基于AVR单片机的数控直流稳压电源的设计

摘  要： 将单片机数字控制技术有机地融入直流稳压电源的设计中，设计出一款高性价比的多功能数字化通用直流稳压电源。详细介绍PWM输出、A/D采样、单片机等。该设计除了实现对电压的数字控制外，还具有高精度、多功能、液晶显示的特点。
关键词： AVR单片机；直流稳压电源；电压表；数字控制
      从20世纪90年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。本文设计的直流稳压电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A转换电路、直流稳压电路等部分组成。其中数控电源采用按键盘，可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置，输出由单片机通过D/A控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机控制, 单片机通过A/D采样输出电压，与设定值进行比较，若有偏差则调整输出，越限则输出报警信号并截流。工作过程中，稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态)均由单片机输出驱动LCD显示，由键盘控制进行动态逻辑切换。以单片机为核心设计智能化高精度简易直流电源，电源采用数字调节，输出精度高，特别适用于各种有较高精度要求的场合。具有以下明显优点：(1)智能化程度更高，性能更完美；(2)控制灵活，系统升级方便；(3)控制系统的可靠性提高，易于标准化。
1 直流稳压电源的基本原理
     直流电源电路一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。如图1所示。
   
   
     稳压电路经常采用三端稳压器，应用电路如图2所示，只要把正输入电压U1加到LM7805的输入端，LM7805的公共端接地，其输出端便能输出芯片标称正电压U2。实际应用中，输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，通常还需在芯片引出脚根部接小容量电容到地。C1用于抑制自激振荡，C2用于压窄芯片的高频带宽，减小高频噪声。如图2所示。
   
   2 数控恒压源的实现方案
     传统的直流稳压电源通过粗调波段开关及细调电位器来调节，并由电位表指示电压值的大小。这种稳压电源存在读数不直观、电位器易磨损、精度不高、不易调准、电位构成复杂、体积大等缺点，基于单片机控制的数控直流电源不但实现了直流稳压的功能，而且没有上述的缺点。
2.1 设计要求
     输出电压范围：0.0 V～9.9 V；
     输出电压的调整方式：步进，步进数值为0.1 V；
     显示方式：LCD1602液晶显示；
     监测D/A的输出电压值。
2.2 数控电源的方案
     图3所示为数控电源的设计框图，其输出电压数值由键盘控制。通过键盘把需要输出的电压值以步进方式输入到单片机。这里电压采用单片机的PWM模拟电压输出。显示电路既可用来显示输出的电压值，也可用来显示键盘电路的调整过程。如果不满足输出电压的要求，将需要添加一个电压放大器。经过LM324线性转换后，得到所需电压值，另外对监测电压实际输出电压值进行采样，并将采样值通过单片机的A/D采样口送回单片机处理后显示。在该数字控制电源中，使用AVR芯片完成系统控制按键输入判断、电压数值显示以及对外部芯片的各种数字控制。
   
   3 数字控制部分
     ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器；数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾；具有4通道的PWM以及8路10 bit ADC。
     本系统的D/A选择常用的DAC0832。当其与单片机相连时电路和程序简单，只需把单片机的数据线与DAC0832的输入端直接相连即可。其各个引脚的连接及外围如图4所示。