基于单片机的程控电源显示控制电路设计

基于单片机的程控电源显示控制电路设计

王文强

郑彬陆晶

上海航天电子技术研究所上海201109

摘要：程控电源广泛地应用在工业控制和科学研究的各个领域，有着广阔的市场前景。程控电源一般由主控系统、功率系统和显示控制系统三部分组成。本文以单片机为控制器，设计了能够实时显示和控制电源输出的程控电源显示控制系统硬件电路。

关键词:程控电源;显示控制;单片机

引言：

如今越来越多的电子产品进入了人们的生活，但是这些电子产品对供电的要求是非常严格的。供电电压如果小于额定电压，该电子产品就不能达到正常的工作状态，不能达到人们的要求。如果大于额定电压，产品的寿命会降低，甚至可能当场烧掉。不同的电子产品额定电压的大小不同，所以一种可以调节输出电压大小的电源是人们迫切需要的。

1硬件设计

系统硬件结构主要包括单片机、通信电路、旋转编码器电路、开关电路和数码管电路等，如图1所示。程控电源显示控制电路在主控系统的控制下，需要能实现以下功能:可以实时显示电源的电压和电流值;可以手动调节电压和电流值;可以手动设置电源功能按键可以指示电源状态信息。

图1系统硬件结构图

1.1单片机

本文选用数字信号控制器(DSC)dsPIC30F6014A作为主控制器，该系列芯片拥有16位闪存单片机丰富的外围设备和快速中断的响应能力，又兼具数字信号处理器(DSP)强大的计算能力和数据吞吐能力，是电机和电源控制理想的低成本解决方案。

1.2通信电路

通信电路完成显示控制电路和电源主控电路之间数据和指令交互的工作，由单片机串口外设和MAX232ESE通信芯片实现。程控电源有本地和远程两种工作模式。在本地模式下，通信电路将手动设置的数据发送给主控系统;而在远程模式下，通信电路需要实时接收主控系统的指令和数据。

1.3数码管电路

数码管电路完成电源输出或设置的电压、电流、地址和过压等值的显示，由单片机控制一个8路缓冲器SN74HC244N动态扫描驱动两个4位8段式共阴极数码管实现。数码管有静态驱动和动态驱动两种硬件连接方式，动态驱动方式相对占用I/O资源较少，通过适当调整驱动电流大小、扫描频率和延时时间，可以实现很好的显示效果。8路缓冲器通常用在主控芯片和外接器件的并行接口之间，可以保护并增加主控芯片的驱动能力。本设计单片机共使用了16个I/O端口来控制两个4位数码管，8个I/O端口控制8路缓冲器依次驱动数码管的8个段，另外8个I/O端口分别连接数码管的阴极公共端，控制每位数码管的通断。

1.4旋转编码器电路

旋转编码器电路完成电源电压、电流、地址和过压等值的设置，由单片机控制两个ALPS增量式旋转编码器EC11E实现。本文旋转编码器旋转一周有30个定位，输出15个脉冲，具有正转(A)、反转(B)、按下(D)和地(C、E)五个引脚。如图2所示，A、B输出脉冲在相位上相差90°，当A超前B时旋钮正转，而当B超前A时旋钮反转。电路连接要求:(1)A和B脚上拉，C和E脚接地;(2)A脚接单片机外部中断I/O，B和D脚接单片机普通I/O。当A脚高电平触发外部中断后，根据B脚电平的高低便能判别旋转编码器旋钮的转向，并对中断次数作增加或减少处理，从而完成计数工作。

图2旋转编码器输出脉冲示意图

1.5开关电路

开关电路实现电源本机控制模式下按键操作和状态指示的功能，由轻触式开关和光电二极管组成。按键的功能分别是:预览设置、地址设置、本机/远程控制设置、过压值设置和输出开/关。单片机通过中断的方式检测按键的状态，5个按键同时接入一个八输入与门和5个单片机I/O，与门的输出接进单片机的外部中断I/O。当有按键按下时，与门输出低电平触发外部中断，查询5个I/O的状态则可判定是哪个按键被按下。同时，开关电路采用电容滤波和软件延时处理两种方法防止按键抖动。

2软件设计

系统软件采用C语言开发，主要任务是控制硬件运行，与主控系统交互数据，实时显示输出和状态信息等。软件采用模块化设计，主要有旋转编码器控制、按键控制和数码管显示等模块。

2.1通信协议

通信协议是电源主控系统和显示控制系统数据交互的核心，系统在本地和远程两种模式下使用同样的指令定义，本地模式下由显示控制系统主导发送指令，而远程模式下由主控系统主导发送指令。协议定义具体如表1所示

3结论

本文设计经工程测试和环境可靠性考核验证后，已在笔者单位多款电源产品中进行使用，并被应用于数个测试设备开发项目中，设计实物图3所示。工程使用结果表明，该电路性能稳定可靠、准确度高、操作简便，各项功能和技术指标均达到了工程应用要求，具有很好的市场前景和设计参考价值。

参考文献：

［1］胡亚琪．单片机原理及应用系统设计［M］．西安:西安电子科技大学出版社，2010．

［2］谢洪森，周鹏，张海荣．高精度低频大功率信号源的设计与实现［J］．仪表技术，2012(7):18－20