【正文】 //上半屏//chn_disp(tab)。 wr_lcd(m,0x30)。 wr_lcd(m,0x95)。 for(j=0。 for(i=0。i++) { a=(bamp。 SCLK_LOW。i++)//發(fā)送5個脈沖 { SCLK_HIGH。}/*寫子程序*/void wr_lcd (uchar D/At_m,uchar content){ uchar a,b=0x80。 for (i=0。j4。 /*清屏，地址指針指向00H*/ wr_lcd (m,0x06)。=~BIT1void wr_lcd (uchar D/At_m,uchar content)。在論文的寫作過程中我也學到了做任何事情都要以正確的態(tài)度去對待，要擺正自己的心態(tài)，做學問要一絲不茍，不要忽視工作學習中出現(xiàn)的任何問題和偏差，要嚴謹?shù)姆治鲞@些問題和偏差，要通過合理的途徑去解決，并且在做事情的過程中要有耐心和毅力，熟話說行百里者半九十，要想成功就不能朝三暮四半途而廢。特別是，我進入創(chuàng)新實驗室的兩年多，讓我的人生有了不同的軌跡。本文主要介紹了該數(shù)控線性穩(wěn)壓電源的變壓整流模塊、調(diào)整主電路模塊、反饋電路模塊、單片機控制模塊、液晶屏顯和鍵盤輸入模塊等電路模塊，并且本文還簡單的介紹了各個功能模塊的核心器件，比如整流模塊中的整流二極管1N4001，調(diào)整管IRFU020，基準電路中的TL431，單片機MSP430F169，鍵盤模塊HD7279，以及12864液晶的等。 各個模塊進行聯(lián)調(diào)及分析將整個系統(tǒng)連接好固定在相同的測試環(huán)境下，通過鍵盤輸入電壓設(shè)定值和電流限定值，在可接受時間范圍之內(nèi)，線性電源能夠輸出目標電壓值（其誤差大約在2%之內(nèi)）。鍵盤電路及12864顯示電路，經(jīng)測試44鍵盤的16個按鍵，在每個按鍵按下之后，都能正常顯示，而且每當按鍵按下之后，用萬用表測試電平正常。 各個功能模塊的測試單片機的最小系統(tǒng)板經(jīng)測試正常，單片機能夠正常工作。 上電保護在上電時，運放和MCU都還未正常供電時，整個電路狀態(tài)非常不確定，這是很容易輸出一個短暫的高壓脈沖出來，對負載可是個不小的沖擊，因此需要加入光耦U4構(gòu)成的調(diào)整管Ib電流開關(guān)電路，調(diào)整管關(guān)斷，輸出電壓為0V，MCU復位前I/O口是高阻狀態(tài)，光耦沒有驅(qū)動電流，輸出電壓也為0V，MCU復位后，進入正常工作后檢測來自91腳正常的交流電過零脈沖后才拉低光耦使能調(diào)整管的Ib電流，打開輸出。12V，而輸出范圍是1V~15V，如果內(nèi)部供電與主電路采用同一個變壓器的話將不能夠滿足運放的供電要求，因此內(nèi)部供電與輸出供電需要隔離開來。 復位電路MSP430F169單片機的58腳是復位輸入引腳，低電平觸發(fā)。 電流的A/D采集是通過同向放大器U5輸出經(jīng)過R37和C30構(gòu)成的RC濾波再送給MCU的A/D輸入端4腳的，也實現(xiàn)比較合理的匹配。 電壓負反饋電路 電壓負反饋電路MSP430F169內(nèi)部有雙通道12位D/A轉(zhuǎn)換器，分別由芯片的5腳和6腳輸出，12位的D/A輸入最大的數(shù)字量為4095，輸出電壓等于基準源電壓，那么當D/，每個LSB就是：，若電源需要達到0～15V的調(diào)節(jié)范圍輸出，實際需要0～（因為電阻誤差和運放失調(diào)電壓會產(chǎn)生偏離15V）的調(diào)節(jié)范圍，那我們就把此電源看做是一個電壓放大器，增益是：G = ，則需要我們通過配置運放的外部電阻就能滿足系統(tǒng)需要。該管參數(shù)為：PDM＝42W，ID＝15A，UDSS≥50V，完全可以滿足要求。根據(jù)第二章濾波電容選擇條件公式可知濾波電容的電容量為C=3~5T2/R （37）一般系數(shù)取5，由于市電頻率是50Hz，R為負載電阻。