基于AT89S52直流穩(wěn)壓電源的電路設計

朱超，宋莉莉，孫萬麟

（昌吉學院物理系，新疆昌吉831100）

基于AT89S52直流穩(wěn)壓電源的電路設計

朱超，宋莉莉，孫萬麟

（昌吉學院物理系，新疆昌吉831100）

隨著電子科學技術的不斷高速發(fā)展，基于提高直流電源在集成電路中的輸出精度，此設計采用AT89S52單片機作為整個電源的核心控制系統(tǒng)，通過proteus軟件對設計電路的仿真、優(yōu)化和制作實物相結合的試驗，得出該電源設計能夠實現(xiàn)連續(xù)輸出0～12 V之間的直流電壓，且輸出電壓精度可控制在0.1 V以內，同時還具有3.3 V和5 V固定直流電壓輸出端口，整個電路可實現(xiàn)過電流保護、電壓復位、輸出電壓實時顯示等功能，這將會給其它電子設備提供更加穩(wěn)定可靠的直流電壓，具有很好的實用價值。

電子科學；AT89S52單片機；核心控制系統(tǒng)；過電流保護

隨著電子產品的不斷更新?lián)Q代，展現(xiàn)出更加智能更加人性化的發(fā)展趨向，在電子產品向更高更好發(fā)展的同時，對現(xiàn)代化的電子產品的各種性能要求也越來越高，電源電壓的穩(wěn)定輸出就是其中重要因素之一，電源電壓輸出的類型與大小就顯得尤為重要。由此可見，精度高、穩(wěn)定性好且安全可靠的直流電源非常重要。本設計以AT89S52單片機為核心控制器的智能穩(wěn)壓電源具有結構設計相對簡單、工作性能穩(wěn)定、元器件購買方便且廉價等諸多優(yōu)勢，可實現(xiàn)模擬式直流電壓的連續(xù)可調輸出，同時稍加變換就可具有電流輸出等。

1　AT89　S52　單片機核心控制

此電源設計主要以實現(xiàn)不同大小的直流電壓的連續(xù)輸出為主要目的，以AT89S52單片機為核心控制器，主要器件有開關穩(wěn)壓電路，其穩(wěn)壓元件LM2576-5是由美國國家半導體公司設計制造的具有3安培電流輸出降壓功能，內部含有一個52 000赫茲的固定頻率振蕩器和一個1.23 V的集鎮(zhèn)穩(wěn)壓器，還具有過電流保護與過熱斷電保護等功能，在構成高效穩(wěn)壓電路的同時只需少量的外圍元器件；按鍵：手動調整直流電壓輸出數(shù)據(jù)；數(shù)碼顯示：電壓輸出實時顯示，確保供給其它電子元件電壓的準確性；模數(shù)轉換與數(shù)模轉換：將輸入的模擬信號與數(shù)字信號及時轉換后傳輸；同時還有輔助電源、穩(wěn)壓輸出電路、備用電源電路等模塊組成。此電路可實現(xiàn)電壓的提前設置、可在設計電壓范圍內實現(xiàn)連續(xù)增減輸出電壓大小信號并且可通過LED數(shù)字顯示等功能。該系統(tǒng)總共有3組電源輸出：一組固定輸出為5 V，一組固定輸出3.3 V，最后一組輸出0.0～12.0 V的連續(xù)可調電壓。

2　總體方案設計

采用AT89S52單片機控制的智能電源系統(tǒng)的硬件設計是整個設計過程中最重要的環(huán)節(jié)，同時也是最為關鍵的部分。硬件設計關乎整個設計方案的實施，因此要充分了解各種元器件的功能及適用范圍，預想多種設計方案，選擇優(yōu)化一種能夠兼顧整個系統(tǒng)應用的方案進行綜合設計。

