摘要：为了解决直流稳压电源的稳定性和灵敏度等问题，采用STC89C52单片机作为主控单元，用电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等部分组成0.0V~10.0V可调式直流稳压电源，并用proteus进行仿真。测试结果表明，直流稳压电源的稳定性和灵敏度显著提高。
关键词：单片机;直流稳压电源;变压器;性能测试
伴随着电子技术应用范围的扩展，其种类也日渐丰富，电子仪器己成为人们生活和工作不可或缺的一部分。电源作为电子产品的重要组成部分，发挥着极其关键的作用，电源系统优良的稳定性和可靠性也必然成为电子仪器正常工作的重要保障。目前，通信、办公和家用电器、汽车生产等领域迅速发展，对电源也提出了更加严格的要求，传统电源系统由于稳定性和灵敏度等性能局限，在很大程度上也制约了相关产业的发展。
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20世纪中叶，晶体管的产生使晶体管串联式稳压电源成为电源过渡元件，20世纪60年代后期，人们又对稳压电源进行了改进，开关电源快速发展，直流稳压电源得以广泛使用[1]。时至今日，在电源范畴内，供电电压高、电流大的电子计算机电源由可控硅电源代替，低电压、小电流电源一般用集成稳压器做电源[2]。在电源的设计过程中，电源变压器的主要功能是将市电为220V50HZ的交流电变为人们所需要的电压，然后再通过整流电路将交流电变压为脉动的直流电压，最后经过滤波电路获得光滑的直流电压[3]。
1直流稳压电源的设计思路
直流稳压电源的电路一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、控制电路等模块组成，其设计的一般思路是将输入的220V50HZ市电通过变压器，再经过整流、滤波，最后进行稳压。常用的直流稳压电源设计方案，主要有晶闸管串联式直流稳压电路、三端集成稳压器电路以及用单片机设计的直流稳压电源等。本文采用STC89C52单片机作为控制部分，可通过数模转换和电压调整改变系统输出电压的大小。
1.1设计任务
直流稳压电源设计过程中，电源变压器的设计主要是选择适合的电源变压器，将市电220V50HZ转变为人们所需的交流电。整流、滤波电路的设计，电源变压器降压以后将会得到人们所需要的交流电，再通过整流电路将其变换成单向脉动的直流电压，然后再经过滤波电路变成脉动小的直流电压，滤波电路的作用是即滤掉交流成分，留下直流成分;滤波电路的主要作用是将脉动直流电压中的纹波滤除，进而得到了比较平滑的直流电压，滤波电容的大小为4700uf，耐压程度为25V的电解电容。稳压电路的设计主要是当出现外界影响时，能够维持电压的稳定。控制电路的设计主要是通过STC89C52单片机控制稳压部分，使输出的直流电压更加稳定。
1.2设计总体框图
直流稳压电源的电路一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、控制电路以及显示电路等部分组成[3]。直流稳压电源的设计框图如图1所示。
1.3设计流程图从流程图
可以清晰地看出每个模块的工作情况，直流稳压电源的设计流程图如图2所示。
2直流稳压电源的主电路设计
2.1电源变压器设计
电源变压器的主要作用[4]是将市电220V50HZ的交流电压U1变成所需要的交流电压U2，其中变压器二次侧的功率与一次侧的功率之比η为：P2/P1=η(1)变压器的二次侧电压U2通过整流后将交流电压转换为直流电压，得到的半波整流和全波整流的电路输出波形中有较大的纹波，它会影响负载电路的正常工作，为了减少脉动的电压，需要通过低通滤波器电路进行滤波，使输出电压变得平滑。在理想状态下，应将交流分量的纹波全部滤除，使滤波电路的输出波形中仅仅含有直流电压。由于滤波电路这一无源电路的存在，接入负载后必定会影响它的滤波效果。交流电压通过整流、滤波电路后虽变为交流分量较小的直流电压，但当电网电压发生波动，负载发生变化时，其值也会发生变化。稳压电路的功能就是使输出的直流电压基本不受外界温度和负载变化的影响，因而可获得良好的稳定性能。
2.2整流与滤波电路设计
整流电路的作用是将交流电压转换成脉动且单向的直流电压，再经过滤波电路将大的纹波成分进行滤除，从而输出平滑的直流电压。
2.2.1整流电路设计
整流滤波电路种类繁多，最常使用的是单相桥式整流滤波电路[6]，其电路图如图3所示。
2.2.2滤波电路设计
在滤波电路设计中，因为整流特性与时间常数RC的值有关，RC的数值越大，电容放电越缓慢，滤波效果就会越好，因此通常的设计是滤波电容越大越好。为防止稳压器抑制电路引入的高电频，电路中加入电容的作用，就是为了在增减负载电流不足时所引起输出电压波动变化。
2.3稳压电源设计
稳压电源部分采用CW78XX三端集成稳压器设计。其中，CW78XX系列中输出电压为正，如7812则它的输出电压为+12V，三端集成稳压器CW78XX的输入端所接入的电容C的作用是进一步将纹波滤除，当输出电压为12V时，最大输出电流为0.5A，副边电压V2应大于等于12.7V，故取V2为15V。
2.4单片机最小系统电路设计
单片机的主要优点，一是结构容易突出控制功能，二是使用过程中便于产品化。在各种电子元器件中，单片机具有良好的性价比，其应用范围日渐广泛。近年来，单片机主要应用于智能仪器仪表、家用电器、机电一体化、实时工业控制等领域。STC89C52单片机各引脚的功能见表1。
STC89C52单片机设有4个双向输入输出口，即P0、P1、P2、P3，每一组输入输出线都可以单独作为输入或输出口，其中多功能I/O口引脚功能见表2。
单片机的最小系统主要由晶振电路、复位电路及电源电路等部分组成。晶振电路是由两个大小为30pF的电容C2、C3及晶振X1构成，其中晶振的频率数值越大，单片机的执行速度就越快，在单片机的电路设计中，晶振电路部分离单片机越近效果越明显。复位电路是单片机运作过程中，由于受外界因素干扰出现程序跑飞时，可以使用复位按钮，使单片机内部程序自动从头开始重新执行。电源电路采用5V直接供电，可使用电脑端的USB接口。
2.5设计总图
利用proteus设计的电路总图如图4所示。
3直流稳压电源的实测数据
3.1稳压电源的质量指标
稳压电源的质量指标[7]可以分成两种，一种是特性指标，主要包括输入输出电压、输出电压调节范围、输出电流等;另一种是质量指标，主要包括稳压系数、电流电压调整率、温度系数、输出电阻、纹波电压等。
由于输出的直流电压Vo会随着输入的直流电压Vi、输出电流Io以及环境温度T的变化而变化，即输出电压Vo=f(Vi,Io,T)。
3.2直流稳压电源的性能指标测试
1)电压测试结果
直流稳压电源的电压测试见表3。
2)负载电流测试结果
因为本设计用单片机作为直流稳压电源的主控单元，系统的电压调节范围为0V～10V，采用每次0.1V的步进调节，并且设置了加、减和复位按键，数码管显示清晰正确。通过测试结果可以看出，直流稳压电源的稳定性和灵敏度显著提高，测试误差较小，基本实现了设计初衷。但直流稳压电源的功能上还不够强大，缺少对显示预置电压、过流保护和过压保护电路等内容的设计，有待进一步研究和提高。
