【正文】 出電壓范圍是 0～15V，具有很高的使用價(jià)值。這樣, 當(dāng)輸出電壓需要精確輸出, 或需要在一個(gè)小范圍內(nèi)改變時(shí) (如 1. 05～ 1. 07V ) ,困難就較大。但在實(shí)際生活中，都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn),現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的工控產(chǎn)品均需要有低紋波、寬調(diào)整范圍的高壓電源,特別是在一些高能物理領(lǐng)域 ,急需電腦或單片機(jī)控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。 由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運(yùn)行最優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電源 ”的新產(chǎn)品。針對(duì)以上問(wèn)題, 我設(shè)計(jì)了一套以單片機(jī)為核心的智能化直流電源。本課題研究一種以單片機(jī)為核心的智能化高精度簡(jiǎn)易直流電源的設(shè)計(jì), 該電源采用數(shù)字調(diào)節(jié)、閉環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)控、輸出精度高, 且兼?zhèn)潆p重過(guò)載保護(hù)功能, 特別適用于各種有較高精度要求的場(chǎng)合。當(dāng)正向電壓超過(guò)一定數(shù)值后，內(nèi)電場(chǎng)大大削弱，電流增長(zhǎng)很快。反向電流有兩個(gè)特點(diǎn)：一是它隨溫度的上升增長(zhǎng)很快；一是在反向電壓不超過(guò)某一范圍時(shí)，反向電流的大小基本恒定。二極管被擊穿后，一般不能恢復(fù)原來(lái)的性能，便失效了。2 反向工作峰值電壓它是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。 半導(dǎo)體三極管 三級(jí)管工作原理半導(dǎo)體三極管（簡(jiǎn)稱晶體管）是最重要的一種半導(dǎo)體器件。每一類都分成基區(qū)、發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，分別引出基極 B、發(fā)射極 E 和集電極 C。在放大區(qū)，Ic=βIB。IB=0 時(shí)，Ic=ICEO。在飽和區(qū)，IB 的變化對(duì) Ic 的影響較小 ，兩者不成正比，放大區(qū)的 β 不能適用于飽和區(qū)。集射極反向截止電流 ICEOICEO 是當(dāng) IB=0（將基極開路） 、集電結(jié)處于反向偏置和發(fā)射結(jié)處于正向偏置時(shí)的集電極電流。當(dāng)晶體管因受熱而引起參數(shù)變化不超過(guò)允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率，稱為集電極最大允許耗散功率 PCM。 集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)放一般由偏置電路、輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)四部分組成。（3）中間級(jí)：采用一至兩級(jí)直接耦合放大器，提供足夠的電壓放大倍數(shù)。必須使用電容器的場(chǎng)合，也大多采用外接的辦法。三、在集成電路中，比較適合的阻值大致為 100Ω～30kΩ。 正確選擇集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種器件。 實(shí)際選擇集成運(yùn)放時(shí),除優(yōu)值系數(shù)要考慮之外,還應(yīng)考慮其他因素。 四運(yùn)放集成電路 LM324LM324 是四運(yùn)放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖 1－2所示。LM324 的引腳排列見圖 12。這里我們介紹一種她的典型應(yīng)用電路數(shù)字電壓表的制作。 ICL7107 引腳及各引腳的功能ICL7107 型 A/D 轉(zhuǎn)換器是把模擬電路與數(shù)字電路集成在一塊芯片上的大規(guī)模的 CMOS 集成電路，它具有功耗低、輸入阻抗高、躁聲低，能直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極 LED顯示器，不需另加驅(qū)動(dòng)器件，使轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)化等特點(diǎn)。該端經(jīng) 500Ω 電阻接至邏輯線路的公共地。R2 使基準(zhǔn)電壓 V=1V（3） RC3 為輸入端阻容濾波電路，以提高電壓表的抗干擾能力，并能增強(qiáng)它的過(guò)載能力。（7） 芯片本身功耗小于 15mW（不包括 LED） ，能直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極的 LED 顯示器，不需要另加驅(qū)動(dòng)器件，在正常亮度下每個(gè)數(shù)碼管的全亮筆畫電流大約為40～50mA。許多廠家會(huì)在第一腳旁邊打上一個(gè)小圓點(diǎn)作為標(biāo)記。第 36 腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是 100mV，第 26 引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的，在 －3V 至 －5V 都認(rèn)為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，它們是 ,47K, 阻容網(wǎng)絡(luò)，這三個(gè)元件屬于芯片工作的積分網(wǎng)絡(luò)，不能使用瓷片電容。比較常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等電路來(lái)得到，這樣需要增加硬件成本。 ，也沒(méi)有“短路”或者“開路”故障，那么，電路就應(yīng)該可以正常工作了。這個(gè)測(cè)試是看看芯片的比例讀數(shù)轉(zhuǎn)換情況，與基準(zhǔn)電壓具體是多少 mV 無(wú)關(guān)，也無(wú)法在外部進(jìn)行調(diào)整這個(gè)讀數(shù)。 量程了。 圖 14 LED 數(shù)碼管LED 數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共型兩大類，如圖 14 示b、c 所示。共陰型是將各數(shù)碼發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起，作為公共端 COM 接地，某筆段通過(guò)限流電阻接高電平時(shí)發(fā)光。 