【正文】 9P B 7 (X T A L 2 /T O S C 2 )10P D 0 (R X D )2P D 1 (T X D )3P D 2 (IN T 0 )4P D 3 (IN T 1 )5P D 4 (X C K /T 0 )6P D 5 (T 1 )11P D 6 (A IN 0 )12P D 7 (A IN 1 )13GND8VCC7A V C C20A R E F 2 121G N D22(A D C 0 )P C 023(A D C 1 )P C 124(A D C 2 )P C 225(A D C 3 )P C 326(A D C 4 /S D A )P C 427(A D C 5 /S C L )P C 528(R E S E T )P C 61 Atmega8 的引腳說(shuō)明如下： 數(shù)字電路電源。但是采用的封裝為小引腳（ DIP 28 和 TQFP/MLF32），因此其價(jià)格較便宜，并且 AVR 單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)自帶的可編程特性，使得不需要購(gòu)買(mǎi)昂貴的編程器和仿真器亦可以進(jìn)行單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，同時(shí) ，也是為單片機(jī)的初學(xué)者提供了非常方便以及簡(jiǎn)捷的學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)環(huán)境。工頻的交流電經(jīng)過(guò)變壓器降壓，再經(jīng)過(guò)整流濾波電路將輸出電壓分成了兩路，其中的一路電壓通過(guò)穩(wěn)壓與濾波電路輸出+5V的電壓以提供給單片機(jī)，而另一路電壓則作為開(kāi)關(guān)變換部分的輸入電壓。 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)的擴(kuò)展 A/D 和 D/A 芯片，單片機(jī)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換芯片不斷的檢測(cè)電源的輸出電壓值，再根據(jù)電源輸出的電壓值與設(shè)定值的差值調(diào)整 PWM 脈寬，然后通過(guò) D/A 芯片輸出一個(gè)基準(zhǔn)的電壓值，從而控制專門(mén)的 PWM 控制芯片，間接地控制電源工作。 近年來(lái)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展速度越來(lái)越快，而且其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 目前電子設(shè)備的日益小型化更需要供電電源的小型化，因此，制作小型化電源是未來(lái)電源制作發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源線路一般都是很復(fù)雜體積也比較大，如果使用的單片機(jī)作為控制核心， 那么必將可以大大地簡(jiǎn)化電源的結(jié)構(gòu)，為制作更加小的電源提供很大的可能，并且，使用單片機(jī)可以擴(kuò)展出許多的功能，如顯示、可維護(hù)性強(qiáng)、實(shí)時(shí)控制調(diào)整電壓。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與微電子技術(shù)、電機(jī)工程、材料科學(xué)、現(xiàn)代控制理論等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。單片機(jī)可以通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)改變輸出電壓的大小，從而修改 PWM波的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。 因此，能否設(shè)計(jì)出性能良好的電源是電子設(shè)備是 否能夠高效、可靠運(yùn)行的一個(gè)基本保障。 關(guān)鍵詞 ：開(kāi)關(guān)電源 單片機(jī) 電壓可調(diào) 電壓顯示 The Design and Implementation of Switching Power Supply Based on MCU Abstract To electronic equipments, power is a indispensable function module. It is the energy source of all sort of electric equipment . And the performance of the power influences the technical characteristics and reliability of the electronic equipment. Therefore, it is the basic of the electronic equipments’ efficient and reliable operation that if we can design the good power or not. This design makes a power whose output voltage can be adjusted based on Atmega8 MCU as a main controller,. The system can not only preset the output voltage but also adjust the output voltage, and it has functions such as the flow protection, short circuit protection and digital pipe display. This thesis is about that PWM waves generated by MCU can control the hige power tube. It