基于AT89S52的数控直流电源设计

时间：2024-08-31

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