基于AT89S52的数控直流电源设计

吴彤，孙广辉

（常州大学微电子与控制工程学院，江苏常州，213164）

0 引言

数控电源技术是目前服务于各个行业的一门应用性较强的工程技术。从上世纪八十年代起，随着对电力电子设备的效率及功耗需求提升、电源技术的更新换代，推动着传统电源行业向灵活性和智能性的方向发展。部分小型设备还使用着以旋纽为调节电压的手段，旋转旋钮的调节精度不高且旋钮易老化，且旋钮在使用过程中会因接触不良而产生电压值的跳变，数控电源的出现使上述问题得以改善。

1 系统方案设计

本系统以AT89S52单片机为主控制器，实现系统数控功能；采用Intel8279芯片作为键盘接口控制器，通过键盘设置电源输出电压，通过键盘“＋”、“－”按键进行电压增减设置，步进等级为0.1V，输出电压范围为0-10V，输出电流为500mA。输出部分采用DAC0832数模转换器，使用OP07H集成运算放大器和电压功率放大电路对系统电压进行放大，显示部分采用ICL7136直接驱动四位LCD液晶显示器组成三位半数字电压表显示输出电压值。根据设计要求，系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2 系统硬件设计

本系统使用键盘预设值电压值，以单片机为控制核心，通过D/A模块完成数字信号与模拟信号的转换，经运算电路实现稳定电压值的输出，使用ICL7136直接驱动四位LCD液晶显示器进行电源电压显示，系统工作电压则通过自制直流电源来提供。

2.1 直流电源电路设计

本系统需要多个数值的直流电源，分别为+5V、+15V和-15V电压。该电源电路的输入端电源由220V交流电经变压器提供，通过3N247整流桥进行整流，将交流电压整流为直流电压。滤波后的电压经三端稳压器LM7815和LM7905形成两组稳压直流电源电路，分别得到+15V和-15V的电源，其中+15V电压经LM7805稳压后产生+5V电压。直流电源电路如图2所示。

图2 直流电源电路

2.2 主控制器电路设计

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，并且其价格便宜，易于购买，功能足够实现所需要求，因此本系统使用AT89S52完成数控功能，使用74LS373作为地址锁存器直接与单片机的数据/地址线相连，单片机P0口连接数据总线进行数据通信，其中高位地址A8和A9将作为D/A转换器和键盘接口芯片的片选信号，同时地址总线的LSB可作为键盘接口芯片的数据或命令选择信号的输入。主控制器电路如图3所示。

图3 主控制器电路

2.3 D/A转换电路和功率输出电路设计

系统D/A转换电路部分采用DAC0832集成芯片，该芯片完全兼容AT89S52微控制器，DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成，由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态，进而实现将单片机输出的数字量转换成电流信号的设计要求。设计中稳压管1N523B提供精准的5V参考电压，DAC0832输出为电流信号通过OP07H集成运算放大器组成单位增益的反相比例电路，将电流信号输出转换成电压信号输出。

功率输出电路部分，由于设计要求是输出电压范围为0到+10V，前级D/A转换电路最大可输出电压的绝对值为5V，达不到设计要求，需将放大电路将输出电压放大到10V，运放电路将提供的电流扩展到500mA以上。因此该部分电路选用OP07H集成运算放大器组成增益为2的反相比例放大电路，再经过晶体管2N4922G组成射极跟随器后输出。D/A转换电路和功率输出部分电路如图4所示。

图4 D/A转换电路及功率输出电路

2.4 键盘控制电路设计

键盘控制电路部分使用8279作为可编程序的键盘接口器件，连接4×4矩阵键盘实现对键盘输入控制的功能，8279键盘控制部分提供扫描工作方式，能自动消除按键抖动、识别键码以及对双键或n键同时按下实行保护。由于AT89S52的ALE信号直接输出1/6系统时钟的时钟信号，因此本设计直接用2MHz的ALE信号作为8279的时钟输入。键盘控制电路如图5所示。

图5 键盘控制电路

2.5 电压表电路设计

ICL7136是美国Maxim Integrated公司生产的低功耗A/D转换器，由于其可输出三位半的七段译码信号直接驱动数码LCD显示屏，很适合用来组成简易的数字电压表。因此电压表部分采用ICL7136直接驱动四位LCD液晶显示器组成三位半数字电压表。由于电源电路部分没有-5V单电源，所以采用小功率电源极性反转器ICL7660来获取-5V的电源。电压表电路如图6所示。

图6 电压表电路

3 系统软件设计

系统软件设计部分程序开发采用C语言编程，总体流程采用典型的循环加中断方式，在进行初始化序列及发送预置电压值后通过判断电压是否改变来触发中断服务程序，若无中断触发，则程序一直在循环中等待中断。系统软件设计的流程图如图7所示。

图7 系统软件设计流程图

4 结论

系统由单片机程控输出数字信号，通过D/A转换器将单片机输出的数字信号转换为对应电流值，再经过运算放大器隔离放大输出模拟电压量，控制稳压芯片电压的变化而输出不同的电压，且电压输出步进小，该数控电源输出电压值精确度较高，实用性较强，适用于高稳定度小功率可控电压源领域。