【正文】 ........................... 32 鍵盤原理 .......................................................................................... 32 鍵盤與單片機接口電路 .................................................................. 32 第四章 系統(tǒng)軟件設計 ................................................................................................ 34 主體流程圖 ................................................................................................... 34 鍵盤掃描及鍵值顯示 ................................................................................... 35 液晶初始化 ................................................................................................... 39 輸出采樣函數(shù) ............................................................................................... 40 誤差調整 ....................................................................................................... 41 延時函數(shù) ....................................................................................................... 42 結束語 .......................................................................................................................... 43 致 謝 .......................................................................................................................... 44 參考文獻 ...................................................................................................................... 45 附錄一 程序清單 ........................................................................................................ 47 智能穩(wěn)壓電源設計 附錄二 智能穩(wěn)壓電源電路設計圖 ............................................................................ 55 附錄三 智能開關電源使用說明書 ............................................................................ 56 智能穩(wěn)壓電源設計 1 第一章 前言 研究的目的和意義 電源是 給所有電子設備電路系統(tǒng)提供能源的部件，是必不可少的 。目前使用的穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立器件組成，其體積大，效率低，可靠性差，操作使用起來不方便，自我的保護功能不夠，因而發(fā)生故障的幾率高。隨著電子技術的飛速發(fā)展，各種電子、電器設備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷朝著小型化、高效率、低成本、高可靠性、低電磁干擾、模塊化和智能化方向發(fā)展，以單片機系統(tǒng)為核心而設計制造出來的新一代智能型穩(wěn)壓電源 不但電路簡單，結構緊湊，價格低廉，性能卓越，而且由于單片機具有計算和控制能力，利用它對采樣數(shù)據(jù)進行各種計算，從而可排除和減少由于干擾信號和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了模擬電路的要求 [1]。 開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（ PWM）控制 IC 和 MOSFET 構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電 源，這一點稱為成本反轉點。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 穩(wěn)壓電源的分類 目前 穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負載的連接方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源；按電路類型分有簡單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源 對于品種繁多的穩(wěn)壓電源 可以從不同角度去分。 下面以線性電源和開關電源做介紹。 2 線性電源分 類 線性電源一般可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型，按穩(wěn)壓方式分，有參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調整型電源。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡單，主要是利用元件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓。比如，一只電阻和一只穩(wěn)壓二極管即可構成參數(shù)穩(wěn)壓 器。反饋調整型穩(wěn)壓電源具有負反饋閉環(huán)，是閉環(huán)自動調整系統(tǒng)，它的優(yōu)點是技術成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，設計簡單與制造。缺點是體積大，效率低 [2]。 開關電源的分類 開關電源可分為 AC/DC 和 DC/DC 兩大類， DC/DC 變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已 技術成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定 ，并已得到用戶的認可，但 是 AC/DC 的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以 下 闡述。 DC/DC 變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。