can test the output voltage through MCU integrated AD converter, and get error signals by parison of preset voltage, and stabilize voltage by calling adjustment function. MCU can change the size of the output voltage through the keyboard modifying the PWM waves’ buty cycle. Switch power’s output voltage and output current can be show through the digital tube, and it can be show by the digital when the line shortcircuited or overload happened. The switch power has a good effect to stabilize the voltage, high efficiency, and its output voltage can be adjusted, and its response speed is high. Key words: Switching power 。所以，不僅電源技術(shù)其本身是一項(xiàng)高新的技術(shù)，亦為其他多項(xiàng)高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。 開(kāi)關(guān)電源的效率往往是與 開(kāi)關(guān)管的變換速度成正比的，要進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)電源的效率，就必須要提高電源的工作頻率。開(kāi)關(guān)電源的核心部分是一個(gè)直流變換器，利用直流變換器把一種直流電壓變換為極性以及數(shù)值不同的多種直流電壓。 方案一分析：?jiǎn)纹瑱C(jī)加入了反饋控制，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，但是由于單片機(jī)還需要擴(kuò)展 A/D 轉(zhuǎn)換 和 D/A 轉(zhuǎn)換 芯片，而且還是需要專門(mén)的 PWM 控制芯片，成本很高，不宜采用。而開(kāi)關(guān)變換器采用工字型電感作為儲(chǔ)能元件，在功率管導(dǎo)通的時(shí)候，電感會(huì)儲(chǔ)存能量，在功率管關(guān)斷時(shí)，電感釋放其所存儲(chǔ)的電能供給負(fù)載。 AVR 單片機(jī)核心部分是將 32 個(gè)工作寄存器以及豐富的指令集聯(lián)結(jié)到一起，所有的工作寄存器均與 ALU（算術(shù)邏輯單元）直接相連 ，從而實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)僅執(zhí)行一條指令，并且與此同時(shí)訪問(wèn)（讀寫(xiě)）兩個(gè)獨(dú)立的寄存器的操作。而其輸出緩沖器具有對(duì)稱驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。而在復(fù)位的過(guò)程中，即使系統(tǒng)的時(shí)鐘還沒(méi)有起振，端口 C 也是 處于高阻狀態(tài)。而在復(fù)位的過(guò)程當(dāng)中，即便系統(tǒng)時(shí)鐘還沒(méi)有起振，端口 D 則 處于高阻狀態(tài)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 Atmega8 的 I/O 口的輸入輸出都是通過(guò)對(duì)其 I/O 口的配置而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)引腳配置為輸出時(shí)，假設(shè) PORTxn 為 1，引腳會(huì)輸出高電平，假如 PORTxn 為 0，引腳會(huì)輸出低電平；當(dāng)引腳的配置為輸入時(shí)，若 PORTxn 為 1，上拉電阻將使能，如果想要關(guān)閉這個(gè)上 拉電阻，可以將 PORTxn 位清零，或者經(jīng)過(guò)這個(gè)引腳配置作為輸出，即使此時(shí)并沒(méi)有時(shí)鐘在運(yùn)行，復(fù)位時(shí)各引腳為高阻態(tài)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)形式輸出來(lái)。絕對(duì)誤差是一個(gè)數(shù)字量實(shí)際模擬輸入電壓和理想模擬輸入電壓之差的最大值，通常以數(shù)字量最小有效位（ LSB）的分?jǐn)?shù)值來(lái)表示。輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果指數(shù)字輸出信號(hào)。 ADC 的電壓參考源如表 34 所示。在 “ 左端對(duì)齊 ” 和 “ 右端對(duì)齊 ” 兩種格式下， ADC 中數(shù)字量的存放形式 如表38 和表 39 所示。 (2)ADSC(位 6) ADSC 名為 ADC 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換位。 (4)ADIF(位 4) ADIF 被 稱為 ADC(完成 )中斷標(biāo)志位，是一個(gè)狀態(tài)位，用于指示當(dāng)前 ADC 中斷是否存在。 T/C1 控制寄存器 A和控制寄存器 B如表 310 和表 311 所示。 OCR1B 以及 OCR1A 的情況類似，當(dāng) OCR1B 的值和 TCNT1 的實(shí)時(shí)值比較相等時(shí)，也會(huì)將 TIFR中的 OCF1B(T/C1 輸出比較匹配 B中斷標(biāo)志位 ) 置位以及向單片機(jī)請(qǐng)求一次中斷，亦會(huì)在 OC1B(PB2)引腳上產(chǎn)生相應(yīng)波形 。 