数字显示的可调直流稳压电源设计
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2020-07-12
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数字显示的可调直流稳压电源设计数字显示的可调直流稳压电源设计
本文设计了一个数字可调直流稳压电源，其具有精度 0.01V 的步进调制、范围为 1.25V-10.00V（可扩展）的直
流电压输出、输出误差较小且具有带负载和数码显示功能等特点。
总体设计思想及方案
本设计主要采用单片机AT89C52作为处理计算核心，完成外部调节与控制。本系统主要由六个单元模块组成，即电源模块、
按键模块、单片机最小系统模块、显示模块、线性电阻模块和电压输出模块。其连接原理框图如图1所示。其中电源模块采用
7815与7805芯片分别产生15V和5V的电压给其它模块供电。输出模块采用LM317芯片构成，为了满足LM317的工作特性，故
该系统必须为LM317增设一个输入比较的线性电阻模块。
线性电阻模块是由若干个阻值以2的指数倍增长的电阻串联而成，它利用继电器和单片机巧妙地将数字信号与模拟信号融合到
一起，即线性电阻模块的输出电阻取决于单片机获取的数字信号，从而可以使系统实现一定范围内任意连续可调的电压输出。
由于要对输出电压进行数字调节和显示，因此还要增设按键模块和显示模块。
显示模块使用4个数码管对所输出的电压进行显示，而按键模块使用4个按键组成，对单片机产生中断信号，使单片机控制
LED数码管显示，并且同时计算，控制线性电阻模块的总电阻输出，由于此阻值决定了电源系统最后的输出电压，从而实现输
出电压与显示电压的一致。
图1系统总原理框图
主要单元模块电路分析与设计 单片机最小系统模块分析与设计
单片机最小系统在本设计中起到接收按键中断信号，控制数码管显示并处理计算，改变线性电阻的输出阻值等作用。
该模块电路是由复位电路、时钟晶振电路、电平上拉电路和单片机芯片AT89C52组成。其中时钟晶振电路使用12MHz的晶
振，给单片机提供时钟信号，而复位电路采用的是上电复位电路。AT89C52的P2.0到P2.7和P0.0到P0.3引脚连接在线性电阻
模块的12个继电器开关上，P3.0到P3.2加上P1.7引脚连接在按键开关上，P3.3为外部中断1下降沿触发，绑在按键开关公共
端，P3.4到P3.7引脚端连接在数码管位码上。
按键模块分析与设计
按键模块是用4个按键对单片机产生中断信号来控制显示模块显示和线性电阻模块的阻值，以便实现输出电压的数字调节。此
模块设置的4个按键，其功能分别为：
KEY1：每按键一次加一，输出电压增加1V；
KEY2：每按键一次加一，输出电压减少0.1V；
KEY3：每按键一次加一，输出电压增加0.01V；
KEY_OUT：按键按一次，确认输出电压，使电阻模块去匹配，使输出与显示值一致。
该按键电路是将一个外部中断拓展成多个。按键开关一端接地，另一端通过二极管与电阻接到 Vcc 上，二极管 1N4007 的管
压降为 0.7V，端口 8 接到单片机外部中断 1 上。按键没有按下时端口 4、5、6、7 均为高电平，8 也为高电平；每当按键按
下，会将端口 4、5、6、7对应接地，电平被拉低，8 端口也会被拉低从而产生下降沿进入中断从而改变显示模块和线性电阻
模块的值的变化。
电压输出模块分析与设计
电压输出模块主要采用 LM317 芯片完成转换输出。由于LM317 芯片的输入电压一般要比输出电压高 3V（即有 3V 的压
降），所以要求其输入 Vin 接 15V 的电压。LM317 芯片输出电压取决于ADJ 端口（1 引脚）与 V0 端（2 引脚）之间的电阻
R12 和 1 引脚所接的电阻 R1，计算公式如（1）所示。
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