LED 數(shù)碼管顯示方式和典型應(yīng)用電路LED 數(shù)碼管顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式編程較簡(jiǎn)單，但占用 I/O 口線多，即軟件簡(jiǎn)單、硬件成本高，一般適用顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。因此，要想顯示不同的內(nèi)容。同樣在下一瞬時(shí)，單獨(dú)顯示下一樣，這樣依次輪流顯示，循環(huán)掃描。輸入只有兩個(gè)信號(hào)，它們是串行數(shù)據(jù)線 DIN 和移位信號(hào) CLK。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等，變壓器常用的鐵心形狀一般有 E 型和 C 型鐵心。如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流 I2，并因此而產(chǎn)生磁通 ф2，ф2的方向與 ф1 相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓 E1 減少，其結(jié)果使 I1 增大，可見初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。 變壓器的損耗當(dāng)變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個(gè)旋渦所以稱為“渦流 ”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片，變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度 B 來(lái)表示，一般黑鐵片的 B 值為 60008000、低硅片為900011000，高硅片為 1202216000，2 繞制變壓器通常用的材料有 漆包線，沙包線，絲包線，最常用的漆包線。 4 浸漬材料：變壓器繞制好后，還要過(guò)最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長(zhǎng)使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。例如:單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合后簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制智能化，成為新一代的機(jī)、電一體化產(chǎn)品。另一種是采用和 PC 機(jī)（Von Neumann）類似的原理，對(duì)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不作邏輯上的區(qū)分， 即普林斯頓（ Princeton）用來(lái)存放用戶程序，可分為 EPROM、OTP、ROM 和FLASH 等類。Flash 型（閃速型）單片機(jī)允許用戶使用編程工具或在線快速修改程序代碼，且可反復(fù)使用，故一推出就受到廣大用戶的歡迎。中央處理器（CPU）:是單片機(jī)的核心單元，通常由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件 ALU 和控制部件構(gòu)成。I/O 是單片機(jī)的重要資源，也是衡量單片機(jī)功能的重要指標(biāo)之一。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）:單片機(jī)內(nèi)部用于精確定時(shí)或?qū)ν獠渴录ㄝ斎胄盘?hào)如脈沖）進(jìn)行計(jì)數(shù)，有的單片機(jī)內(nèi)部有多個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。(1) 按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：家用類、工控類、通信類、個(gè)人信息終端等。(1) MASKROM 類：程序在芯片封裝過(guò)程中掩膜工藝制作到 ROM 區(qū)中，如80C51，適合大批生產(chǎn)。(5) FlashROM（MTPROM）類：可多次編程寫入的存儲(chǔ)器，如 89C589C52，其成本低開發(fā)調(diào)試方便，在惡劣環(huán)境下可靠性不及 OTPROM 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī) SCM，即 MicroController，是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。利用單片機(jī)來(lái)構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。Intel 公司的單片機(jī)是目前世界上一種獨(dú)具特色而性能卓越的單片機(jī)。常用的 MCS51 這個(gè)術(shù)語(yǔ)，泛指以 8051 為內(nèi)核的單片機(jī)。 (3) 可以尋址 64KB 的片外程序存儲(chǔ)器。(7) 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。(11) 有布爾處理（位操作）能力。各部分通過(guò)內(nèi)部總線連接。圖 22 MCS51 系列單片機(jī)引腳圖(1) 主電源引腳VCC：電源端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)于 CHMOS 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。(3) 或與其他電源復(fù)用引腳 RESET/VPD，ALE/ ， ， /VPPPROGSENARESET/VPD：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位；VCC 掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失；當(dāng) VCC 掉到低于規(guī)定水平，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍（ 5+ 或 5）內(nèi)，VPD 向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一條 MOVX 或 MOVC 指令期間，ALE 才會(huì)被激活。但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 信號(hào)將不出現(xiàn)。(4) 輸出引腳 ～，～，～ 和 ～。P1 口（～）：P1 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口（～）：P3 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。