摘要 : 介绍了基于单片机程控电源显示控制电路的硬件设计和软件实现 ， 该设计可以实现程控电源的输出显示和手动控制功能。 实践验证 ， 该设计具有很好的使用效果和工程价值 。
关键词 : 程控电源 ; 显示控制 ; 单片机
0 引言
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。
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。
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 ［ 3 ］ 。
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 。
2． 2 软件流程
对应于本地和远程两种模式 ， 软件有两个不同的工作流程。 在本地模式下 ， 硬件电路都将被使能 ， 操作者可以手动控制电源的显示界面和主控系统状态。 在远程模式下， 系统主要完成接收和显示主控系统数据的工作， 除了预览按键 ， 其余操作功能均被关闭 。 系统总体程序流程如图 3 和图 4 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， 设计实物如图 5 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。
