可調(diào)穩(wěn)壓開關(guān)電源及其自測電壓表

甘新泉

【摘 ?要】 本設(shè)計是基于LM2596和89C52單片機(jī)的數(shù)字電壓表應(yīng)用。LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有3.3V、5V、12V， 可調(diào)版本可以輸出小于37V的各種電壓。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150KHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4個外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了LM2596的使用，極大地簡化了開關(guān)電源電路的設(shè)計。

89C52單片機(jī)是一塊簡單易學(xué)的MCU，是作為初學(xué)軟件MCU控制的經(jīng)典芯片，利用89C52把ADC采樣回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后去控制12864液晶的顯示。ADC0809是8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，且為8位并行輸出。再利用89C52作為MCU控制128641液晶顯示。

【關(guān)鍵詞】LM2596;ADC0809;89C52

引言

想象在某個傍晚的交通高峰時刻，我們站在一個川流不息的地鐵站，幾乎同時，成千上萬的旅客涌向這個車站準(zhǔn)備回家。當(dāng)然，不可能有一輛車大到足以同時裝載所有的旅客。我們應(yīng)該如何解決這個問題？很簡單，我們把這些旅客進(jìn)行分流，然后陸續(xù)的把他們運(yùn)送回家。此后，許多要去外地的旅客還會選擇其他可能的交通工具。這樣，地鐵的運(yùn)輸量就會轉(zhuǎn)變?yōu)楣卉嚮虺鲎廛嚨鹊鹊倪\(yùn)輸量。但是，最終人群還會在次匯合，我們就能看到巨大的人流從目的地涌出來。

開關(guān)電源和一個大規(guī)模的運(yùn)輸系統(tǒng)非常相似。不同的是，從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方的是能量而不是人。也就是我們從一個輸入源連續(xù)的獲得能量，用開關(guān)（晶體管）把這些能量截成一個個能量包，然后通過一些元件（電容和電感）進(jìn)行傳輸，從而在輸出到平穩(wěn)的能量。

在上述運(yùn)輸旅客和傳輸能量兩種情況下，從觀測者的角度看，我們可以看到一個連續(xù)的輸入和一個類似的連續(xù)輸出。但是在中間階段，是把連續(xù)的輸入截斷成更容易處理的包來完成這種輸入輸出。

深入分析車站的例子，我們還可以發(fā)現(xiàn)要在規(guī)定的時間內(nèi)運(yùn)輸一定數(shù)量的旅客，一種方法是使用大型列車，相隔時間對長一些，另一種方法是使用一些小型列車，相隔時間很短。因此，開關(guān)電源工作頻率通常很高就不足為奇。最根本的目的就是減少能量包的大小，從而減小用來存儲的元件的尺寸。

應(yīng)用這種院里的電源稱成為開關(guān)電源或者開關(guān)型功率變換器。

DC-DC變換器是現(xiàn)代高頻開關(guān)電源最基本的構(gòu)件。顧名思義，它把已知直流輸入電壓VIN變換成所需要的或易于使用的直流輸出電壓VO。AD-DC變換器也稱為離線式電源，其特點是從輸入電網(wǎng)取電。它們首先將輸入的正弦交流電壓VAC整流為直流電壓，作為后級DC-DC變換電路的輸入。因此從本質(zhì)上說幾乎就是DC-DC變換過程。

所以這個設(shè)計是作為電源的最基本設(shè)計，是一個簡單實用的開關(guān)電源。這里設(shè)計的電源就是DC-DC的18V-36V直流輸入變換成為1V-10V電壓輸出的開關(guān)電源，而LM2596正是經(jīng)典的BUCK電路應(yīng)用的經(jīng)典芯片。

