李玉秋 吳玲玲

（亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽亳州，236800）

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備已經(jīng)普及到人們的日常生活中，而任何電子設(shè)備都需要電源，而且大部分要求是穩(wěn)壓電源。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源存在功能簡單、不易控制、可靠性低等缺點，而有些精密電子設(shè)備對穩(wěn)壓電源供電的電壓和電流有嚴格的要求，過大可能燒壞設(shè)備，過小會導(dǎo)致設(shè)備不能正常使用，因此對穩(wěn)壓電源的電壓電流監(jiān)測變得很重要[1]。利用單機的自動控制技術(shù)在電源監(jiān)測系統(tǒng)中有著很大的優(yōu)勢，可以有效解決穩(wěn)壓電源中諸如可靠性、穩(wěn)定性和輸出精度等問題，例如在電池充電過程中，通過單片機的控制實現(xiàn)穩(wěn)壓電源對電池充電過程的過壓過流保護、自動斷電、報警提示等功能，為實現(xiàn)電源管理向高效、低功耗、多功能、智能化的發(fā)展提供了有利條件[2-3]。本文設(shè)計了基于單片機的開關(guān)穩(wěn)壓電源監(jiān)測電路，實時顯示穩(wěn)壓電源的電壓、電流及功率，當電源電壓超限或欠壓時，可以實現(xiàn)自動斷電、報警等功能。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計

本文設(shè)計的基于STC89C52的穩(wěn)壓電源檢測系統(tǒng)主要由控制芯片、穩(wěn)壓電源、采樣電路等組成。系統(tǒng)由220V交流經(jīng)過變壓、整流濾波變成直流電，一路輔助電源輸出給系統(tǒng)中的芯片供電，另一路經(jīng)過開關(guān)穩(wěn)壓電源給負載電路供電，采樣電壓和電流送控制芯片轉(zhuǎn)換處理，處理結(jié)果和設(shè)定值作比較，若兩者相差在規(guī)定范圍內(nèi)，通過單片機控制開關(guān)電源的導(dǎo)通關(guān)斷時間作輸出調(diào)整[4]。通過液晶顯示器實時顯示電壓、電流和功率。若測試電路中的電壓、電流超過設(shè)定的范圍，則控制芯片關(guān)斷開關(guān)電源，同時發(fā)出報警指示，為電源提供有效的保護。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

硬件電路的設(shè)計主要包括輔助穩(wěn)壓電源電路、開關(guān)穩(wěn)壓電源電路、ADC轉(zhuǎn)換電路和控制電路等。

（一）輔助穩(wěn)壓電源電路

輔助穩(wěn)壓電源的電壓為5V，用于給單片機、液晶顯示器等器件供電。由于三端固定穩(wěn)壓器CW7805正常工作時要求輸入電壓比輸出電壓大2.5～3V，而整流濾波電路輸出的的電壓較大，因此本設(shè)計采用三端可調(diào)集成穩(wěn)壓芯片LM317。當輸入電壓在2～40V范圍內(nèi)變化時，LM317均能正常工作。LM317不僅具有固定式三端穩(wěn)壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調(diào)、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點。輔助穩(wěn)壓電源電路如圖2所示。

（二）開關(guān)穩(wěn)壓電源電路

通常線性穩(wěn)壓電源如LM317，輸出控制只能用模擬電路控制，要實現(xiàn)數(shù)字電路控制，必須采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，所以在本設(shè)計中采用LM2596開關(guān)穩(wěn)壓器。LM2596為降壓型電源管理芯片，線性和負載調(diào)節(jié)性較好，有3.3V、5V、12V的固定輸出和小于37V可調(diào)輸出，能輸出3A的驅(qū)動電流。該器件150KHz開關(guān)頻率，功耗小，能夠用更小規(guī)格的濾波器件，濾波電路體積小；外部元件少，極大地簡化了開關(guān)電源電路的設(shè)計[5]。電路如圖3所示。

為防止輸入端出現(xiàn)大的瞬態(tài)電壓，在輸入端加旁路電容，一般選用ESR低的鉭電容或鋁電容。因芯片工作頻率較高，電路中的續(xù)流二極管選用壓降小且快速反應(yīng)肖特基二極管。

電感的大小計算公式：

輸出可調(diào)電壓計算公式：Vout=VREF（1+R5/R6）。

公式中VREF=1.23V，通常R5取1kΩ，精度為1%的電阻，考慮到元件誤差，R6電阻用變阻器代替，方便調(diào)節(jié)[6]。

（三）A D C轉(zhuǎn)換電路

電壓的采集由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809完成，該芯片有8個模擬量輸入通道，可對8路模擬信號分時轉(zhuǎn)換。ADC0809將模擬信號電壓轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號，能分辨的最小電壓變化量為5V/28=19.53mV。ADC0809的工作頻率為500KHz，由單片機的ALE引腳通過觸發(fā)器分頻電路提供。采樣得到的兩路模擬電壓分別連接ADC0809的IN0和IN1引腳，經(jīng)分時轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送單片機處理。IN0引腳輸入穩(wěn)壓電源的輸出電壓，IN1引腳輸入采樣的電壓由軟件計算出相對應(yīng)的電流的大小。

（四）控制電路

控制檢測電路選用成本較低的STC89C52，電路設(shè)計簡單可靠。通過P2.0選擇ADC采樣通道，P2.0=0，選通 IN0；P2.0=1，選通 IN1。控制ADC0809轉(zhuǎn)換器測量開關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2596的輸出電壓；測量采樣電阻的電壓并進行數(shù)據(jù)運算后轉(zhuǎn)換成輸出電流的值；計算出功率大小。運算結(jié)果經(jīng)液晶顯示器LCD1602顯示。若電壓、電流超過限定值，則發(fā)出報警信號，并發(fā)出相應(yīng)的高電平關(guān)斷LM2596?？刂齐娐啡鐖D4所示。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分采用C語言編程，首先初始化外設(shè)接口、定時器等，利用定時器定時產(chǎn)生中斷，每隔30ms進行一次A/D采樣轉(zhuǎn)換。將單片機的P2.1的正脈沖信號通過非門加到ADC0809的ALE和START的引腳上，ADC在鎖存地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換，延時一段時間。當轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC向單片機發(fā)出高電平信號，單片機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并與軟件設(shè)定值比較，判斷輸出電壓、電流是否超限，作出相應(yīng)的處理并送LCD顯示，然后啟動ADC的下一次轉(zhuǎn)換[7]。軟件流程圖如圖5所示。

四、結(jié)語

該穩(wěn)壓電源檢測系統(tǒng)不同于模擬電壓控制，通過單片機的智能控制，具有自動斷電、實時顯示與報警等功能，在大功率的能源系統(tǒng)或者低功耗的便攜電子設(shè)備中都可以實現(xiàn)更精準的調(diào)節(jié)，更可靠的運行；系統(tǒng)不足之處采用的單片機自身不帶A/D轉(zhuǎn)換器，后續(xù)可以采用更好性能的控制芯片，優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)的精準度，使其在智能化電源管理領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。