(1) CPU：是單片機(jī)的核心部分，它的作用是讀入和分析每條指令，根據(jù)每條指令的功能要求，控制各個(gè)部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。(2) 存儲(chǔ)器：MCS51 系列單片機(jī)在物理上有 4 個(gè)存儲(chǔ)空間，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。實(shí)際上它們就是特殊功能寄存器中的 4 個(gè)。 DAC0832 介紹DAC0832 是一款能夠?qū)?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)的芯片，它是 8 位分辨率 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片，與處理器完全兼容，其價(jià)格低廉，接口簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1μs，滿量程誤差為177。此后，當(dāng) /WR1 由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)成為低電平，此時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù) DB 的變化而變化。(3)、IOUT2 ：模擬電流輸出端 2， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個(gè)常數(shù)，即IOUT1＋I(xiàn)OUT2＝常數(shù)。(6)、Vcc ：芯片供電電壓，范圍為(+5～15)V。例如在構(gòu)成波形發(fā)生器的場(chǎng)合，就要用到這種方式，即把要產(chǎn)生基本波形的數(shù)據(jù)存在 ROM 中，連續(xù)取出送到 DAC 去轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。需在程序的控制下，先把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸入輸入緩存器，然后在某個(gè)時(shí)刻再啟動(dòng) D/A 轉(zhuǎn)換。 DAC0832 的應(yīng)用圖 25 為單片機(jī)和 DAC0832 直通方式輸出連接圖，運(yùn)放輸出電路輸出電壓為 UOUT＝－(D/256)*VREF, 例如上圖中向 DAC0832 傳送的 8 位數(shù)據(jù)量40H(01000000B), 則輸出電壓 UOUT=－(64/256)*5V= －，其輸出過(guò)程可用MOV P1 , 40H 一條指令完成?？驁D如圖 31 所示。圖 32 方案 2 方案 3 此方案的控制部分采用 8051 單片機(jī)，輸出部分是在 D/A 轉(zhuǎn)換之后，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定的功率放大而得到，因?yàn)槭褂昧藛纹瑱C(jī)，整個(gè)系統(tǒng)可編程，使得系統(tǒng)靈活性大大增加。（2）輸出部分方案一、二中采用線形調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出步進(jìn)增加/減小。方案三中采用三位半的模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ICL7107，直接對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一但系統(tǒng)工作異常出現(xiàn)預(yù)置值與輸出值偏差過(guò)大，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)該信號(hào)予以處理（4）補(bǔ)充說(shuō)明如前所述，雖然方案三比前兩者有許多優(yōu)點(diǎn)，但方案一、二對(duì)于完成本設(shè)計(jì)并非不可行，而且在某些方面（比如電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等）還具有自己的優(yōu)勢(shì)。在輸出前先對(duì)輸出電壓采樣后與參考電壓比較在經(jīng)過(guò)反饋放大來(lái)控制穩(wěn)壓管從而最終锝到所需要的 0～15V 的電壓。 主要單元電路的設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源是由不同模塊的電路組成的，每個(gè)模塊的電路可以獨(dú)立為一個(gè)小的單元。在電壓 u 的負(fù)半周時(shí)，變壓器副邊的極性為上負(fù)下正，即 b 點(diǎn)的電位高于 a點(diǎn)。電容濾波器是根據(jù)電容器的端電壓在電路狀態(tài)改變時(shí)不能躍變的道理制成的。電源電壓 U 達(dá)到最大值，Uc 也達(dá)到最大值。在空載（RL=∞）和忽略二極管正向壓降的情況下，Uo=，U 是圖中變壓器副邊電壓的有效值。RLC 大一些，脈動(dòng)就小一些。） ，但在一個(gè)周期內(nèi)電容器的充電電荷等于放電電荷，即通過(guò)電容器的電流平均值為零，可見在二極管導(dǎo)通期間其電流 iD 的平均近似等于負(fù)載電流的平均值 Io，因此 iD 的峰值必然較大，產(chǎn)生電流沖擊，容易使管子損壞，因而在選擇二極管時(shí)要考慮到這點(diǎn)。 串聯(lián)穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。直流穩(wěn)壓電源其整流部分為單相橋式整流，電容濾波電路。當(dāng)輸出電流過(guò)大或發(fā)生短路時(shí)，調(diào)整管會(huì)因電流過(guò)大或電壓過(guò)高而損壞，所以需要對(duì)調(diào)整管加以保護(hù)。 圖 43 串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源框圖從方框圖中可以看出，輸入電壓 經(jīng)過(guò)調(diào)整元件調(diào)節(jié)之后，變成穩(wěn)定的輸出iU電壓 ，其執(zhí)行動(dòng)作是在誤差比較放大器的控制下進(jìn)行的。假如由于負(fù)載電阻 減小，使輸出電壓 有所降低，調(diào)整LRoU元件的動(dòng)態(tài)電阻便會(huì)自動(dòng)變小，從而使調(diào)整元件兩端的壓降降低，確保輸出電壓趨于原來(lái)的數(shù)值。這種穩(wěn)壓器只有輸入端 輸出端 2 和公共端 3 三個(gè)引出端，故也稱為三端集成穩(wěn)壓器。Ci 一般在 ～1uF 之間；Co可用 1uF。12V 產(chǎn)生電路主要是由 LM7812 和 LM7912 組成的，其中 LM7812 可以產(chǎn)生+12V 的電壓、LM7912 可以產(chǎn)。