CN109061437A - 一种基于单片机控制与差分运算电路采样的lm317芯片故障检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路及方法，属于电子技术领域。本发明提供的LM317芯片故障检测电路操作简单，连接方便，只需将待检测的LM317芯片插入连接底座便可检测；能够高效直观、方便简单地检测一个LM317芯片是否存在故障；使用这样的电路，可以在使用LM317芯片前，检测其是否已存在故障；可以在含有LM317的电路出现故障时，判断故障是否是由LM317芯片损坏而造成，方便排除电路故障。

Description

一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障 检测电路及方法

技术领域

本发明涉及一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路及方法，属于电子技术领域。

背景技术

LM317芯片是一种可调式三端稳压器，是应用最为广泛的电源集成电路芯片之一，广泛应用于线性稳压，服务于多种应用场合，包括局部稳压，卡上稳压，可编程输出稳压器，精密稳流器等。LM317芯片在全世界范围内得到了广泛的应用。

正因如此，随着LM317芯片的大规模应用，LM317芯片的故障检测问题也普遍存在。实际中存在以下问题：

1、在LM317芯片使用前，如果可以检测出该LM317芯片是否正常，排除使用前就已损坏的芯片，将可以在一开始就避免故障，防止不必要的损失。但是LM317芯片是否正常无法单独、直接地检测，需要在其实际的电路中通过检测其工作状态，才能判断该芯片是否正常，有无故障。

2、在LM317芯片使用过程中，如果LM317应用电路出现故障，一般先判断电路故障是否是由于LM317芯片的故障造成，按照传统的电路故障检测方法，需要对整个电路的工作状态进行判断，进而再判断LM317芯片的工作状态，这样的检测需要对LM317芯片的工作特性熟悉，并且过程复杂，检测时间长。

所以，在实际中需要一种高效直观、简单方便的LM317芯片故障检测电路及方法。

发明内容

本发明提供了一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路及方法，以用于通过合理的构成及连接构建基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，并通过该检测电路采用本发明的方法步骤进行故障检测。

本发明的技术方案是：一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，包括LM317稳压电路1、差分运算电路3、电源电路5和单片机控制电路6；差分运算电路3由差分运算器Ⅰ2和差分运算器Ⅱ4构成；其中LM317稳压电路1中连接底座的4、5引脚与差分运算器Ⅰ2的输入端口连接，LM317稳压电路1的输出端与差分运算器Ⅱ4的输入端口连接，差分运算器Ⅰ2和差分运算器Ⅱ4的输出端分别与单片机控制电路6连接，电源电路5中12V输出端的正极同时与LM317稳压电路1输入端、差分运算电路3中LM358芯片的Vcc引脚连接，电源电路5中5V输出端的正极与单片机控制电路6中单片机的Vcc引脚连接，电源电路5中5V输出端的负极与单片机控制电路6中单片机的Gnd引脚连接。

所述LM317稳压电路1由连接底座，电阻R1、R2，电容C1、C2、C3共同构成；其中被检测的LM317芯片的Vin、Adjust、Vout引脚分别与连接底座的1、2、3引脚连接，连接底座中的6、5、4引脚分别与连接底座中的1、2、3引脚相互连通，连接底座的6号引脚接电容C1的正极且电容C1的正极还与电源电路5中12V输出端的正极连接，连接底座的5号引脚接电阻R1一端、电阻R2一端、电容C2的正极、差分运算器Ⅰ2中电阻R3的一端，连接底座的4号引脚接差分运算器Ⅰ2中电阻R4的一端、电阻R2的另一端、电容C3的正极且电容C3的正极还与差分运算器Ⅱ4中电阻R8的一端连接，电容C1的负极、电容C2的负极、电容C3的负极、电阻R1的另一端接地且电容C3的负极还与差分运算器Ⅱ4中电阻R9的一端连接。

所述差分运算电路3由LM358芯片，电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10构成；由LM358芯片中的运算放大器A1，电阻R3、R4、R5、R6共同构成差分运算器Ⅰ2，由LM358芯片中的运算放大器A2，电阻R7、R8、R9、R10共同构成差分运算器Ⅱ4；其中电阻R3一端接LM317稳压电路1中连接底座的5号引脚，电阻R4一端接LM317稳压电路1中连接底座的4号引脚，电阻R5一端接地，电阻R3另一端、电阻R6一端接LM358芯片的2号引脚，电阻R4、电阻R5另一端接LM358芯片的3号引脚，LM358芯片的1号引脚与电阻R6另一端、单片机控制电路6中单片机的P1.0引脚连接；电阻R8一端与LM317稳压电路1中电容C3的正极，电阻R9一端与LM317稳压电路中电容C3的负极连接，电阻R7一端接地，电阻R7、电阻R8另一端接LM358芯片的5号引脚，电阻R9另一端、电阻R10一端接LM358芯片的6号引脚，LM358芯片的7号引脚与电阻R10另一端、单片机控制电路6中单片机的P1.1引脚连接，LM358芯片的8号引脚接电源电路5中12V输出端的正极。

