摘要：本設計以80C31單片機為核心，集成運算放大器和DAC0832數模轉換器構成具有深度負反饋的輸出可控的直流穩壓電源。由三端集成穩壓器（7805、7815、7915）給各單元電路提供所需的工作電壓。本系統由單片機做控制，輸出電壓在（0～9.9V）之間變化，實現0.1V的步進功能控制，輸出電壓采用LED共陰極數碼顯示。簡易數控直流電源與傳統穩壓電源相比具有操作方便、顯示穩定度高、使用廣泛等特點。

關鍵詞：單片機80C31  數模轉換器DAC0832  三端集成穩壓器 

    1 數控直流電源的應用及特點

    本課題研究一種以單片機為核心的智能化高精度簡易數控直流電源的設計。數控直流電源是一種常見的電子儀器也是電子技術常用的設備之一，廣泛應用于電路，教學試驗和科學研究等領域。以單片機系統為核心設計的新一代數控直流電源，它不但電路簡單，結構緊湊，價格低廉，性能優越，而且由于單片機具有計算和控制能力，利用它對數據進行各種計算，從而可排除和減少模擬電路引起的誤差，輸出電壓和限定電流采用輸入鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價值，且兼備雙重過載保護及報警功能， 特別適用于各種有較高精度要求的場合。

    2 硬件電路的設計

    2.1 數控直流電源的組成 簡易數控直流電源由穩壓電源部分、數字顯示部分、輸出部分、數控部分、“+”“-”按鍵五部分組成。　

    2.2 單元電路的設計

    2.2.1 輸出電路 輸出電路是由三端固定輸出穩壓器件7805、運算放大器A和DAC電路所組成的輸出電路。在該電路中U23=5V，Uo=U23+U3，若DAC的輸出為－5V～＋4.9V，則UO=0～9.9V。該電路的穩壓性能7805保證，步進電壓由DAC輸入的數字量控制。這種電路輸出電壓的精度取決于7805輸出電壓的誤差；運放的跟隨誤差以及DAC的積分非線性。步進值的誤差直接與DAC的位數有關。

    2.2.2 數控部分 數控部分應具備的功能有：輸出電壓可預置，且能以“步進”或“掃描”的工作方式加（“+”）或減（“－”）。數控部分的輸出應直接控制數碼電阻網絡各個開關。 

    微控制器（MCU）又稱單片機，數控部分為MCU電路。MCU的芯片品種繁多，芯片的選擇應考慮價格，軟件成熟，滿足功能要求等因素，因此本設計選用80C31單片機。  

    兩位BCD碼撥盤開關將預置量輸入到MCU并口，兩位LED顯示電路由MCU串口送入數值（輸出電壓）。單獨設置的“+”“-”二個按鍵由并行口進行檢測。DAC接收MCU數據總線傳送的數據，并據以確定輸出電壓。在軟件的控制下，MCU開機后先將預置值讀入，在送去顯示的同時，送入DAC，并產生相同的輸出電壓。然后不斷循環檢測“+”“-”兩鍵是否按下。若檢測到有鍵按下，將使顯示值和輸出電壓相應增減0.1V。若檢測到按鍵時間超過0.5s，則認為需連續增減，即處于“掃描”方式。 

    由于80C31片內RAM僅有128B容量不夠所以要擴展片外RAM，因此由80C31、74LS373和8KB容量的2764組成MCU最小系統。

    2.2.3 穩壓電源 從電路簡單、經濟考慮，本設計采用三端固定輸出集成穩壓器。采用7805、7815、7915作為它們的輸出電壓分別為＋5V、＋15V、－15V，輸出電流為1.5A。

    直流穩壓電源采用橋式全波整流，單電容濾波，三端固定輸出集成穩壓器件。輸出電路由7815提供+15V電壓，從而大大提高了電壓調整率和負載調整率等指標。

    2.2.4 顯示電路 顯示電路由兩個數碼管和兩個74LS164組成。兩個數碼管分別組成顯示電路的十位、個位，由于兩個數碼管至少需要14根I/O線，為節約資源，采用串行輸入并行輸出的74LS164進行驅動輸出。單片機的兩個并行分別作為信號輸出口和時鐘控制信號。采用單片機的P3.2、P3.3作為控制加減的控制。該實現方式是通過80C31串行輸入，再并行輸出到74LS164，再經過74LS164并行輸出到數碼顯示管。

    顯示方式采用靜態顯示方式，80C31串以移位寄存器來驅動兩位LED共陰極數碼顯示器，占用資源少，僅二根線。

    3 軟件設計

    兩位BCD碼撥盤開關K3、K4，用以設置輸出電壓。K3、K4輸入的P1口由電阻網絡RN上拉。設置為低電平有效。“+”“－”鍵由10K電阻上拉，低電平有效輸入至P3.2和P3.3口線。軟件采用查詢方式訪問這兩個鍵。

    3.1 80C31資源分配
    TXD、RXD    以串口方式0輸出接移位寄存器/顯示器。
    P3.2      “+” 鍵
    P3.3      “－”鍵
    P0.0～P0.3   預置數BCD碼輸入（低位—十分位）
    P0.4～P0.7   預置數BCD碼輸入（高位—個位）
    FFFEH     DAC 地址
    42H      D輸出電壓數值寄存
    41H  40H    顯示緩沖寄存，BCD碼。

    3.2 程序流程設計 復位后首先進行初始化工作，然后從BCD撥盤開關取輸出電壓預置值，經取反和十—二進制數轉換后存入寄存器42H。預置值經串口輸出送往顯示器。由于輸出電壓數值是以0.1V做為基本單位的（即5V為50），所以送往顯示的數值自動在高位加入小數點。以后輸出電壓值經標度變換后送DAC，由輸出電壓形成對應的輸出電壓。

    程序將檢測有無鍵按下，若無鍵按下，則不斷地繼續檢測，直到有鍵按下。檢測到有鍵按下后，首先延時20ms進行去抖處理，再判別是“+”還是“－”鍵若為“+”鍵，則42H中的數據加1，再判斷是否已加至100，若是則42H復0，否則將數據送去顯示和輸出。若判別為“－”鍵，則數據減1，再判斷是否已減至FFH，若是則42H賦值為99；否則將數據送去顯示和輸出。

    只要點動“+”“－”鍵的時間小于0.5s，則每次步進增減0.1V。若一直按鍵，只要時間超過0.5s，則不停的步進，直到松開按鍵為止。

    4 結論

    本設計主要對簡易數控直流電源電路進行了簡單的設計與闡述。本設計系統主要由硬件部分和軟件兩部分組成，以單片機為核心，控制整個電路工作。數模轉換器和集成運算放大器構成的具有深度負反饋的數字式可控直流電源。
    本設計還存在許多不足，不當之處在所難免，望廣大讀者提出意見。

參考文獻：

[1]蘇文平，何希才主編.電子技術實踐與制作教程.國防工業出版社.2002.
邱寄帆，唐程山主編.數字電子技術.人民郵電出版社.2002.