穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低;反應(yīng)速度快，輸出紋波較小;工作產(chǎn)生的噪聲低：效率較低，產(chǎn)生的熱量大。本文將對現(xiàn)有線性穩(wěn)壓電路設(shè)計方法進(jìn)行總體的綜述，具體的跟隨小編一起來了解一下。

一、系統(tǒng)設(shè)計方案

采用51系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用51系列單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，并可由數(shù)碼管顯示實際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。

利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器(DA0832)輸出模擬量，再經(jīng)過運(yùn)算放大器放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對恒壓源進(jìn)行實時監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過A/D轉(zhuǎn)換芯片，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，經(jīng)單片機(jī)分析處理， 通過數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。

1、 數(shù)字控制部分

正負(fù)可調(diào)雙路直流穩(wěn)壓電源的數(shù)控部分采用51單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電壓值，并由數(shù)碼管進(jìn)行顯示實際輸出的電壓值和電壓設(shè)定值。

2、 顯示及輸出部分

該數(shù)控電壓源的顯示部分采用六位數(shù)碼管顯示。通過鍵盤電路給定所要輸出的電壓值，在使用鍵盤完成輸出電壓調(diào)整后，輸出電壓對應(yīng)的數(shù)據(jù)被送入單片機(jī)，電壓值被經(jīng)過處理后送入數(shù)碼管顯示。該顯示電路既可以用來顯示所要輸出的電壓值，也可以用來顯示鍵盤電路的調(diào)整過程，使輸出的電壓值可以被直觀的觀察到。該雙路直流穩(wěn)壓電源的輸出部分由數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路，放大電路，穩(wěn)壓電路組成。由單片機(jī)控制輸入電源信號的產(chǎn)生，然后將輸出的數(shù)字電壓信號經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電壓信號，再經(jīng)放大電路及相應(yīng)的穩(wěn)壓調(diào)整電路，最后輸出所需電壓值。

3、系統(tǒng)框圖

該穩(wěn)壓電源的整體系統(tǒng)電路由鍵盤電路，單片機(jī)電路，顯示電路，信號處理電路組成。其中信號處理電路包括數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路，模擬信號放大電路，輸出信號調(diào)整電路，最后經(jīng)過穩(wěn)壓的電壓值經(jīng)負(fù)載輸出。系統(tǒng)框圖如下：

二、統(tǒng)硬件電路設(shè)計

1、主控制部分

1) AT89S52簡述

AT89S52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。具有8K字節(jié)可編程閃爍存儲器，可擦除的的只讀存儲器(PEROM)， ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器。 AT89S52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案三級程序存儲器鎖定、32可編程I/O線、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。AT89S51引腳圖如圖下圖所示：

電源引腳：電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。 VCC(40腳)：接+5V電源; VSS(20腳)：接地。

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。

ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于 鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。

時鐘引腳：兩個時鐘引腳XTAL1和XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了一個振蕩器，它為單片機(jī)提供了時鐘控制信號。

XTAL1(19腳)：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸 XTAL2(18腳)：來自反向振蕩器的輸出。

P0，P1，P2口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8個LS型TTL負(fù)載。當(dāng)I/O口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個LS型TTL負(fù)載。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL負(fù)載，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。

P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL負(fù)載。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 /INT0(外部中斷0)P3.3 /INT1(外部中斷1)P3.4 T0(記時器0外部輸入).5 T1(記時器1外部輸入)P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 2.2 信號控制部分

信號處理部分是該系統(tǒng)電路的重要組成部分，其主要作用是處理由單片機(jī)送來的數(shù)字信號，將其以模擬穩(wěn)壓的形式輸出。電路的組成主要包括D/A轉(zhuǎn)換電路，放大電路。

2)A/D轉(zhuǎn)換電路

DAC0832芯片介紹，DAC0832引腳圖如圖3-2所示：DAC0832是一種典型的8位轉(zhuǎn)換器，它能直接與MCS-51單片機(jī)相連接，其主要特性如下：

(1)電流輸出，穩(wěn)定時間為1us;

(2)可雙緩沖輸入，單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入;

(3)單一電源供電(+5-+15V);

DAC0832的各引腳及功能如下：

DI0-DI7：8位數(shù)字信號輸入端，與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，用于接受單片機(jī)送來的待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，DI7為最高位。