所述电源电路5由5V稳压电路、12V锂电池构成，5V稳压电路采用7805稳压电路结构；其中5V稳压电路的输入端连接12V锂电池的输出端，5V稳压电路输出端的正极连接单片机控制电路6中单片机的Vcc引脚，5V稳压电路为单片机控制电路6提供其正常工作所需的5V电压；12V锂电池的12V输出端正极与LM317稳压电路1中电容C1的正极、差分运算电路3中LM358芯片的8号引脚连接，为LM317稳压电路1、差分运算电路3提供其正常工作所需的12V电压。

所述单片机控制电路6由单片机、按键S1、红色LED指示灯、绿色LED指示灯、电阻R11共同构成；其中单片机的P1.0引脚、P1.1引脚引脚分别与差分运算电路3中LM358芯片的1、7号引脚连接，单片机的Vcc引脚接电源电路5中5V稳压电路输出端的正极，单片机的Gnd引脚接电源电路5中5V稳压电路输出端的负极，作为复位键的按键S1一端接地，按键S1另一端与单片机的P1.2引脚连接，用于指示被检测的LM317芯片在正常工作工作状态的绿色LED指示灯的正极端与单片机的P3.0引脚连接，用于指示被测的LM317芯片不在正常工作状态的红色LED指示灯的正极端与单片机的P3.3引脚连接，绿色LED指示灯、红色LED指示灯的负极端接电阻R11一端，电阻R11另一端接地。

所述单片机采用STC12系列、STC15系列。

一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测方法，所述方法步骤如下：

步骤1：将被检测的LM317芯片插入连接底座，采用基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路进行LM317芯片的故障检测；其中基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路中，R3阻值=R4阻值=R5阻值=R6阻值，R7阻值=R8阻值=R9阻值=R10阻值；

步骤3：差分运算电路3进行采样，差分运算器Ⅰ2对被检测LM317芯片的Vout引脚与Adjust引脚之间的电位差进行采样，并将差分运算得到的采样值U_o1输入到单片机的P1.0引脚；差分运算器Ⅱ4对LM317稳压电路1的输出电压进行采样，并将差分运算得到的采样值U_o2输入到单片机的P1.1引脚；

步骤4：单片机根据输入的采样值U_o1、U_o2，进行判断：

如果U_o1=1.25±0.05 V且U_o2=U_Set±0.1 V，则被检测的LM317芯片正常，不存在故障；反之则不正常，存在故障；

其中，差分运算器Ⅰ2的输出电压U_o1=差分运算器Ⅰ2的输入电压U_i1=被检测LM317芯片的V_Out引脚和Adjust引脚之间的电位差V_Out - V_Adjust；差分运算器Ⅱ4的输出电压U_o2=差分运算器Ⅱ4的输入电压U_i2 = LM317稳压电路1的输出电压U_O，U_Set为根据LM317稳压电路1的参数确定的稳压值；

步骤5：根据单片机判断的结果：若被检测的LM317芯片正常，则单片机的P3.0输出高电平，使绿色LED指示灯亮，提示元件正常；若被检测的LM317芯片不正常，则单片机的P3.3引脚输出高电平，红色LED指示灯亮，提示元件不正常；

步骤6：按下复位键S1，检测停止，可更换下一个待检测的LM317芯片进行检测。

本发明的有益效果是：本发明提供的LM317芯片故障检测电路操作简单，连接方便，只需将待检测的LM317芯片插入连接底座便可检测；能够高效直观、方便简单地检测一个LM317芯片是否存在故障；使用这样的电路，可以在使用LM317芯片前，检测其是否已存在故障；可以在含有LM317的电路出现故障时，判断故障是否是由LM317芯片损坏而造成，方便排除电路故障。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2 为本发明的电路结构框图。