DC/DC 變換類型是開關電源變換的基本類型，它通過控制開關通、斷時間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能量對開關波形進行微分平滑處理，從而更有效地調整脈沖的寬帶及頻率。 斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式，二是頻率調制方式。其具體的電路由以下幾類： （ 1） Buck 電路 — 降壓斬波器，其輸 出平均電壓 Uo 小于輸入電壓 Ui，極性相同。 （ 2） Boost 電路 — 升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于輸入電壓 Ui，極性相同。 （ 3） BuckBoost 電路 — 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電感傳輸。 （ 4） Cuk 電路 — 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于或小于輸入電壓 Ui,極性相反，電容傳輸。 智能穩(wěn)壓電源設計 3 當今軟開關技術使得 DC/DC 發(fā)生了質的飛躍，美國 VICOR 公司設計制造的多種 ECI 軟開關 DC/DC 變換器，其最大輸出功率有 300W、 600W、 800W 等，相應的功率密度為 （ 17） W/cm3，效率為（ 8090） %。日本 NemicLambda 公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊 RM 系列，其開關頻率為（ 200300） kHz，功率密度已達到 27 W/cm3，采用同步整流器（ MOSFET 代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到 90%左右 [3]。 AC/DC 變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為 “ 整流 ” ，功率流由負載返回電源的稱為 “ 有源逆變 ” 。 AC/DC變換器輸入為 50/60Hz 的交流電，因必須經 整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如 UL、 CCEE 等）及 EMC 指令的限制（如 IEC、 FCC、 CSA），交流輸入側必須加 EMC 濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制 AC/DC 電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決 EMC 電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了 AC/DC 變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意 程度。 AC/DC 變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。 穩(wěn)壓電源的主要指標 直流穩(wěn)壓電源的指標有兩類：一類是特性指標 ； 另一類是技術指標或質量指標 [2]。 特性指標 （ 1）最大輸出電流 ： 它主要取決于主調整管的最大允許消散功率和最大允許工作電流。 （ 2）輸出電壓和電壓調節(jié)范圍按照負載的要求來決定。 4 （ 3）效率穩(wěn)壓電源本身就是個變換器，在能量轉換時有能量損耗，這就存在轉換效率問題。 （ 4）保護特 性在穩(wěn)壓電源中，當負載出現(xiàn)過載或短路時，會使調整管損壞，因此，電源中須有快速響應的過流、短路保護電路。 技術指標 電壓調整率（ Su） ： 當市電電網變化時（177。 10％的變化時在規(guī)定允許范圍內），輸出直流電壓也相應變化。而穩(wěn)壓電源就應盡量減小這種變化。電壓穩(wěn)定度表征電源對市電電網變化的抑制能力。 表征電源對市電電網變化的控制能力也用電壓調整率 Su 表示。其電壓調整率Su 的定義：當電網變化 10％時輸出電壓相對變化量得百分比。 0001 0 0????? I iUUSOOU (11) 式 (11)中 Su值越小，表示穩(wěn)壓性能越好。 (2)內阻（ rn） ： 當負載電流變化時，電源的輸出電壓也會發(fā)生變化，變化數(shù)值越小越好。內阻正是表征電源對負載電流變化的抑制能力。 電源內阻 rn 的定義：當市電電網電壓不變化情況下，電源輸出電壓變化量△ UO 與輸出電流變化量△ IO 之比，即 0?????U iIUrOOn （ 12） 顯然， rn越小，抑制能力越強。 （ 3）電流調整率（ SI） 電流調整率是指輸入電壓 Ui 恒定的情況下，負載電流 IL從零變到最大時，輸出電壓 UO的相對變化量的百分數(shù)，即 智能穩(wěn)壓電源設計 5 0001 0 0?????U iUUSOOI （ 13） 從（ 13） 可以看出， SI越小，說明電流的調整率越好。 （ 4） 紋波系數(shù)（ SO） 電源輸出電壓中，存在著紋波電壓，它是輸出電壓中包含的交流分量。如果紋波電壓太大，對音響設備可能產生雜音，對電視就可能產生圖像扭動、滾動干擾等。 輸出電壓中的交流分量的大小，常用紋波系數(shù) SO表示，即 UUS OmnO ? （ 14） 式中 Umn— 輸出電壓中交流分量基波最大值； Uo— 輸出電壓中 的直流分量。 由式（ 14） 可知， So越小說明紋波干擾越小。 （ 5）溫度系數(shù) 溫度系數(shù)是用來表示輸出電壓溫度的穩(wěn)定性。在輸入電壓Ui和輸出電流 Io 不變的情況下，由于環(huán)境溫度 T變化引起輸出電壓 Uo 的漂移量△ Uo，稱為溫度系數(shù) ST，即 00??????? IUTOiUS OT （ 15） 越小，說明電源輸出電壓隨溫度變化而產生的漂移量越小，電源工作就越穩(wěn)定。 穩(wěn)壓 電源的發(fā)展 隨著電子技術的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應用領域越來越廣泛，電子設備的種類也越來越多，電 子設備與人們的工作、生活的關系日益密切。任何電子設備都 6 離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。電子設備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。 傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調整穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術比較成熟，并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點。但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。由于調整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承 受較大的電壓差，導致調整管功耗 較大，電源效率很低，一般只有 45％ 左右 [4]。 另外，由于調整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調 整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設備發(fā)展的要求。 20 世紀 50 年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標，為搭載火箭開發(fā)了開關電源。在近半個多世紀的發(fā)展過程中，開關電源因具有