单片机的智能稳压电源

2019-12-04 13:56:59 fandoukeji

直流稳压电源是一种常见的电子仪器 ,广泛地应用于教学实验和科学研究等领域 。目前使用的直流稳压电源大部分缺点诸多 ,因而故障率高 。以单片机为核心而设计制造的智能稳压电源不但电路简单 ,价格低廉 ,性能卓越 。智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统 ,确保电源运行可靠 。

其具有较高的使用价值 ,适合学校的实验室等采用直流稳压电源的低成本优化 。

1  系统原理

装置如图 1 所示 。本智能稳压电源以开关电源为基础电路 ,以高性能单片机为控制核心 ,组成数据处理电路 ,在检测与控制软件支持下 ,通过对开关电

源输出电流 、电压进行数据采样与给定数据比较 ,从而调整和控制开关电源的工作状态 ,同时监测开关电路的工作温度和输出电流大小 。  

2  硬件设计


图 1  智能稳压电源框图

从键盘输入电压 、电流数据以及温度 、脉宽调整数

2. 1 单片机组成系统  智能稳压电源的单片机

****系统 这 里 选 用 8051 为 CPU , 包 括 16kRAM ( 芯 片62128 数据存储器) 和 32kROM(芯片 27256 程序存储器) ,以及 1kEEROM。EEROM 是用来保存最后一次*据等 ,每次开机时单片机从 EEROM 中读出数据控制电源输出 。另外还扩充一片集成电路 8155 来补充 8051 的 IΠO 口 ,其中 8155 的 A 口作输出 , 提供LED 显示数据口 ,B 口作键盘输入口 , C 口作为输出 ,提供开关调整电路激励脉冲信号 。具体框图见


图 2。

2. 2 传感器输入通道及 AΠD 转换  单片机系统通过电流 、电压传感器检测电流和电压 ,测得两路模拟信号 ,先通过各自放大器放大成为 AΠD 转换器相匹配的信号 ,经多路选择开关 CD4051 送给 AΠD 转换器 ,进行 AΠD 转换后变成数字信号 ,再经光电耦合器送入 8051 单片机 。温度传感器这里采用 ADI推出的固态温度调节开关 AD22105 ,它的输出转换变化直接输入 8051 。


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2. 3 开关管控制信号发生电路  为了精确控制

  3  软件设计


开关电路的电压输出 ,本系统采用脉宽调制的控制方式调节开关管的工作状态 。根据电压控制算法(可采用改进的 PID 控制算法) 设置 8155 产生不同占空比 (0~90 %) 的方波信号 ,经过光电耦合器控制开关调整电路输出设定的电压 。


2. 4 监测和保护系统  为了使智能稳压电源能可靠 、安全地工作 ,本系统设置了多重监测和保护系统 ,主要包括过热保护 、过流保护和短路保护 。


2. 5 键盘及显示电路  智能稳压电源的键盘与*显示部分装在仪器操作面板上 ,由 8 位 LED 数码管 ,3 个 LED 指示灯以及 16 只键构成 ,其中 4 位数码管显示电源电压 ,4 位数码管显示电流 ,3 个灯作为报警显示 。键盘与显示电路通过 8155 接口电路与 8051 相接 。



图 3  主程序流程图


本系统软件是一个主程序 ,两个中断服务程序和一个子程序组成 ,它控制着智能稳压电源有条不紊地工作 。


主程序流程图如图 3 所示 。


在初始化过程中 ,先是将 8051 各个口复位 ,然后从 EEROM 中读出上次关机前存入的数据 ,控制开关电路 ,并进行显示 。初始化完成后 ,开中断 。若

有中断请求则响应 ,否则进行数据采样并读给定值 ,然后进行数据处理 ,若有短路或过流情况发生 ,则调用报警保护子程序 ,若没有短路或过流情况发生 ,则调用报警保护子程序 ,若没有短路或过流情况发生 ,则接照电压控制算法重新设置脉宽 ,激励开关电路 。两个中断服务程序分别是过热检测保护报警程序和键盘设定程序 ,子程序是保护报警程序 。

所设计的智能稳压电源不仅能作为常规的科研实验电源用 ,而且可以通过软件编程的方法使稳压电源产生连续变化的输出电压 ,作为电子产品(如音响功效等) 性能 (如零点漂移 ,动态失真等) 测试用电源 ,从而达到一机多用 ,提高仪器使用效率的目的 。