基于單片機的直流電源穩(wěn)定度測試裝置

羅朝玉

摘要：本文以單片機為控制核心，設計出直流電源穩(wěn)定度的測試裝置。通過設置測試時間，可以實現不同時間間隔內直流電源穩(wěn)定度自動測試。

[關鍵詞]直流電源穩(wěn)定度單片機

直流電源廣泛應用于科研、生產、醫(yī)療、軍事等領域。根據國家計量技術規(guī)范JJF1597-2016要求，直流電源的穩(wěn)定度是其一項重要的性能參數。穩(wěn)定度的測試方法：在一定的時間范圍內，設置調節(jié)被校直流穩(wěn)定電源和負載，使被校直流穩(wěn)定電源工作在額定功率狀態(tài)。等輸出穩(wěn)定后，在被校直流穩(wěn)定電源說明書規(guī)定的時間間隔內，按一定記錄間隔采集數字表電壓值V;，并從所有測試值V;中選取最大值Vmx和最小值Vnim，被校直流穩(wěn)定電源的穩(wěn)定性輸出公式如下

電源輸出電壓值）。

1硬件設計

直流電源的電壓值經過AD采樣處理，與一個高精度基準電壓比較后，將模擬信號轉換成數字信號，單片機對數字信號進行分析運算后，將測試結果顯示在屏幕上。測試前可以通過外部按鍵設置時間參數（多長時間內的電壓穩(wěn)定度），如10秒、1分鐘，1小時等。本次設計選用STC8P1K16S2A10單片機，AD采樣選用ADS1256IDB集成芯片，高精度基準電壓模塊選用ADR431BRZ集成芯片。其他外圍電路包括顯示部分，按鍵部分。測試裝置硬件結構如圖1所示。

1.1控制核心

本次設計選用宏晶科技的STC8P1K16S2A10單片機。這是一款高性能51內核單片機，與傳統單片機比較有如下特點：

（1）工作時無需外部晶振電路和復位電路;

（2）時鐘周期等于機器周期，相同的工作狀態(tài)，運行速度約是傳統51單片機12倍;

（3）運行電壓寬泛、抗干擾能力強、功.耗低。.

STC8P1K16S2A10單片機本身片內資源非常豐富，完全可以滿足設計的要求。本次設計主要使用單片機的I0口和中斷資源，單片機通過IO接口與AD芯片、顯示器進行指令發(fā)送和數據傳輸，外部中斷處理按鍵輸入指令，定時器中斷對時間進行精確計時。

1.2AD轉換與基準電壓

ADS1256IDB由德州儀器生產，是一款24位AD轉換功能集成芯片，通訊協議是SPI，電壓測量范圍從-10V到+10V，準確度0.5mV。其中準確度等級達五位半數字多表級別，基本可以滿足市面上多數直流電源的測試要求。ADS1256IDB具有8路并行的AD接口，采用差分輸入方式，具有很強的共模抑制比。通過STC8P1K16S2A10單片機內部自帶SPI資源，可以非常便捷實現AD芯片與單片機的數據傳輸。

電壓基準芯片在AD轉換過程中起著非常重要的作用，ADR431BRZ電壓基準芯片產生一個高精度的2.500000V基準。電壓基準的精度和穩(wěn)定性直接決定電壓測試的準確性，其中溫度系數和噪聲是電壓基準的重要參數。ADR431BRZ的溫度系數小于3ppm/C，每一度的變化僅引起電壓基準的百萬分之三的變化，可以忽略溫度變化對基準電壓的影響。ADR431BRZ噪聲小于10uVp一p，因此它產生的噪聲對電壓測試的影響可以忽略不計。

1.3外圍電路

按鍵輸入接口與單片機的外部中斷相連，通過按鍵可以設置測試的時間。本次設計測試時間可調范圍為10秒至24小時，可以根據不同電源的要求，設置需要測試時間。顯示部分使用OLED12864液晶屏，由于需要顯示的數據比較簡單，顯示屏分辨率滿足要求。設計中所需硬件均支持5V電源供電，選用TPS7350QDR集成穩(wěn)壓芯片，該芯片可以提供穩(wěn)定5V電壓，最大輸出電流為500mA，滿足硬件電路功耗要求。

2軟件設計

軟件編程使用keiluvision5平臺，采用C語言模塊式設計方法。每個模塊間通過數據耦合、控制耦合連接。傳遞的參數主要為定義的全局變量，主函數采用模塊調用方式完成系統控制。軟件設計流程圖2所示。

軟件設計流程如下：

2.1硬件電路模塊初始化

主要包括：

（1）單片機中斷觸發(fā)方式及優(yōu)先級等的寄存處設置;

（2）AD芯片采樣速度和采樣精度設置;（3）顯示器工作方式及顯示內容設置。

2.2等待按鍵觸發(fā)

當單片機檢測到按鍵被按下，進入外部中斷，在外部中斷進行測試的時間設置。完成時間時間設置后，關閉外部中斷，開啟定時器中斷。

2.3每隔1秒進入定時器中斷

每隔1秒進入定時器中斷，定時器中斷功能如下：

（1）進行一次電壓值采樣;

（2）將當前采樣值與原先采樣值進行比較，保留最大值和最小值;

（3）判斷是否到達設置的測試時間，當滿足設置的測試時間，關閉定時器中斷，處理測試數據，將測試結果發(fā)送顯示器。

參考文獻

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