基于ATC51的新型數控直流電源設計

摘要：針對目前的電源普遍存在輸出恒定、精度較差的問題，設計了一種基于單片機的新型數控直流電源。主要分為電源模塊，單片機控制模塊，數碼管、按鍵模塊和PWM波輸出驅動模塊這4部分。首先通過鍵盤輸入預期的電壓值，單片機根據輸入值輸出不同占空比的PWM波，控制可控穩壓芯片LM317的輸出，輸出結果在數碼管上顯示。在整個系統中，由專門的電源穩壓模塊提供穩定電壓以減小誤差。輸出電壓范圍為0．00～15．00V，電流范圍0．1 A，誤差不超過5％，具有使用靈活、精度高、工作穩定，成本低的優點，適宜推廣使用。
關鍵詞：電源；單片機；ATC51；數控：PWM波

在各種電子設備中，電源是一種必不可少的儀器。隨著科技的進步，電子設備逐漸綜合化，復雜化，對電源部分使用的靈活性和精度都提出了更高的要求。
目前所用的電源大多是只有固定電壓輸出(例如常用的有：±5 V、±12 V或±15 V)，其缺點是輸出電壓不可人為地改變，輸出精度和穩定性都不高；在測量上，傳統的電源一般采用指針式或數字式來顯示電壓或電流，搭配電位器調整所要的電壓及電流輸出值。若要調整精確的電壓輸出，須搭配精確的顯示儀表監測；又因電位器的阻值特性非線性，在調整時，需要花費一定的時間，而且會產生漂移。市場上銷售的數字可調電源成本較高，使用也不方便。
針對這一現象，本文提出了一種基于AT98C51單片機的新型數控直流電源。
鍵盤輸入控制輸出電壓值，數碼管顯示輸出電壓值。輸出電壓范圍0．00～15．00 V，電流范圍0～1 A，輸出電壓的精度為百分位，誤差小于0．5％。具有使用靈活，精度高，工作穩定，成本低的優點，適宜推廣使用。

1 硬件電路組成及工作原理
1．1 系統硬件結構
系統硬件結構如圖1所示。系統分為電源模塊，單片機控制模塊，數碼管、按鍵模塊和PWM波輸出驅動模塊4部分組成。電源模塊主要由外接不可控電源和二級濾波電路組成PI型濾波電路；單片機控制模塊主要由AT98C51單片機及其外圍電路組成；數碼管、按鍵模塊包括數碼管顯示部分和鍵盤輸入部分；PWM波輸出驅動模塊主要由穩壓芯片LM317，三極管及其配套電路組成。本數控直流電源通過按鍵控制單片機產生PWM信號驅動級(三極管)的線性放大，來控制穩壓芯片LM317的ADJ控制端口，通過調節其占空比對電容進行充放電實現能量轉換，從而調節輸出電壓，最后通過數碼管顯示。各部分的電源由電源模塊提供的穩壓輸出提供。本系統還可以通過串行口實現上位計算機和數字電源之間的通訊，人機交互圖形用戶界面(GUI)可以是設計人員按照計算機屏幕上的指示的步驟，通過選擇參數來對電源電壓，電流閥值與響應，軟啟動，容限，環路補償的功能的管理工作，也可以通過按鍵來設定。

1．2 電源模塊
電源模塊是通過外部輸入20 V的不可控電壓輸入，經過穩壓管系統提供電源保證。LM78012是12 V的穩壓芯片，輸出12 V的穩定電壓，提供給輸出驅動模塊LM317的輸入級。LM7805是5 V的穩壓芯片，提供穩定的5 V電壓，提供給單片機的電壓輸入端。VD2為二極管串入，起保護作用，防止輸入反極性時燒毀電路芯片。C9，C5，C12n，C6，C7，C3為濾波電容，阻值如圖2所示，組成PI型二階濾波電路，消除電源紋波的干擾影響。