Iout1:D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出1端，輸入數(shù)字量全“1”時，Iout最大，輸入數(shù)字量全“0”時，Iout最小。

Iout2：D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出2端，Iout1+Iout2=常數(shù)。 VCC： 電源輸入端，可在+5V-+15V范圍內(nèi)。 DGND：數(shù)字信號地。

AGND：模擬信號地，最好與基準(zhǔn)電壓共地。一般情況下，這兩個地端均并聯(lián)接地。

2)信號放大電路

該電壓放大電路主要由放大器構(gòu)成，由電路圖可知運(yùn)算放大器的反饋來自數(shù)控電源的輸出端，下面是有關(guān)運(yùn)算放大器LM393的介紹：

1、單電源供電在0—30V;

2、雙電源供電;+15V—-15V。

3、所有運(yùn)算放大器都沒有“地”引腳，所有正負(fù)電源對運(yùn)放來說都是相對于腳VCC的單電源供電。

3) LED數(shù)碼管顯示電路

本雙路直流穩(wěn)壓電源的數(shù)據(jù)顯示采用數(shù)碼管電路來實現(xiàn)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常使用LED作為顯示器，在需多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，常將所有門的選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而共陽I/O線受控制，實現(xiàn)各部分時選通。如圖3-3所示為6位LED動態(tài)顯示接口電路。顯示部分電路圖如下圖所示：

由鍵盤電路將所要輸出電壓的數(shù)值送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后將該數(shù)值一方面送給信號處理電路，同時該數(shù)據(jù)被送給顯示電路去顯示。該顯示電路由數(shù)碼管和鎖存器組成。

數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖3-4a)所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其結(jié)構(gòu)分別如圖3-4 b)和圖3-4 c)所示。

本系統(tǒng)電路采用動態(tài)顯示，其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，占用CPU較多時間，但采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，而且硬件電路也較靜態(tài)顯示簡單。

4)顯示驅(qū)動電路

MCS—51單片機(jī)受引腳數(shù)的控制，P0口兼用數(shù)據(jù)線和低8位地址線，為了將它們分離出來，需要在單片機(jī)外部增加顯示驅(qū)動電路。本設(shè)計選用驅(qū)動芯片74HC573。

74HC573是一種帶有三態(tài)門的8D鎖 存器，其引腳圖如圖3-5所示。 對其引腳說明如下：

D7—D0：8位數(shù)據(jù)輸入線。 Q0—Q7：8位數(shù)據(jù)輸出線。

G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號，高電平有效。當(dāng)該信號為高電平時外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。

OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。當(dāng)該信號為低電平時，三態(tài)門打開，鎖

存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。74HC573功能表如表3-6所示：

5)按鍵部分

按鍵接口具有的功能：

1、鍵掃描功能，即檢測是否有鍵按下;

2、鍵識別功能，確定被按下的鍵所在的行列的位置; 3.產(chǎn)生相應(yīng)的鍵的代碼;

按鍵采用中斷方式與單片機(jī)相連，其中行和列占用了51單片機(jī)的P1口，四列除了分別使用5.1K的電阻上拉至VCC外，還和74HC573的輸入相連接，與門對應(yīng)輸出接單片機(jī)的外部中斷輸入引腳，用于在有鍵按下時申請中斷。

6)輸出部分

輸出電路主要由三端穩(wěn)壓器7815和7915構(gòu)成。這里介紹用一塊7815和一塊7915三端穩(wěn)壓器對稱連接，即可獲得一組正負(fù)對稱的穩(wěn)壓電源，經(jīng)過穩(wěn)壓處理的電壓值最后經(jīng)負(fù)載輸出

7) 三端穩(wěn)壓芯片7815概述

如圖3-7所示，引腳號標(biāo)注方法是按照引腳電位從高到底的順序標(biāo)注的。引腳①為最高電位，③腳為最低電位，②腳居中。從圖中可以看出，不論正壓還是負(fù)壓，②腳均為輸出端。對于7815正壓系列，輸入是最高電位，自然是①腳，地端為最低電位，即③腳。在7815系列中，散熱片和地相連接。