图中各标号：1- LM317稳压电路，2-差分运算器Ⅰ，3-差分运算电路，4-差分运算器Ⅱ，5-电源电路，6-单片机控制电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-2所示，一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，包括LM317稳压电路1、差分运算电路3、电源电路5和单片机控制电路6；差分运算电路3由差分运算器Ⅰ2和差分运算器Ⅱ4构成；其中LM317稳压电路1中连接底座的4、5引脚与差分运算器Ⅰ2的输入端口连接，LM317稳压电路1的输出端与差分运算器Ⅱ4的输入端口连接，差分运算器Ⅰ2和差分运算器Ⅱ4的输出端分别与单片机控制电路6连接，电源电路5中12V输出端的正极同时与LM317稳压电路1输入端、差分运算电路3中LM358芯片的Vcc引脚连接，电源电路5中5V输出端的正极与单片机控制电路6中单片机的Vcc引脚连接，电源电路5中5V输出端的负极与单片机控制电路6中单片机的Gnd引脚连接。

进一步地，可以设置所述LM317稳压电路1由连接底座，电阻R1、R2，电容C1、C2、C3共同构成；其中被检测的LM317芯片的Vin、Adjust、Vout引脚分别与连接底座的1、2、3引脚连接，连接底座中的6、5、4引脚分别与连接底座中的1、2、3引脚相互连通，即被检测的LM317芯片的Vin、Adjust、Vout引脚分别与连接底座的6、5、4引脚在电气上是连通的，连接底座的6号引脚接电容C1的正极且电容C1的正极还与电源电路5中12V输出端的正极连接，连接底座的5号引脚接电阻R1一端、电阻R2一端、电容C2的正极、差分运算器Ⅰ2中电阻R3的一端，连接底座的4号引脚接差分运算器Ⅰ2中电阻R4的一端、电阻R2的另一端、电容C3的正极且电容C3的正极还与差分运算器Ⅱ4中电阻R8的一端连接，电容C1的负极、电容C2的负极、电容C3的负极、电阻R1的另一端接地且电容C3的负极还与差分运算器Ⅱ4中电阻R9的一端连接。被检测的LM317芯片通过连接底座接入电路，方便被检测的LM317芯片的插拔更换，无需焊接，提高检测效率，方便操作。

进一步地，可以设置所述差分运算电路3由LM358芯片，电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10构成；由LM358芯片中的运算放大器A1，电阻R3、R4、R5、R6共同构成差分运算器Ⅰ2，由LM358芯片中的运算放大器A2，电阻R7、R8、R9、R10共同构成差分运算器Ⅱ4；其中电阻R3一端接LM317稳压电路1中连接底座的5号引脚，电阻R4一端接LM317稳压电路1中连接底座的4号引脚，电阻R5一端接地，电阻R3另一端、电阻R6一端接LM358芯片的2号引脚，电阻R4、电阻R5另一端接LM358芯片的3号引脚，LM358芯片的1号引脚与电阻R6另一端、单片机控制电路6中单片机的P1.0引脚连接；电阻R8一端与LM317稳压电路1中电容C3的正极，电阻R9一端与LM317稳压电路中电容C3的负极连接，电阻R7一端接地，电阻R7、电阻R8另一端接LM358芯片的5号引脚，电阻R9另一端、电阻R10一端接LM358芯片的6号引脚，LM358芯片的7号引脚与电阻R10另一端、单片机控制电路6中单片机的P1.1引脚连接，LM358芯片的8号引脚接电源电路5中12V输出端的正极。

进一步地，可以设置所述电源电路5由5V稳压电路、12V锂电池构成，5V稳压电路采用7805稳压电路结构；其中5V稳压电路的输入端连接12V锂电池的输出端，5V稳压电路输出端的正极连接单片机控制电路6中单片机的Vcc引脚，5V稳压电路为单片机控制电路6提供其正常工作所需的5V电压；12V锂电池的12V输出端正极与LM317稳压电路1中电容C1的正极、差分运算电路3中LM358芯片的8号引脚连接，为LM317稳压电路1、差分运算电路3提供其正常工作所需的12V电压。

进一步地，可以设置所述单片机控制电路6由单片机、按键S1、红色LED指示灯、绿色LED指示灯、电阻R11共同构成；其中单片机的P1.0引脚、P1.1引脚引脚分别与差分运算电路3中LM358芯片的1、7号引脚连接，单片机的Vcc引脚接电源电路5中5V稳压电路输出端的正极，单片机的Gnd引脚接电源电路5中5V稳压电路输出端的负极，作为复位键的按键S1一端接地，按键S1另一端与单片机的P1.2引脚连接，用于指示被检测的LM317芯片在正常工作工作状态的绿色LED指示灯的正极端与单片机的P3.0引脚连接，用于指示被测的LM317芯片不在正常工作状态的红色LED指示灯的正极端与单片机的P3.3引脚连接，绿色LED指示灯、红色LED指示灯的负极端接电阻R11一端，电阻R11另一端接地。