本次設(shè)計的輸出電壓最大值為15V，最大輸出電流為1A，當電網(wǎng)的電壓下降10％時，變壓器次級輸出的電壓應能保證后續(xù)電路正常工作，那么變壓器B次級輸出電壓UBOMIN應該是：UBOMIN＝（ΔUD＋UDS＋UOMAX）/ （31）UBOMIN＝（2V＋2V＋15V）/＝19V/＝則變壓器B次級額定電壓為：UBO＝UBOMIN/ （32）UBO＝＝當電網(wǎng)電壓上升10％時，變壓器B的輸出功率最大。這種方法是將一個采集串聯(lián)在負載回路的一個小電阻或者是用霍爾元件上的電壓信號，將此電壓信號與設(shè)定的限流值對應的參考電平進行比較，當采集到的電壓信號大于參考值時就采取動作，限制MOSFET的門極電壓，使電壓降低，電流不會繼續(xù)上升。綜上考慮，友好的人機界面以及更加豐富的信息顯示可以為使用者提供很大的方便，因此輸出顯示方案采用液晶顯示。每一個按鍵對應一個I/O口，采用此方案利于軟件進行編程，每一次輸入都是確定的按鍵的響應，速度相對矩陣鍵盤較快，實現(xiàn)方式較方便，但是這樣的連接方式會浪費大量的I/O口。適用于要求不高的小型電子設(shè)備上。此電路必須接在整流濾波電路之后，上端為正下端為負。硬件反饋速度極快，幾乎不會產(chǎn)生紋波，電壓調(diào)整率好，但是硬件反饋有一個致命的缺點：容易引起系統(tǒng)震蕩，設(shè)計時需要防止系統(tǒng)的震蕩。通過對比，我們選擇采用電容濾波方案。R1和C2越大濾波效果越好，但R1過大又會造成壓降過大，減小了輸出電壓。（b）所示。（3）流過每個二極管的負載電流僅為半波整流的一半。這種整流電路使用普通的變壓器，但是比全波整流多用了兩個整流二極管。 半波整流電路圖 半波整流電路波形圖設(shè)B1初級電壓為E，則理想狀態(tài)下負載R1兩端的電壓可用以下公式求出：UR1=2πE≈ （21）整流二極管D1承受的最大反向峰值電壓為：UD1=22 E≈ （22）由于半波整流電路只利用電源的正半周，電源的利用效率非常低，所以半波整流電路僅在高電壓、小電流等少數(shù)情況下使用，一般電源電路中很少使用。綜上三種設(shè)計方案，由于MSP430F169內(nèi)部集成兩個獨立的12位D/A，而且具有外部參考電壓，可以達到很高的精度與穩(wěn)定度，故選擇方案三。綜上兩個方案，經(jīng)過比較分析采用TI 公司的MSP430F169作為本次設(shè)計的控制芯片。3) 數(shù)字化在數(shù)字化的今天，數(shù)控電源不僅僅是局限在使用鍵盤輸入和數(shù)字顯示等方面，在傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源中，控制部分完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)依托于硬件電路，對硬件電路的要求比較高，而數(shù)字化的電源采用先進的控制算法，軟件可以實現(xiàn)濾波等功能，可以避免模擬信號的畸變失真、提高抗干擾能力、便于計算機處理控制、并大大增強了系統(tǒng)的容錯能力。另一方面雖然國內(nèi)的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的數(shù)控穩(wěn)壓電源也是在向著數(shù)字化方向靠攏，但是大多數(shù)還是僅局限于對預置輸入的查表控制與輸出的數(shù)字顯示，總體來講國內(nèi)的直流穩(wěn)壓電源在電源的可靠性、質(zhì)量、持續(xù)創(chuàng)新能力、智能化水平、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)工藝水平、檢測設(shè)備水平等方面還存在有10到15年的差距，尤其在直流穩(wěn)壓電源的智能化和網(wǎng)絡(luò)化的研究方面，我國還僅限于實驗室研究階段。智能化的數(shù)控穩(wěn)壓電源采用鍵盤控制，還能將電源的工作狀態(tài)、運行情況以及測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果實時通過屏幕顯示出來，使系統(tǒng)的工作狀態(tài)更加方便直觀，利于工作人員操作。