8)三端穩(wěn)壓芯片7915概述

對于7915負(fù)壓系列，輸入為最低電位，自然是③腳，而地端為最高電位，即①腳，如圖3-8所示。

此外，還應(yīng)注意，散熱片總是和最低電位的第③腳相連。在7915系列中，散熱片和輸入端相連接。

9)整機(jī)原理圖

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

1、軟件程序框圖

正負(fù)可調(diào)雙路直流穩(wěn)壓電源的軟件程序框圖如圖4-1所示：

數(shù)碼管顯示電路設(shè)計

該數(shù)控電壓源的數(shù)據(jù)顯示采用數(shù)碼管來實現(xiàn)。在該部分電路設(shè)計中，單片機(jī)與顯示電路之間的數(shù)據(jù)傳輸采用串行通信方式，單片機(jī)工作在串行口工作方式0，即同步移位寄存器方式。相關(guān)的顯示子程序如下：

四、系統(tǒng)安裝及指標(biāo)測試

系統(tǒng)指標(biāo)測試

在設(shè)計完成以后，要對單元電路進(jìn)行聯(lián)合測試，檢驗他們是否達(dá)到設(shè)計要求。檢查的項目包括輸出電壓范圍，在整個輸出電壓范圍內(nèi)的步進(jìn)調(diào)整值，輸出的最大電流和電路的工作情況。數(shù)控電源系統(tǒng)的供電由直流穩(wěn)壓電源提供，需要提供3種電壓的電源：+5V，+12V電源和-12V電。輸出電壓范圍和步進(jìn)調(diào)整值由三用表測量。

當(dāng)數(shù)控電源的輸出端連接在不同負(fù)載電阻時，由于輸出電流不同，輸出電壓也不同。這里分別列出當(dāng)負(fù)載電阻RL為10 K?，500?和100?時數(shù)控電源的要求輸出電壓值。實測電壓值，絕對誤差和相對誤差。

當(dāng)負(fù)載電阻RL為10 K?時，：要求輸出電壓1.0v時，絕對誤差為0.02，相對誤差為2.1實測輸出電壓為0.98v。

當(dāng)負(fù)載電阻RL為500?時， 要求輸出電壓1.0v時，絕對誤差為-0.02，相對誤差為2.1，實測輸出電壓為0.99v。

當(dāng)負(fù)載電阻RL為100?時， 要求輸出電壓1.0v時，絕對誤差為-0.02，相對誤差為1.0，實測輸出電壓為1.01v。 4.2 系統(tǒng)調(diào)試誤差分析

1、電路調(diào)試過程中錯誤分析

電路線路比較多，容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，數(shù)碼顯示由于短路出現(xiàn)顯示不正常顯示，整理線路后能夠正常顯示。制作和測試-12V電源時，由于沒有認(rèn)真參考整流管的接法和7915的芯片資料，出現(xiàn)兩次電容爆裂。

數(shù)碼管顯示出現(xiàn)問題，檢查電路發(fā)現(xiàn)有一位數(shù)碼管是共陰極，不符合電路要求，換為共陽極數(shù)碼管后問題得到解決。穩(wěn)壓管7815的輸出端輸出電壓，檢查電路，發(fā)現(xiàn)輸出端需要增加一個電容，增加后問題得到解決。綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有：

1)測得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差;

2)電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差;

3)測得紋波電壓時示波器造成的誤差;

4)示波器， 萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差;

2、可以通過以下的方法去改進(jìn)此電路：

1)減小接觸點的微小電阻;

2)根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量結(jié)果可以進(jìn)行修正; 3. 測得紋波時示波器采用手動同步;

4)采用更高精確度的儀器去檢測;

這次設(shè)計的這個直流穩(wěn)壓電源電路;采用了電壓調(diào)整管DAC0832來實現(xiàn)電壓的調(diào)整部分;還通過單片機(jī)(AT89C52)來實現(xiàn)電路的控制，也實現(xiàn)了擴(kuò)充多功能;通過LM7815和LM7915來實現(xiàn)了電路中的穩(wěn)流部分，至于電路的最后一部分(DC-DC變換部分)我們是采用兩片升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器(MAX770)來實現(xiàn)了電路中的DC-DC變換部分。本次設(shè)計在電壓調(diào)整器的電路中，采用了適當(dāng)?shù)穆?lián)接方法，可以實現(xiàn)電壓”零”伏起調(diào);測試方法與過程也比較充分，同時也實現(xiàn)了電壓的可調(diào).