基于51单片机的可调直流稳压电源的设计与实现

丁威威 李硕 朱禹 仲威 陶瑞祺 卓自鹏

一、研究背景与意义

随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此，电源越来越受到人们的重视。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源[1]。在近半个世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐步取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家用领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。到21世纪小型电子设备的发展更加迅速和更加普及，但是现在很多的小型电子设备都是依靠电池来供电的，所以开发一种新型的开关电源应用于小型电子设备中就显得非常重要了。

直流电源今后的发展目标之一就是不仅要在性能上做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境，还要在功能上力求实现数控化、多功能化与智能化。

二、主要内容

设计一个基于单片机的可调直流稳压数控电源，内容包括：

（1）设计变压电路：选用合适的电源变压器将220V电压降到设备所需电压。

（2）设计整流滤波稳压电路：降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单向脉动直流电压。直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分。滤波电路一般由电阻电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。

（3）设计控制电路：本设计主要采用89C51系列单片机作为整机的控制单元，经过D/A转换器（TLC1565）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压，另外还可以根据按键步进±0.1V调整输出电压的大小并进行实时数码显示。

三、硬件设计

主要介绍电源变压、整流电路、滤波电路、稳压电路及控制电路的设计。

直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、控制电路组成。如下图2.1所示：

1.整流、滤波、稳压电路设计

（1）单相桥式整流电路。单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而单相半波和全波整流电路中均有直流分量流过，所以单相桥式整流电路的变压效率比较高，在同样的功率容量条件下体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故本设计采用单相桥式整流电路。

（2）滤波电路。经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。可利用电容的“通交流，隔直流”的特性，在电路中并入两个并联电容作为电容滤波器，滤去其中的交流成分。

（3）稳压电路。LM7805是常用的三端稳压器，它利用稳压专用集成电路模块，精度高，操作方便，性能可靠，适用于要求较高的场合。

2.控制电路设计

主要对可调直流稳压电源的控制设计，包括辅助电路、显示电路等部分的设计单片机89C52简介：

89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

3.数模转换和放大电路的设计：

TLC1565是一种常用的数字/模拟转换芯片，可以通过与单片机的连接完成数字量转换成模拟量输出的任务。在此通过模拟量输出控制放大电路的基极电压，从而调整输出电压的大小。放大电路采用运算放大器LM358和二极管来进行电压放大。

4.总电路图

四、结论：

经软件仿真模拟，此直流稳压电源接入220V交流电压，经过变压、整流、滤波、穩压及控制回路，能够输出可调直流电压，调整范围在0-15V左右。且此电压源可实现步进调压（±0.1V）和数码显示。