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基于单片机的直流稳压电源的硬件系统设计

【摘要】本设计直流稳压电源以单片机AT89C51为控制核心，由DA转换

器TLC5615、数码管显示块、放大电路和稳压电路组成。其中DA转化器通过按

键输入给定值，将数字信号转换成模拟信号；数码管显示输出的电压；放大电路

由双运算放大器LM358控制，将DA转化器送过来的电压进行放大；稳压电路

由变压器，稳压二极管以及稳压三极管组成，主要是将220V交流电稳压成5V

和12V电路需要的直流电压。键盘来设置直流电源的输出电压，设置步进等级

可达0.1V，输出电压范围为0—10V。最终得出了直流稳压电源在单片机的控制

下能够输出稳定的、可调的直流电压。

【关键词】稳压电源；AT89C51单片机；DA芯片

1直流稳压电源总体结构

在电子电路中，基本上都需要稳压的直流电源供电。日常生活中也需要将交

流电转变成直流电，形成直流稳压电源。一般直流稳压电源以一稳压电源为基础，

以高性能单片机系统为控制核心，以稳压驱动放大电路、过流检测电路为外围的

硬件系统，在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制，通过对稳压

电源输出的电流、电压进行数据采样与给定数据比较，从而调整和控制稳压电源

的工作状态[4]。直流稳压电源原理框图如图2-1所示。

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装

置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压等四部分组成。

电源变压器：是降压变压器，它将交流电网220V交流电压变换成符合需要

的交流电压，并送给整流电路[5]。

整流滤波电路：由于脉动的直流电压还有较大的纹波，必须经滤波电路滤除

较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整

流滤波、桥式整流滤波等[6]。

滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得

到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C=（3～5）T/2，或中T为输入交

流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。

稳压电路：稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输

出直流电压稳定。

2.2单片机的最小系统

2.1.1单片机简介

（1）AT89C51是一种低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

其内部结构按功能可以分为8个部分：运算部件、控制部件、数据存取器、程序

存取器、特殊功能存取器、I/O口、定时器/计时器、中断系统。由于将多功能8

位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控

制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

（2）P0口：它包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路

和一个输出控制电路。其中输出驱动电路由一对场效应管组成推挽输出，其工作

状态受输出控制电路的控制。

（3）P2口：它与P0口基本相同，在输出FET的漏极接有上拉电阻，能驱

动4个LSTTL输入，而且P2口常用作外部存取器的高八位地址口。

（4）P1口：它与P2口基本相同，只是少了一个转化器和一个反相器，且

为使逻辑上的一致锁存器的Q端与输出FET的栅极相连。

（5）P3口：P3口是一个具有双功能的I/O，其第一功能和P2口一样，可

以作为通用I/O口使用。

2.1.2晶振电路

1.内部时钟方式

MCS—51片内有一个高增益反相放大器，XTAL1、XTAL2引脚分别为该反

相放大器的输入端和输出端，在芯片的外部通过这两个引脚跨接石英晶体振荡器

和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器，如图2-3所示。

2.外部时钟方式

外部时钟方式是利用外部振荡信号直接接入XTAL1或XTAL2。CHMOS型

单片机由XTAL1进入；CMOS芯片可在软件的控制下使振荡器停振，芯片处于

失电保持状态；

2.1.3复位电路

MSC-51单片机的复位电路由片内、片外两部分组成，复位操作有两种方式：

上电自动复位和按钮复位。上电复位单片机上电瞬间，RC电路充电，RST引脚

端出现正脉冲，只要RST