吳彤，孫廣輝

（常州大學(xué)微電子與控制工程學(xué)院，江蘇常州，213164）

0 引言

數(shù)控電源技術(shù)是目前服務(wù)于各個(gè)行業(yè)的一門應(yīng)用性較強(qiáng)的工程技術(shù)。從上世紀(jì)八十年代起，隨著對(duì)電力電子設(shè)備的效率及功耗需求提升、電源技術(shù)的更新?lián)Q代，推動(dòng)著傳統(tǒng)電源行業(yè)向靈活性和智能性的方向發(fā)展。部分小型設(shè)備還使用著以旋紐為調(diào)節(jié)電壓的手段，旋轉(zhuǎn)旋鈕的調(diào)節(jié)精度不高且旋鈕易老化，且旋鈕在使用過程中會(huì)因接觸不良而產(chǎn)生電壓值的跳變，數(shù)控電源的出現(xiàn)使上述問題得以改善。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為主控制器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)控功能；采用Intel8279芯片作為鍵盤接口控制器，通過鍵盤設(shè)置電源輸出電壓，通過鍵盤“＋”、“－”按鍵進(jìn)行電壓增減設(shè)置，步進(jìn)等級(jí)為0.1V，輸出電壓范圍為0-10V，輸出電流為500mA。輸出部分采用DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，使用OP07H集成運(yùn)算放大器和電壓功率放大電路對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行放大，顯示部分采用ICL7136直接驅(qū)動(dòng)四位LCD液晶顯示器組成三位半數(shù)字電壓表顯示輸出電壓值。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用鍵盤預(yù)設(shè)值電壓值，以單片機(jī)為控制核心，通過D/A模塊完成數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，經(jīng)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓值的輸出，使用ICL7136直接驅(qū)動(dòng)四位LCD液晶顯示器進(jìn)行電源電壓顯示，系統(tǒng)工作電壓則通過自制直流電源來提供。

2.1 直流電源電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)需要多個(gè)數(shù)值的直流電源，分別為+5V、+15V和-15V電壓。該電源電路的輸入端電源由220V交流電經(jīng)變壓器提供，通過3N247整流橋進(jìn)行整流，將交流電壓整流為直流電壓。濾波后的電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓器LM7815和LM7905形成兩組穩(wěn)壓直流電源電路，分別得到+15V和-15V的電源，其中+15V電壓經(jīng)LM7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生+5V電壓。直流電源電路如圖2所示。

圖2 直流電源電路

2.2 主控制器電路設(shè)計(jì)

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，并且其價(jià)格便宜，易于購買，功能足夠?qū)崿F(xiàn)所需要求，因此本系統(tǒng)使用AT89S52完成數(shù)控功能，使用74LS373作為地址鎖存器直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)/地址線相連，單片機(jī)P0口連接數(shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其中高位地址A8和A9將作為D/A轉(zhuǎn)換器和鍵盤接口芯片的片選信號(hào)，同時(shí)地址總線的LSB可作為鍵盤接口芯片的數(shù)據(jù)或命令選擇信號(hào)的輸入。主控制器電路如圖3所示。

圖3 主控制器電路

2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路和功率輸出電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換電路部分采用DAC0832集成芯片，該芯片完全兼容AT89S52微控制器，DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成，由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)的設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓管1N523B提供精準(zhǔn)的5V參考電壓，DAC0832輸出為電流信號(hào)通過OP07H集成運(yùn)算放大器組成單位增益的反相比例電路，將電流信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。

功率輸出電路部分，由于設(shè)計(jì)要求是輸出電壓范圍為0到+10V，前級(jí)D/A轉(zhuǎn)換電路最大可輸出電壓的絕對(duì)值為5V，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，需將放大電路將輸出電壓放大到10V，運(yùn)放電路將提供的電流擴(kuò)展到500mA以上。因此該部分電路選用OP07H集成運(yùn)算放大器組成增益為2的反相比例放大電路，再經(jīng)過晶體管2N4922G組成射極跟隨器后輸出。D/A轉(zhuǎn)換電路和功率輸出部分電路如圖4所示。

圖4 D/A轉(zhuǎn)換電路及功率輸出電路

2.4 鍵盤控制電路設(shè)計(jì)

鍵盤控制電路部分使用8279作為可編程序的鍵盤接口器件，連接4×4矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤輸入控制的功能，8279鍵盤控制部分提供掃描工作方式，能自動(dòng)消除按鍵抖動(dòng)、識(shí)別鍵碼以及對(duì)雙鍵或n鍵同時(shí)按下實(shí)行保護(hù)。由于AT89S52的ALE信號(hào)直接輸出1/6系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘信號(hào)，因此本設(shè)計(jì)直接用2MHz的ALE信號(hào)作為8279的時(shí)鐘輸入。鍵盤控制電路如圖5所示。

圖5 鍵盤控制電路

2.5 電壓表電路設(shè)計(jì)

ICL7136是美國Maxim Integrated公司生產(chǎn)的低功耗A/D轉(zhuǎn)換器，由于其可輸出三位半的七段譯碼信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼LCD顯示屏，很適合用來組成簡易的數(shù)字電壓表。因此電壓表部分采用ICL7136直接驅(qū)動(dòng)四位LCD液晶顯示器組成三位半數(shù)字電壓表。由于電源電路部分沒有-5V單電源，所以采用小功率電源極性反轉(zhuǎn)器ICL7660來獲取-5V的電源。電壓表電路如圖6所示。

圖6 電壓表電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分程序開發(fā)采用C語言編程，總體流程采用典型的循環(huán)加中斷方式，在進(jìn)行初始化序列及發(fā)送預(yù)置電壓值后通過判斷電壓是否改變來觸發(fā)中斷服務(wù)程序，若無中斷觸發(fā)，則程序一直在循環(huán)中等待中斷。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

4 結(jié)論

系統(tǒng)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，通過D/A轉(zhuǎn)換器將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)電流值，再經(jīng)過運(yùn)算放大器隔離放大輸出模擬電壓量，控制穩(wěn)壓芯片電壓的變化而輸出不同的電壓，且電壓輸出步進(jìn)小，該數(shù)控電源輸出電壓值精確度較高，實(shí)用性較強(qiáng)，適用于高穩(wěn)定度小功率可控電壓源領(lǐng)域。