1.設(shè)計要求

利用89C52制作數(shù)字電壓表。

自制24VDC輸入，輸出可調(diào)范圍2VDC—10VDC，電流1A。并使用制作的電壓表測試自制電源的輸出電壓。

2.設(shè)計思路

2.1硬件部分

根據(jù)設(shè)計要求選用TI公司的LM2596芯片，作為BUCK變換器的主控芯片，制作自測電壓表則使用89C52作為主控MCU，顯示使用12864LCD液晶。設(shè)計思路框圖如下：

2.2輸入電壓濾波電路

輸入24VDC電壓經(jīng)過電容C4和C5濾波，濾除輸入電源的高頻部分，而且使用兩個電容層次濾波更可以作為后面電路的電泵，使得輸入功率更加充足。

2.3 DC-DC變換器

經(jīng)過濾波后的電壓輸入到LM2596芯片，由于內(nèi)部PWM驅(qū)動對內(nèi)部MOS管的開關(guān)作用，使得輸入電壓不停地對LS1電感進(jìn)行充放電。其中整個電路是BUCK變換器的經(jīng)典脫去結(jié)構(gòu)。

2.4輸出電壓指示電路和EMI設(shè)計

輸出電壓經(jīng)過電阻R8給發(fā)光二極管供電，當(dāng)有電壓輸出的時候LED作為輸出電壓的指示燈。輸出的EMI用簡單電容濾波即可。

2.5最小單片機(jī)系統(tǒng)

主控電路主要采用單片機(jī)對ADC0809采樣回來的8位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后去控制LCD12864的顯示。最小系統(tǒng)電路主要包括單片機(jī)89C52、復(fù)位電路、起振電路。

復(fù)位操作完成單片機(jī)內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。

當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)5ms以上的高電平時，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離狀態(tài)。

根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位、開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鍵開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。

2.6輸出反饋電路

輸出反饋主要采用兩個電阻進(jìn)行分壓，并且調(diào)節(jié)分壓比。把輸出電壓大小反饋到LM2596芯片的4腳;根據(jù)芯片內(nèi)部結(jié)果和使用手冊知道，當(dāng)4腳得電壓大于1.23V時，芯片內(nèi)部PWM占空比變小，從而降低輸出電壓。當(dāng)檢測到的電壓小于1.23V時，芯片內(nèi)部的PWM占空比增大，使得輸出電壓上升。從而起到穩(wěn)壓的作用。

2.7 ADC0809電壓采樣電路

主要由AD轉(zhuǎn)換器AD0809，頻率發(fā)生器74LS74，單片機(jī)89C52。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，所以使用74LS74作為頻率發(fā)生器。ADC0809的鐵性還有信號單極性，電壓范圍是0-5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大;輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。

2.8 LCD顯示電路

LCD主要看使用手冊，按說明書使用即可。其中的電位器是用來調(diào)節(jié)灰度的作用。

3.公式計算

Vout=Vref（1+R1/R2）;注釋：R1/R2是對輸出電壓的分壓取樣電壓。

Vref=1.23V

ADC0809分離系數(shù)的方法

dis[0]=a/100+0x30; ? ?百位數(shù)計算

dis[1]=a%100/10+0x30;十位數(shù)計算

dis[2]=a%100%10+0x30;個位數(shù)計算

4.程序思路

5.結(jié)論

本次課程設(shè)計完成順利，輸出電壓能穩(wěn)定在2V—10V直流電壓調(diào)節(jié)，輸入電壓調(diào)整率1%，電流調(diào)整率1%。能夠帶動8Ω的負(fù)載，電路1A穩(wěn)定。通過本次課程設(shè)計進(jìn)一步了解了電子元件的基本使用，更深刻了解設(shè)計性作品和理論知識的結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

[1]《精通開關(guān)電源設(shè)計》.[美]Sanjaya Maniktala

[2]《新概念51單片機(jī)C語言教程》.郭天祥

[3]《LM2596使用手冊》.德州儀器有限公司

基金項目：2020年度廣西城市職業(yè)大學(xué)校級科研項目，課題名稱：《光控聲光報警裝置的應(yīng)用研究》，課題編號：GXCVUKY2020B028.