基于單片機(jī)的數(shù)字電源設(shè)計(jì)方式研究

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)作為數(shù)字電源的重要組成部件，對(duì)數(shù)字電源的使用功能和控制質(zhì)量具有非常重要的意義和作用。本文在研究中主要以數(shù)字電源設(shè)計(jì)為核心，探究基于單片機(jī)的數(shù)字電源設(shè)計(jì)方式，為相關(guān)研究人員提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)字電源；設(shè)計(jì)方式；研究

數(shù)字電源在實(shí)際使用中主要通過(guò)數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源保護(hù)、控制以及通信的一種新型電源技術(shù)，并具有良好的響應(yīng)特性與數(shù)字環(huán)路控制特性，其靈活性和適應(yīng)性使得數(shù)字電源具有運(yùn)行監(jiān)控能力，可以滿足用戶(hù)的電源需求。基于單片機(jī)的數(shù)字電源在原有數(shù)字電源的基礎(chǔ)上，提高了數(shù)字電源的綜合性能，并為數(shù)字電源提供較大的分辨率，提高數(shù)字電源的集成度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字電源瞬間響應(yīng)，強(qiáng)化數(shù)字電源的靈活性，進(jìn)而為用戶(hù)帶來(lái)更高的使用體驗(yàn)。對(duì)此，在這樣的環(huán)境背景下，探究基于單片機(jī)的數(shù)字電源設(shè)計(jì)方式具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、主回路設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的數(shù)字電源主回路主要以Boost變換器為核心，又叫做升壓變換器，屬于三端開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器，其線路包括開(kāi)關(guān)管、電容以及電感，在實(shí)際應(yīng)用中具有升壓、穩(wěn)壓的功能。Boost變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)際操作流程少，無(wú)需采取隔離措施，升壓比一般不會(huì)高于5，屬于小功率電路。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于這些特點(diǎn)，使得Boost變換器在實(shí)際使用中會(huì)出現(xiàn)輸出電壓波紋過(guò)大的問(wèn)題，對(duì)此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要做好相應(yīng)措施，抑制Boost變換器輸出電壓波紋，以保證主回路設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。單片機(jī)主控制器為AT89S52，利用預(yù)設(shè)鍵盤(pán)掃描程序，在啟動(dòng)鍵盤(pán)時(shí)單片機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)從串口傳輸?shù)綌?shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，并將PO口傳送到DAC0832，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電源基本操作，其整體結(jié)構(gòu)為圖1所示。結(jié)合數(shù)字電源設(shè)計(jì)要求，本文主要提出兩種控制方案，一是MCU與模擬PWM組合而成的控制芯片方案，二是單有PWM控制的電源設(shè)計(jì)方。PWM控制芯片可以有效提高數(shù)字電源，提高數(shù)字電源的集成度與靈活度，但這種方式成本相對(duì)較高。對(duì)此，兩個(gè)方案綜合考慮下，應(yīng)選擇第一種模擬技術(shù)PWM與MCU控制方式，在保證數(shù)字電源精度與分辨率的基礎(chǔ)上，提高數(shù)字控制功能。

二、數(shù)碼顯示電路

數(shù)碼顯示電路包括2個(gè)數(shù)碼管、2個(gè)74LS164，數(shù)碼管要選擇具備小數(shù)點(diǎn)的LED數(shù)碼管，按照電壓輸出容量與范圍要求，這2個(gè)數(shù)碼管要分別顯示出輸出電路個(gè)人和小數(shù)點(diǎn)位，設(shè)計(jì)14個(gè)驅(qū)動(dòng)線控制數(shù)碼管。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了減少CPU口線，設(shè)計(jì)人員可以將RXD與TXD利用74LS164實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，其中74LS164包含寄存器，可以在脈沖上升的情況下，將串行數(shù)據(jù)保存在輸出端，當(dāng)輸出端電路達(dá)到低電位時(shí)，對(duì)應(yīng)字段就會(huì)被點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示功能。

三、硬件電路設(shè)計(jì)

在單片機(jī)控制電路方面，單片機(jī)中包含2個(gè)并行口，在設(shè)計(jì)中可以代替數(shù)據(jù)輸出口、時(shí)鐘控制信號(hào)，由P2控制S2、S3、S4等按鍵，對(duì)應(yīng)P2、1、P2、2與P2、3進(jìn)行控制。S2表示“0、1v”，提高電壓值；S3表示“-0、1v”，降低電壓值。在數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中，其結(jié)構(gòu)主要包括單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、UA741運(yùn)放器等部件，其中數(shù)模轉(zhuǎn)換器作為一種8位轉(zhuǎn)換器，在實(shí)際使用中其內(nèi)部具備輸入寄存器與DAC寄存器，可以提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率，結(jié)合數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)置。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員要選擇單緩沖寄存模式，將芯片CS接口連接P2、7口，同時(shí)XFER要與WR2連接，保證系統(tǒng)處于有效運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)系統(tǒng)軟件對(duì)P2、7端口進(jìn)行控制，保證PO端口數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)綌?shù)模轉(zhuǎn)換器中。

四、參數(shù)設(shè)計(jì)

在基于單片機(jī)的數(shù)字電源系統(tǒng)中，控制電路選用UC3843芯片進(jìn)行開(kāi)關(guān)管控制，作為8腳電流控制器，其參數(shù)設(shè)計(jì)如下：結(jié)合電容充放電情況，以時(shí)鐘信號(hào)為輔助控制，充電時(shí)控制電路內(nèi)部時(shí)鐘要保持低電平，其中RT、CT是決定內(nèi)部時(shí)鐘頻率與占比的關(guān)鍵因素，關(guān)系式為：tC=0、55RTCT；tD=RTCTln（0、0063RT-2、7/0、0063RT-4），由此得出開(kāi)關(guān)頻率為50千赫茲，RT、CT數(shù)值為3、4、7。對(duì)于變壓器而言，變壓器的核心任務(wù)就是傳輸功率，為電源及時(shí)傳輸能量，同時(shí)還要通過(guò)調(diào)整初級(jí)和次級(jí)匝數(shù)比得到輸出電壓，實(shí)現(xiàn)變壓器的安全隔離。輸出功率要使用EI33磁芯，其有效截面積為126、2mm2。為了防止鐵芯飽和，按照鐵損、銅損統(tǒng)一原則，其磁感應(yīng)強(qiáng)度控制在100mT左右，最小匝數(shù)為12。

五、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)基于單片機(jī)數(shù)字電源設(shè)計(jì)方式的研究，從主回路設(shè)計(jì)、數(shù)碼顯示器、硬件電路設(shè)計(jì)以及參數(shù)設(shè)計(jì)等方面入手，不斷提高數(shù)字電源的使用性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)數(shù)字電源的高效運(yùn)行，促進(jìn)單片機(jī)在數(shù)字電源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋聚海，陳克選，肖笑，王曉非，張磊磊. 基于單片機(jī)控制的數(shù)字脈沖電火花電源設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械與電子，2009，11：40-43.

[2]劉玉斌. 基于單片機(jī)的數(shù)字控制電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 信息系統(tǒng)工程，2014，11：31-32.

作者簡(jiǎn)介：蔡懷果（1993-4），男，福建省福鼎市 ，漢，學(xué)歷：在讀本科生，單位：福建省武夷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，研究方向：電子信息工程。