基于STC89C52的稳压电源监测系统设计

李玉秋 吴玲玲

（亳州职业技术学院，安徽亳州，236800）

随着电子技术的飞速发展，电子设备已经普及到人们的日常生活中，而任何电子设备都需要电源，而且大部分要求是稳压电源。传统的稳压电源存在功能简单、不易控制、可靠性低等缺点，而有些精密电子设备对稳压电源供电的电压和电流有严格的要求，过大可能烧坏设备，过小会导致设备不能正常使用，因此对稳压电源的电压电流监测变得很重要[1]。利用单机的自动控制技术在电源监测系统中有着很大的优势，可以有效解决稳压电源中诸如可靠性、稳定性和输出精度等问题，例如在电池充电过程中，通过单片机的控制实现稳压电源对电池充电过程的过压过流保护、自动断电、报警提示等功能，为实现电源管理向高效、低功耗、多功能、智能化的发展提供了有利条件[2-3]。本文设计了基于单片机的开关稳压电源监测电路，实时显示稳压电源的电压、电流及功率，当电源电压超限或欠压时，可以实现自动断电、报警等功能。

一、系统总体设计

本文设计的基于STC89C52的稳压电源检测系统主要由控制芯片、稳压电源、采样电路等组成。系统由220V交流经过变压、整流滤波变成直流电，一路辅助电源输出给系统中的芯片供电，另一路经过开关稳压电源给负载电路供电，采样电压和电流送控制芯片转换处理，处理结果和设定值作比较，若两者相差在规定范围内，通过单片机控制开关电源的导通关断时间作输出调整[4]。通过液晶显示器实时显示电压、电流和功率。若测试电路中的电压、电流超过设定的范围，则控制芯片关断开关电源，同时发出报警指示，为电源提供有效的保护。系统框图如图1所示。

二、系统硬件电路设计

硬件电路的设计主要包括辅助稳压电源电路、开关稳压电源电路、ADC转换电路和控制电路等。

（一）辅助稳压电源电路

辅助稳压电源的电压为5V，用于给单片机、液晶显示器等器件供电。由于三端固定稳压器CW7805正常工作时要求输入电压比输出电压大2.5～3V，而整流滤波电路输出的的电压较大，因此本设计采用三端可调集成稳压芯片LM317。当输入电压在2～40V范围内变化时，LM317均能正常工作。LM317不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调、噪声低、纹波抑制比高等优点。辅助稳压电源电路如图2所示。

（二）开关稳压电源电路

通常线性稳压电源如LM317，输出控制只能用模拟电路控制，要实现数字电路控制，必须采用开关稳压电源，所以在本设计中采用LM2596开关稳压器。LM2596为降压型电源管理芯片，线性和负载调节性较好，有3.3V、5V、12V的固定输出和小于37V可调输出，能输出3A的驱动电流。该器件150KHz开关频率，功耗小，能够用更小规格的滤波器件，滤波电路体积小；外部元件少，极大地简化了开关电源电路的设计[5]。电路如图3所示。

为防止输入端出现大的瞬态电压，在输入端加旁路电容，一般选用ESR低的钽电容或铝电容。因芯片工作频率较高，电路中的续流二极管选用压降小且快速反应肖特基二极管。

电感的大小计算公式：

输出可调电压计算公式：Vout=VREF（1+R5/R6）。

公式中VREF=1.23V，通常R5取1kΩ，精度为1%的电阻，考虑到元件误差，R6电阻用变阻器代替，方便调节[6]。

（三）A D C转换电路

电压的采集由模数转换芯片ADC0809完成，该芯片有8个模拟量输入通道，可对8路模拟信号分时转换。ADC0809将模拟信号电压转换成8位数字信号，能分辨的最小电压变化量为5V/28=19.53mV。ADC0809的工作频率为500KHz，由单片机的ALE引脚通过触发器分频电路提供。采样得到的两路模拟电压分别连接ADC0809的IN0和IN1引脚，经分时转换后的数字信号送单片机处理。IN0引脚输入稳压电源的输出电压，IN1引脚输入采样的电压由软件计算出相对应的电流的大小。

（四）控制电路

控制检测电路选用成本较低的STC89C52，电路设计简单可靠。通过P2.0选择ADC采样通道，P2.0=0，选通 IN0；P2.0=1，选通 IN1。控制ADC0809转换器测量开关稳压芯片LM2596的输出电压；测量采样电阻的电压并进行数据运算后转换成输出电流的值；计算出功率大小。运算结果经液晶显示器LCD1602显示。若电压、电流超过限定值，则发出报警信号，并发出相应的高电平关断LM2596。控制电路如图4所示。

三、系统软件设计

软件部分采用C语言编程，首先初始化外设接口、定时器等，利用定时器定时产生中断，每隔30ms进行一次A/D采样转换。将单片机的P2.1的正脉冲信号通过非门加到ADC0809的ALE和START的引脚上，ADC在锁存地址的同时也启动转换，延时一段时间。当转换结束时，EOC向单片机发出高电平信号，单片机读取转换结果并与软件设定值比较，判断输出电压、电流是否超限，作出相应的处理并送LCD显示，然后启动ADC的下一次转换[7]。软件流程图如图5所示。

四、结语

该稳压电源检测系统不同于模拟电压控制，通过单片机的智能控制，具有自动断电、实时显示与报警等功能，在大功率的能源系统或者低功耗的便携电子设备中都可以实现更精准的调节，更可靠的运行；系统不足之处采用的单片机自身不带A/D转换器，后续可以采用更好性能的控制芯片，优化电路结构及调节的精准度，使其在智能化电源管理领域发挥更大的作用。