第1章 數(shù)控線性穩(wěn)壓電源研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 選題的背景和意義 選題背景 常用的直流穩(wěn)壓電源按調(diào)整管的工作狀態(tài)一般可分為兩類，一類是比較簡單的電子設(shè)備中廣泛使用的線性穩(wěn)壓電源，比如教學實驗用電源、電解/電鍍用電源、收音機電源等；另一類是各種大功率的設(shè)備中廣泛使用的開關(guān)穩(wěn)壓電源，比如微型計算機適配器、大功率功放電源、常用的充電器等。計算機和通訊技術(shù)的發(fā)展，帶來了第三次科學技術(shù)革命，在給予電源技術(shù)廣闊的發(fā)展空間的同時也對電源的性能提出了更高的要求。整個系統(tǒng)的設(shè)計是以16位的MSP430單片機為核心，完成對數(shù)據(jù)的測量和處理，控制輸出電壓的變化，整個系統(tǒng)通過模擬仿真與實物測試分析，基本滿足了設(shè)計指標，取得了良好的效果。現(xiàn)在直流穩(wěn)壓電源越來越朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，因此研究數(shù)控直流穩(wěn)壓電源是很有必要的。 意義 采用單片機控制的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源是針對傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足而提出來的，它不僅能夠減少電源生產(chǎn)過程中的不確定因素（如阻值精度等）以及人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，更有效的解決了傳統(tǒng)電源模塊中諸如智能化程度低、可靠性低、不易控制、產(chǎn)品一致性低等一系列問題，極大地提高了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品可維護性。 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 研究現(xiàn)狀迄今為止，電源技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門比較完整的、自成體系的高科技體系技術(shù)，其中數(shù)控穩(wěn)壓電源是從十九世紀80年代才開始發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論也剛剛開始建立，這些理論為以后的發(fā)展提供了一個良好的基礎(chǔ)，在后來的一段時間內(nèi)，數(shù)控穩(wěn)壓電源技術(shù)有了很大的進步和發(fā)展，但是局限于當時的科學理論水平與制作工藝，產(chǎn)品存在數(shù)控程度低、控制精度達不到要求、可靠性與穩(wěn)定性低等一系列缺點，因此數(shù)控穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向主要是針對以上的幾個缺點進行不斷的改進和完善，隨著新的控制理論以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展，各種專用的集成電路的不斷研發(fā)與利用，單片機及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器得到了廣泛的使用，為后來數(shù)控穩(wěn)壓電源的發(fā)展提供了極大的便利條件，到了90年代，功率密度更是達到50W每立方英寸，到今天，大量的電源專用的芯片被廣泛采用，并出現(xiàn)了集成高精度的A/D、D/A與段碼液晶驅(qū)動的專門用于電能測量的單片機，這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的縮短了新產(chǎn)品的設(shè)計周期，更利于數(shù)控穩(wěn)壓電源的設(shè)計與研發(fā)。