进一步地，可以设置所述单片机采用STC12系列、STC15系列。具体的如：STC15W401AS型号。

一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测方法，所述方法步骤如下：

步骤1：将被检测的LM317芯片插入连接底座，采用基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路进行LM317芯片的故障检测；其中基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路中，R3阻值=R4阻值=R5阻值=R6阻值，使差分运算器Ⅰ2的放大倍数为1，实现1:1采样；R7阻值=R8阻值=R9阻值=R10阻值，使差分运算器Ⅱ4的放大倍数为1，实现1:1采样；

步骤3：差分运算电路3进行采样，差分运算器Ⅰ2对被检测LM317芯片的Vout引脚与Adjust引脚之间的电位差进行采样，并将差分运算得到的采样值U_o1输入到单片机的P1.0引脚；差分运算器Ⅱ4对LM317稳压电路1的输出电压进行采样，并将差分运算得到的采样值U_o2输入到单片机的P1.1引脚；

步骤4：单片机根据输入的采样值U_o1、U_o2，进行判断：

如果U_o1=1.25±0.05 V且U_o2=U_Set±0.1 V，则被检测的LM317芯片正常，不存在故障；反之则不正常，存在故障；

其中，差分运算器Ⅰ2的输出电压U_o1=差分运算器Ⅰ2的输入电压U_i1=被检测LM317芯片的V_Out引脚和Adjust引脚之间的电位差V_Out - V_Adjust；差分运算器Ⅱ4的输出电压U_o2=差分运算器Ⅱ4的输入电压U_i2 = LM317稳压电路1的输出电压U_O，U_Set为根据LM317稳压电路1的参数确定的稳压值，取值为2.5V；

步骤5：根据单片机判断的结果：若被检测的LM317芯片正常，则单片机的P3.0输出高电平，使绿色LED指示灯亮，提示元件正常；若被检测的LM317芯片不正常，则单片机的P3.3引脚输出高电平，红色LED指示灯亮，提示元件不正常；

步骤6：按下复位键S1，检测停止，可更换下一个待检测的LM317芯片进行检测。

具体的，电路中参数的设置如下：R1=960 Ω，R2=1KΩ，R3=R4=R5=R6=10KΩ，R7=R8=R9=R10=10KΩ，R11=1KΩ；C1=0.1uF，2=10uF，C3=1uF，C4=0.1uF，C5=10uF。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，其特征在于：包括LM317稳压电路（1）、差分运算电路（3）、电源电路（5）和单片机控制电路（6）；差分运算电路（3）由差分运算器Ⅰ（2）和差分运算器Ⅱ（4）构成；其中LM317稳压电路（1）中连接底座的4、5引脚与差分运算器Ⅰ（2）的输入端口连接，LM317稳压电路（1）的输出端与差分运算器Ⅱ（4）的输入端口连接，差分运算器Ⅰ（2）和差分运算器Ⅱ（4）的输出端分别与单片机控制电路（6）连接，电源电路（5）中12V输出端的正极同时与LM317稳压电路（1）输入端、差分运算电路（3）中LM358芯片的Vcc引脚连接，电源电路（5）中5V输出端的正极与单片机控制电路（6）中单片机的Vcc引脚连接，电源电路（5）中5V输出端的负极与单片机控制电路（6）中单片机的Gnd引脚连接。

2.根据权利要求1所述的基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，其特征在于：所述LM317稳压电路（1）由连接底座，电阻R1、R2，电容C1、C2、C3共同构成；其中被检测的LM317芯片的Vin、Adjust、Vout引脚分别与连接底座的1、2、3引脚连接，连接底座中的6、5、4引脚分别与连接底座中的1、2、3引脚相互连通，连接底座的6号引脚接电容C1的正极且电容C1的正极还与电源电路（5）中12V输出端的正极连接，连接底座的5号引脚接电阻R1一端、电阻R2一端、电容C2的正极、差分运算器Ⅰ（2）中电阻R3的一端，连接底座的4号引脚接差分运算器Ⅰ（2）中电阻R4的一端、电阻R2的另一端、电容C3的正极且电容C3的正极还与差分运算器Ⅱ（4）中电阻R8的一端连接，电容C1的负极、电容C2的负极、电容C3的负极、电阻R1的另一端接地且电容C3的负极还与差分运算器Ⅱ（4）中电阻R9的一端连接。