3　電源硬件電路設計

1）AT89S52單片機核心控制電路設計。

2）不同電源電壓輸出設計：第一組：5 V固定電壓輸出；第二組：3.3 V固定電壓輸出；第三組：0.0～12.0 V的連續(xù)可調電源電壓輸出。

3）采用開關穩(wěn)壓電源代替線性穩(wěn)壓電源。

4）模數(shù)轉換電路及數(shù)字顯示模塊設計。

5）保護系統(tǒng)電路記起他輔助電路設計。

4　穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設計

此穩(wěn)壓電源以52單片機為核心控制，主要功能設計如圖1所示。

5　基于AT89　S52　智能電源系統(tǒng)硬件設計詳細分析

5.1不同電源電壓輸出設計

此設計共有3組電壓輸出，主要采用其中3.3 V和5 V固定電壓輸出電路采用降壓開關型集成穩(wěn)壓電路元件LM2576和SPX1117M3-L/TR，使用此元件串聯(lián)濾波電感具有較強的高頻抑制作用，可減少熱損失，提高穩(wěn)壓電源的輸入電壓，電路如圖2所示。

圖1直流穩(wěn)壓電源整體設計框架圖

圖3為0～12 V的連續(xù)可調電源電壓輸出電路，此電路模塊采用IR2103半橋驅動器、極性電容、二極管、三極管和電感組成，其輸出原理是：HIN輸入高電平HO就輸出高電平，但這個電平是相對Vs而言的；LIN輸入低電平LO就輸出低電平，但這個電平是相對COM而言的。電容的作用是提供高端驅動的電源VB：高端驅動輸出端TC（Vs）是高頻振蕩的，當上管導通時是高壓端電壓，當下管導通時是地電平，當TC為地電平時，由Vcc經二極管給自舉電容充電至接近Vcc電壓，Vcc同時給VB供電，當TC為高電平時，二極管截止，電容放電給VB供電［1］。

圖2　5V、3.3V的電源電壓輸出電路

圖3　0～12V的連續(xù)可調電源輸出電路

5.2AD0809模數(shù)轉換電路設計

ADC0809是8通道8位逐次逼近式模數(shù)轉換芯片，其內部由八路模擬量開關、通道地址鎖存譯碼電路、8位A/D轉換器和三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器組成［2］；可以分時對8路模擬量信號進行轉換，轉換輸出端同時具有數(shù)據(jù)鎖存功能，以便同其它處理器進行數(shù)據(jù)對接。

其中IN0～IN7共8路模擬量輸入通道，由于芯片內部只有一個8位AD轉換器，因此輸入信號只能分時選通，通道的選擇由地址鎖存（ADD_A、ADD_B、ADD_C）與譯碼電路實現(xiàn)［3］。本次選用IN_0和IN_1，ADD_A的高低電平可區(qū)分相關通道的選擇。2_1—2_8是8位數(shù)據(jù)輸出，一一對應接入單片機的AT89S52的P0.0—P0.7引腳，引腳10是時鐘輸入端，時鐘的頻率為640～1 280 kHz。引腳6、引腳22是信號采集觸發(fā)端，高電平有效，引腳9是控制信號輸入端。AD0809只能對電壓信號進行模數(shù)轉換，而且輸入的電壓在0～5 V之間的，若輸入的電壓信號大于5 V，可通過分壓電路進行分壓［4］。如果輸入電流信號，則必須將電流信號轉換成電壓信號。

模擬轉換電路中的26管腳是電壓信號的輸入端，其中電感R72和電感R73組成了電壓輸入信號的分壓電路，可以防止電壓過高而燒壞芯片。27管腳是芯片的電流輸入信號端，該電流信號將通過電感R71轉變成穩(wěn)定的電壓信號。16管腳為芯片接地端子，12管腳為芯片電源輸入端子，一般接5 V直流電壓。

5.3AT89S52單片機核心控制電路設計

AT89S52單片機與51單片機相比是功耗更低性能更高的CMOS8位微控制器，具有：8 K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O接口，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路［5］。另外，AT89S52可實現(xiàn)頻率降至0 Hz的靜態(tài)邏輯操作，支持RAM，定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作等功能，這就使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供更加靈活有效的控制方案［6］，如圖4所示。

圖4　AT89S52設計連接電路圖

5.474LS161分頻器設計

模擬數(shù)字轉換器件A/DC0809必須有一個時鐘頻率才可正常工作，因此可以將52單片機30引腳的ALE接入，通常為2 M，而A/D0809正常工作頻率范圍是500～600 kHz時鐘頻率，因此只需將ALE的輸出信號用分頻器74LS161進行簡單的三分頻就可以。如圖5所示分頻電路。