在智能化的今天，直流穩(wěn)壓電源實現(xiàn)智能化也是大勢所趨。方案二：采用MSP430單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。這種方法節(jié)省D/A資源，占用I/O少，但是不夠精確，穩(wěn)定性比較低，而且輸出電壓還受單片機電源電壓影響。B1的次級輸出電壓是一個方向及大小都隨時間變化的正弦波電壓，（a）所示，0～π期間是這個電壓的正半周，這時B1次級上端為正下端為負，二極管D1正向?qū)ǎ娫措妷杭拥截撦dR1上，負載R1中有電流通過；π～2π期間是初級電壓的負半周，這時B1次級上端為負下端為正，二極管D1反向截止，沒有電壓加到負載R1上，負載R1中沒有電流通過。在2π～3π、3π～4π等后續(xù)周期中重復上述過程，這樣電源正負兩個半周的電壓經(jīng)過DD2整流后分別加到R1兩端，這樣R1上得到的電壓總是上正下負，（d）所示。在脈動直流波形的上升段，電容C1充電，由于充電時間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動直流波形的下降段，電容C1放電，由于放電時間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。由于大容量濾波電容的廣泛使用，克服了濾波效果稍差的缺點，廣泛用于各類電源電路。電感濾波較差低大電源電路中較少使用。參考以上兩種方案，由于設(shè)計任務要求輸出電壓從較小的電壓起調(diào)，故電壓調(diào)整電路部分采用分立元件。方案一：并聯(lián)輸出負載和主電路的連接方式為并聯(lián)。并聯(lián)穩(wěn)壓電路的缺點：效率較低，特別是輕負載時，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調(diào)整管上。 簡易串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路圖簡易串聯(lián)穩(wěn)壓電源由于使用固定的基準電壓源D1，所以當需要改變輸出電壓時只有更換穩(wěn)壓管D1，這樣調(diào)整輸出電壓非常不方便，但是相對并聯(lián)輸出方式，它具有空載時的空載電流小、更高的穩(wěn)定性和控制精度、電壓調(diào)節(jié)范圍廣，適用于對電源要求較高的中小型電子儀器設(shè)備上。數(shù)碼管顯示的可視角度寬，顯示明顯，價格便宜，缺點：顯示信息較少，界面呆板，電路設(shè)計復雜，而且會占用較多的I/O口或者需要獨立的控制芯片。當負載電流增大，達到設(shè)定值Imax，使得R上的壓降V達到Imax R=，則Q1導通，使電容器C1充電，其充電時間常數(shù)t=R2C1，對電容快速充電，電容電壓上升，達到一定時間后電容電壓使Q2導通，通過Q2的集電極輸出一個使能信號，當過載現(xiàn)象解除后，電路可以自動恢復到正常工作狀。 變壓器部分這一部分主要計算變壓器B次級輸出電壓UB以及變壓器的輸出功率PB。在一個電源周期中，輸出電流有兩個波頭，分別流過D1～D4，反過來說流過某個二極管的電流只是輸出電流兩個波頭中的一個，故任意一個整流管的最大整流電流為：IDMAX＝IOMAX （35）IDMAX＝1A＝考慮到取樣和放大部分的電流，可選取最大電流IDMAX為1A。當負載電流最大時最大允許漏極電流ID為：ID＝IOMAX＝1A考慮到放大取樣電路需要消耗少量電流，同時留有一定余量。由上面分析可以知道，雖然引入負反饋后，犧牲了放大電路的閉環(huán)增益，但與放大電路性能的改善相比還是值得的。 電流負反饋電路 電流負反饋電路MSP430的另一路D/A從6腳輸出，通過R36和C29組成的RC濾波濾掉D/A輸出中的紋波，通過R23送給運放U6的同向輸入端，運放U5構(gòu)成一個同向放大器，增益是（1+58K/20K）= 放大的信號是電流采樣電阻R7上面的電壓，放大后的電壓通過R32送給U5的反向輸入端，那么運放U5和運放U6以及外部電阻構(gòu)成了電流反饋式放大器，這個放大器的輸出也同時驅(qū)動調(diào)