引 言

在各種電子電路實驗中，電源是一種必不可少的儀器，目前實驗所用的電源大多是只有固定電壓輸出（例如常用的有： ±5V、±12V或±15V） ，其缺點是輸出電壓不可人為的改變，輸出精度和穩定性都不高：在測量上，傳統的電源一般采用指針式或數字式來顯示電壓或電流，搭配電位器調整所要的電壓及電流輸出值。 若要調整精確的電壓輸出，須搭配精確的顯示儀表監測：又因電位器的阻值特性非線性，在調整時，需要花費一定的時間，且會產生漂移，使得最終只好因陋就簡。

隨著科學技術飛速發展，對電源可靠性、輸出精度和穩定性要求越來越高，利用D/A 轉換器的高分辨率和單片機的自動檢測技術設計程控電源就顯示出其優越性。 程控電源既能方便輸入和選擇預設電壓值又具有較高精度和穩定性，而且還可程控實現對電源的可編程監控，如模擬電壓跌落、間斷或起伏等情況，即可編程電源也可以看作一種功率型的低頻信號發生器。 程控電源可以任意設定輸出電壓或電流，所有功能由面板上的鍵盤或通過RS-232C 串口連接的上位微機實現，給電路實驗帶來極大的方便，提高了工作效率。

工作原理

本電源以常規穩壓電源為基礎

電源，以高性能單片機和數模轉換器為控制電路，在控制和檢測軟件支持下，把預先給定值通過單片機的的輸出口送至相應的的D/A 轉換器轉換為相應的給定模擬電壓，以替代常規穩壓電源中的比較參考電壓，使輸出電壓或電流隨著參考電壓的變化而變化，其原理如圖1 所示。 用戶可根據需要通過鍵盤設定穩壓電源的輸出值。

圖1 　程控電源框圖

系統硬件配置

程控電源整機框圖如圖2 所示，它主要由鍵盤、液晶顯示、單片微機系統、D/A 轉換電路、報警電路、檢測電路和直流穩壓電路等七部分組成。 根據需要，可擴展RS232 接口。

單片微機系統

單片機系統是程控電源的核心。 它通過軟件的運行來控制整個儀器的工作，從而完成設定的功能。 單片機系統以AT89C52為CPU ，它是由美國ATMEL 公司生產的低電壓、高性能8 位CMOS 單片機，片內含8K字節的FLASH或PEROM和256 字節的RAM，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51 指令系統及8052產品引腳兼容。AT89C52 接收檢測電路的外部中斷信號，也接收來自鍵盤的信息，并對輸入的信息進行處理，從而確定儀器原工作狀態及輸出電壓的大小。 此外，AT89C52 還能根據工作溫度自動調節風扇轉速，如果發生過熱現象，還能驅動報警電路工作。

圖2 　整機系統框圖

D/A 轉換電路

D/A 轉換器采用12 位電壓輸出型、內置雙緩沖輸入鎖存器和齊納基準電源的MAX508，通過雙緩沖鎖存器實現與微處理器接口，數據輸入允許低8位和高4位分段右移輸入。 MAX508 提供的片內量程電阻可以外接產生雙極性輸出電壓范圍為±5V 或單極性輸出電壓范圍為0-5V、0-10V 的幾種輸出方式。 本電源中采用0-10V 的單極性輸方式，如圖3 所示。 此時ROFS 與AGND 相連，RFB 與VOUT相連，采用直接二進制編碼。

圖3 　D/A 連接電源原理圖

智能型風扇

系統在工作過程中如果溫度過高會使芯片燒壞，因此系統必須有散熱裝置，本電源系統采用散熱片和智能型風扇。 智能型風扇主要由MAX6660控制，它是一款遠端結溫傳感器和風扇速度調節器，提供了完備的風扇控制解決方案。 遠端溫度傳感器通常采用一個廉價且易安裝的2N3904 NPN 或2N3906 PNP。 該器件還包括一個閉環風扇控制器，根據轉速計反饋來調節風扇速度。MAX6660 將溫度風扇門限溫度和增益設定相比較，兩者均可通過SMBus 由用戶編程。 其結果是實現與遠端結溫成正比的自動風扇控制。 可以在任何時候斷開溫度反饋環，以便由系統控制風扇速度。 風扇速度是通過電壓控制的，與PWM控制相比，更加安靜和可靠。

保護電路

為了使程控電源能可靠、安全地工作，本系統設置多重監測和保護系統，主要包括軟啟動電路、過溫保護、過壓保護、過流保護，其中過溫保護采用中斷方式控制。 本系統采用MAX6660 檢測電路中晶片的工作溫度，若溫度超過給定值，溫度傳感器調理器就給單片機中斷信號，單片機啟動聲光報警，經過一定時間切斷電壓輸出。

鍵盤和顯示

程控電源的鍵盤和顯示部分安裝在儀器的操作面板上，由16 個鍵和液晶顯示模塊LCM組成。 其中LCM模塊選用某電子有限公司生產的圖形點陣液晶顯示模塊SMG240128A ，其內置T6963C 及兼容控制器，它可顯示電源輸出的電壓值、顯示存儲數據和工作狀態，還可進行報警顯示。

軟件設計

系統應用程序的結構可分為主程序和若干子程序，主程序流程圖如圖4所示。

主程序

1） 初始化程序：在初始化過程中，先是將8052各個口復位，清RAM 區的各個寄存器、緩沖區。 程序正常運行后，將不再進入初始化程序，只有當儀器啟動或復位時才進入該程序。 初始化完成后，開外部中斷。

2） 功能處理程序：當按下這些鍵時，經過判斷，轉各自的處理程序。 這些程序是相似的，主要功能是顯示各自的字符，設置各自的標志。

3） RUN 鍵處理程序：當按下功能鍵后，再置入數字，然后按下RUN 鍵，可以得到與置入數值大小相等的電壓輸出。

4） CLR 鍵處理程序：清除鍵（CLR） 的主要功能是，根據當前狀態的不同，清除不同的工作區。 當程序進入出錯處理子程序時，只有按下CLR 后，才能使儀器恢復正常工作。

圖4 　主程序框圖

子程序

子程序包括：讀鍵盤子程序、中斷子程序、顯示子程序、出錯處理子程序、計算子程序、存儲和讀取子程序等。

結 論

利用單片機和數模轉換器控制的直流穩壓電源，完全改變了傳統直流穩壓電源的設計，具有新穎性，獨創

性和先進性。 它不僅能作為常規的科研實驗電源用，而且可以通過軟件編程的方法使穩壓電源產生連續變化的輸出電壓，具有很高的性價比。