè)生產(chǎn)中逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。本文采用單片機作為控制核心，設(shè)計一種用于通信機房的12-48V可調(diào)高精度數(shù)控直流電源。

1 總體方案

本次設(shè)計的數(shù)控直流電源方案如圖1所示，主要包括鍵盤輸入，LED顯示，PWM信號輸出，功率輸出，A/D轉(zhuǎn)換等模塊，單片機負責(zé)對各個模塊之間的協(xié)調(diào)處理。其基本原理是單片機控制輸出占空比可調(diào)的PWM信號，經(jīng)過功率放大、濾波之后獲得穩(wěn)定直流電壓輸出。另一方面，對輸出的電壓進行取樣并進行A/D變換后反饋到單片機，根據(jù)取樣電壓與設(shè)定電壓進行比對，再對PWM信號占空比進行調(diào)節(jié)，從而形成閉環(huán)控制。輸出電壓值用鍵盤進行設(shè)置，并采用LED數(shù)碼管進行動態(tài)顯示。

圖1 數(shù)控直流電源方案

2 主要硬件組成

2.1 STC12C5A60S2單片機簡介

STC12C5A60S2是宏晶科技公司的一款增強型MCS-51單片機。該單片機采用單時鐘/機器周期（1T），指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。此外，其內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），非常適用機電控制場合。

2.2 核心電路設(shè)計

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時間的改變，從而實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)[2]。圖2所示為本通信直流電源的核心模塊。單片機內(nèi)部的可編程PWM模塊信號從P1.3引腳輸出，R1為上拉電阻，信號經(jīng)過限流電阻R2連接到功率三極管VT的基極。功率三極管VT放大的PWM波經(jīng)過LC濾波整形，通過對單片機內(nèi)部的PWM模塊編程，控制其占空比在25-100%之間連續(xù)可調(diào)，從而最終獲得12-48V范圍的直流電壓。圖中，DT為續(xù)流二極管，其作用是在控制開關(guān)關(guān)斷期間，給儲能濾波電感L釋放能量提供電流通路。在PWM電源中，輸出的PWM波頻率通常為20kHz。

由于STC12C5A60S2單片機內(nèi)部A/D模塊要求輸入電壓不能超過5V，因此采用R3和R4構(gòu)成的分壓電路對輸出電壓進行取樣之后，再連接到單片機內(nèi)部進行A/D轉(zhuǎn)換，如圖2所示。

圖2 PWM驅(qū)動輸出及A/D取樣電路

3 軟件程序設(shè)計

軟件程序中，需要對STC12C5A60S2單片機內(nèi)部模塊進行初始化，主要包括對PWM模塊和A/D模塊的相應(yīng)控制寄存器進行設(shè)置。其中，PWM_init（）函數(shù)的主要代碼及說明如下（晶振頻率12M）：

CMOD=0x08； //設(shè)置PWM頻率Fosc/256，為50kHz

CL=0x00； //PCA定時器清零

CH=0x00； //PCA定時器清零

CCAPM0=0x42； //PWM0設(shè)置PCA工作方式為PWM方式

CCAP0L=0xc0； //設(shè)置PWM0初始值與CCAP0H相同

CCAP0H=0xc0； // PWM占空比為25%

AD_init（）函數(shù)的主要代碼及說明如下：

P1ASF=0x01； //P10口做AD 使用

P1M0 = 0x01； //用于A/D轉(zhuǎn)換的P1.0口

P1M1 = 0x01； //P1.0先設(shè)為開漏，斷開內(nèi)部上拉電阻

ADC_CONTR=0x88；//開啟AD高速轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)工作流程為：單片機上電復(fù)位，初始化系統(tǒng)內(nèi)部PWM模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊以及其他相關(guān)寄存器。在主函數(shù)的循環(huán)中，單片機讀取10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并與當前設(shè)置的電壓值進行對比，根據(jù)誤差對PWM模塊的控制寄存器進行修正，改變占空比，直到輸出電壓值與設(shè)定值一致。另外，通過按鍵掃描程序檢測鍵盤狀態(tài)，根據(jù)鍵盤輸入調(diào)用相應(yīng)程序?qū)敵鲭妷褐颠M行設(shè)置，同時通過LED數(shù)碼管顯示設(shè)置的電壓值以及實際輸出的電壓值，讓用戶實時了解電源的工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語

該數(shù)控直流電源采用了10位高精度A/D對輸出電壓進行采用，并實現(xiàn)了閉環(huán)控制。相對于常見分立元件的直流電源以及開環(huán)輸出的數(shù)控直流電源，本設(shè)計的電源具有電壓調(diào)節(jié)方便，精度高等優(yōu)點，能夠滿足通信機房對電源電壓及精度的要求。

參考文獻：

[1]楊文紅.通信直流電源設(shè)計方案的研究[J].洛陽大學(xué)學(xué)報，2004（02）：28-30.

[2]司明.一種開關(guān)電源PWM控制電路設(shè)計[D].遼寧大學(xué)，2013.

[3]趙建領(lǐng)，薛園園.51單片機開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：唐戈彥（1988-），湖南郴州人，信息通信中心就職，助理工程師。

作者單位：湖南省電力公司東江水力發(fā)電廠，湖南郴州 423403