3.根据权利要求1所述的基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，其特征在于：所述差分运算电路（3）由LM358芯片，电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10构成；由LM358芯片中的运算放大器A1，电阻R3、R4、R5、R6共同构成差分运算器Ⅰ（2），由LM358芯片中的运算放大器A2，电阻R7、R8、R9、R10共同构成差分运算器Ⅱ（4）；其中电阻R3一端接LM317稳压电路（1）中连接底座的5号引脚，电阻R4一端接LM317稳压电路（1）中连接底座的4号引脚，电阻R5一端接地，电阻R3另一端、电阻R6一端接LM358芯片的2号引脚，电阻R4、电阻R5另一端接LM358芯片的3号引脚，LM358芯片的1号引脚与电阻R6另一端、单片机控制电路（6）中单片机的P1.0引脚连接；电阻R8一端与LM317稳压电路（1）中电容C3的正极，电阻R9一端与LM317稳压电路（1）中电容C3的负极连接，电阻R7一端接地，电阻R7、电阻R8另一端接LM358芯片的5号引脚，电阻R9另一端、电阻R10一端接LM358芯片的6号引脚，LM358芯片的7号引脚与电阻R10另一端、单片机控制电路（6）中单片机的P1.1引脚连接，LM358芯片的8号引脚接电源电路（5）中12V输出端的正极。

4.根据权利要求1所述的基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，其特征在于：所述电源电路（5）由5V稳压电路、12V锂电池构成，5V稳压电路采用7805稳压电路结构；其中5V稳压电路的输入端连接12V锂电池的输出端，5V稳压电路输出端的正极连接单片机控制电路（6）中单片机的Vcc引脚，5V稳压电路为单片机控制电路（6）提供其正常工作所需的5V电压；12V锂电池的12V输出端正极与LM317稳压电路（1）中电容C1的正极、差分运算电路（3）中LM358芯片的8号引脚连接，为LM317稳压电路（1）、差分运算电路（3）提供其正常工作所需的12V电压。

5.根据权利要求1所述的基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，其特征在于：所述单片机控制电路（6）由单片机、按键S1、红色LED指示灯、绿色LED指示灯、电阻R11共同构成；其中单片机的P1.0引脚、P1.1引脚引脚分别与差分运算电路（3）中LM358芯片的1、7号引脚连接，单片机的Vcc引脚接电源电路（5）中5V稳压电路输出端的正极，单片机的Gnd引脚接电源电路（5）中5V稳压电路输出端的负极，作为复位键的按键S1一端接地，按键S1另一端与单片机的P1.2引脚连接，用于指示被检测的LM317芯片在正常工作工作状态的绿色LED指示灯的正极端与单片机的P3.0引脚连接，用于指示被测的LM317芯片不在正常工作状态的红色LED指示灯的正极端与单片机的P3.3引脚连接，绿色LED指示灯、红色LED指示灯的负极端接电阻R11一端，电阻R11另一端接地。

6.根据权利要求5所述的基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路，其特征在于：所述单片机采用STC12系列、STC15系列。

7.一种采用权利要求1-6中任一项所述的基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路进行LM317芯片故障检测的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤1：将被检测的LM317芯片插入连接底座，采用基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路进行LM317芯片的故障检测；其中基于单片机控制与差分运算电路采样的LM317芯片故障检测电路中，R3阻值=R4阻值=R5阻值=R6阻值，R7阻值=R8阻值=R9阻值=R10阻值；

步骤3：差分运算电路（3）进行采样，差分运算器Ⅰ（2）对被检测LM317芯片的Vout引脚与Adjust引脚之间的电位差进行采样，并将差分运算得到的采样值U_o1输入到单片机的P1.0引脚；差分运算器Ⅱ（4）对LM317稳压电路（1）的输出电压进行采样，并将差分运算得到的采样值U_o2输入到单片机的P1.1引脚；

步骤4：单片机根据输入的采样值U_o1、U_o2，进行判断：

如果U_o1=1.25±0.05 V且U_o2=U_Set±0.1 V，则被检测的LM317芯片正常，不存在故障；反之则不正常，存在故障；

其中，差分运算器Ⅰ（2）的输出电压U_o1=差分运算器Ⅰ（2）的输入电压U_i1=被检测LM317芯片的V_Out引脚和Adjust引脚之间的电位差V_Out - V_Adjust；差分运算器Ⅱ（4）的输出电压U_o2=差分运算器Ⅱ（4）的输入电压U_i2 = LM317稳压电路（1）的输出电压U_O，U_Set为根据LM317稳压电路（1）的参数确定的稳压值；

步骤5：根据单片机判断的结果：若被检测的LM317芯片正常，则单片机的P3.0输出高电平，使绿色LED指示灯亮，提示元件正常；若被检测的LM317芯片不正常，则单片机的P3.3引脚输出高电平，红色LED指示灯亮，提示元件不正常；

步骤6：按下复位键S1，检测停止，可更换下一个待检测的LM317芯片进行检测。