圖5　74LS161分頻電路

圖6　電源濾波電路

5.5穩(wěn)壓電源濾波電路

如圖6所示電源濾波電路，電容與電感的串和并可以起到很好的整流濾波作用，可濾除整流后單向脈動電壓中的交流成分，使之輸出為平滑穩(wěn)定的直流電壓［7］。

6　程序設計

此電源設計中的程序編程相對比較麻煩，由于信號控制比較多，而單片機AT89S52引腳明顯不夠用，因此采用鎖存器、AD0809和數(shù)碼管組合使用技術，同時還具有AD0809數(shù)模轉換中斷程序。由于電壓和電流的小數(shù)的部分現(xiàn)實比較困難，因此在程序中做了相應的處理，主要處理方法是將電壓小數(shù)乘以10、電流小數(shù)部分乘以100的方法，這樣設計程序就完全實現(xiàn)了輸出電壓的穩(wěn)定、連續(xù)、可調。如圖7所示穩(wěn)壓電源系統(tǒng)程序設計的流程圖。

7　電源電壓輸出測試

為了驗證設計電路的可靠性，在做過仿真實驗之后又進行了電路板實物數(shù)據(jù)的測試。測試時先接入電源，把功率電阻接到電源的輸出端，這時數(shù)碼管顯示智能穩(wěn)壓電源的輸出電壓，用數(shù)字萬用表測試電源的輸出電壓，這時萬用表顯示的電壓和數(shù)碼管顯示電壓一樣。當使用用鍵盤調節(jié)輸出電壓從0 V到12 V變化時，萬用表顯示電壓也和數(shù)碼管顯示電壓基本相等。當用鍵盤控制顯示電流時，數(shù)碼管顯示電流和計算所得的電流基本一致。實驗測試數(shù)據(jù)如表1所示。

圖7　穩(wěn)壓電源系統(tǒng)總體程序設計流程圖

表1　穩(wěn)壓電源輸出電壓測試數(shù)據(jù)

8　結論

此穩(wěn)壓電源的設計采用AT89S52單片機作為核心控制器件，具有良好的控制功能，經過proteus軟件仿真調試之后效果還是比較好，在經過實物測試數(shù)據(jù)確認之后得出，設計功能基本上都能實現(xiàn)，最為重要的輸出電壓精度保持在0.05 V范圍之內，電源的過電流保護功能可以作用，這將為此電源的長期穩(wěn)定運行打下堅實的基礎。此設計相對其它直流電源設計結構簡單，原理清晰，使用的元器件也不多，但是其所能完成的功能并沒有減少，相對實用性還是比較好，在今后的設計調試中要繼續(xù)努力完善此電源的優(yōu)化設計。

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［7］夏菠，劉小娟，沈怡茹.數(shù)控穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源的設計［J］.科技創(chuàng)新導報，2012（15）:24.

Based on AT89S52 DC regulated power supply circuit design

ZHU Chao，SONG Li-li，SUN Wan-lin
（Department of Physics of Changji University，Changji 831100，China）

With the rapid development of electronic science and technology，based on the DC power supply in the integrated circuit output accuracy，this design uses the AT89S52 single chip microcomputer as the core of the whole power supply control system，through the proteus software for the design of the circuit simulation，optimization and combined production of physical experiment，it is concluded that the power supply is designed to realize continuous output between 0～12 V DC voltage，and output voltage precision can be controlled within 0.1 V，at the same time also has a fixed 3.3 V and 5 V DC voltage output port，the reset circuit which can realize over current protection，voltage，output voltage real-time display and other functions，this will be provided to other electronic equipment DC voltage is more stable and reliable，has the very good practical value.

electronic science；AT89S52 microcontroller；core control system；over current protection

TN873+.5

A

1674－6236（2016）12-0131-04

2015-06-11稿件編號：201506122

昌吉學院研究生啟動基金（2014SSQD002）；昌吉學院科研重點資助項目（2013YJZD002）

朱超（1986—），男，新疆昌吉人，碩士。研究方向：數(shù)控技術及微機控制原理。