功率開(kāi)關(guān)管采用 B834，當(dāng)控制脈沖是低電平時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管為導(dǎo)通狀態(tài)，電流流過(guò)電感，電感將會(huì)存儲(chǔ)能量，功率開(kāi)關(guān)管把電路的輸入電壓轉(zhuǎn)換為高頻脈沖，當(dāng)控制脈沖是高電平時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管為截止?fàn)顟B(tài)，電感把所存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)給負(fù)載。 單片機(jī) 工作時(shí)，在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下一 步 一 步 的進(jìn)行，這個(gè)脈沖是由單片機(jī)控制器中的時(shí)序電路發(fā)出的。 Atmega8 單片機(jī)為低電平復(fù)位 ，在 單片機(jī)剛上電之時(shí) ， 由于電容充電 ， 使此支路導(dǎo)通 ， 將復(fù)位引腳電平拉低，當(dāng)電容充電的電壓大于其復(fù)位所需的門(mén)限電壓時(shí)，復(fù)位引 腳 接高電平，此時(shí)復(fù)位已完成，為上電復(fù)位。通過(guò)程序的控制不斷循環(huán)輸出相應(yīng)的段選碼和位選碼，由于人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，就可以獲得視覺(jué)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。 如圖 45 是一個(gè) 4 位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的電路。外接晶振時(shí)， 兩個(gè)電容的 值通常選 22pF 左右 ，電容值 對(duì)頻率 具 有微調(diào) 的 作用。輸出濾波電感是能夠保證電流不產(chǎn)生斷續(xù)，而且可以起到濾波作用。但是二極管不能直接連到電源的兩端，而是應(yīng)再串聯(lián)一個(gè)電阻，起到限流作用。在反向比較匹配 (COM1? 1: COM1? 0=3)模式下，如果正向加 1過(guò)程中 TCNT1 的計(jì)數(shù)值和 OCR1A/OCR1B 輸出比較值相同匹配，則 OC1A/OC1B被置位， OC1A/OC1B 引腳輸出為高電平；如果反向減 1 過(guò)程中 TCNT1 的計(jì)數(shù)值和OC1A/OC1B 輸出比較相同，則 OC1A/OC1B 被置零， OC1A/OC1B 引腳輸出低電平。一旦 ADIF=1，而且 ADIE 和 SREG 的位 I 也被置為 1，則單片機(jī)便會(huì)響應(yīng)中斷從而進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行。強(qiáng)制寫(xiě) 0 無(wú)效。用戶可以通過(guò) IN/OUT 指令對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)，也可對(duì)其中的每一位進(jìn)行位尋址。 (3)MUX3～ MUX0(位 3～位 0) MUX3～ MUX0 稱為 ADC 模擬通道選擇位，用于設(shè)定 ADC7～ ADC0、 BGV 和GND 中哪一路模擬電壓被 A/D 轉(zhuǎn)換，選擇關(guān)系如表 35 所示。 多工選擇寄存器 (ADMUX) ADMUX 是 多路復(fù)用選擇寄存器，也是單片機(jī) 64 個(gè) I/O 寄存器之一 ， ADMUX各位定義如表 33 所示。減小功耗可以減小系統(tǒng)重量，提高電池的使用時(shí)間。 ADC 的性能如何取決于它的指標(biāo)數(shù)， ADC 共 有 6 個(gè)主要指標(biāo)：分辨率、轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間、功耗、采樣頻率、數(shù)據(jù)輸出速率。而且利用模擬比較器可以監(jiān)測(cè)模擬信號(hào)變化情況 [1]。其中， PINX由 n 位 PINXn 拼裝而成； PORTX 由 n 位 PORTXn 拼裝而成； DDRX 由 n 位 DDXn構(gòu)成。 7. CCAV CCAV 是端口 C(3..0) 、 ADC(7..6)及 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的電源。持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度超過(guò)最小門(mén)限的時(shí)間長(zhǎng)度的低電平將會(huì)引起系統(tǒng)的復(fù)位，如果持續(xù)時(shí)間不超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平，則不能夠保證單片機(jī)復(fù)位的可靠。通過(guò)時(shí)鐘來(lái)選擇熔絲位設(shè)置， PB7 可以作為反方向振蕩放大器輸出端。本設(shè)計(jì)中所用到的單片機(jī)就是28 引腳的雙列直插式的其引腳圖如圖 31 所示。在 AVR 的大 家族中， Atmega8 是一種非常特殊的單片機(jī)它的芯片內(nèi)集成的存儲(chǔ)器容量較大及硬件接口電路豐富強(qiáng)大，具有 AVR 單片機(jī) MEGE 系列的全部性能以及特點(diǎn)。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工作原理如圖 22 所示。 圖 2 1 開(kāi)關(guān)電源原理框圖 開(kāi)關(guān)電源方案選擇與論證 從對(duì)電源輸出的控制來(lái)說(shuō)，單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)電源，可以有以下幾種方案。雖然也可以采取一些抑制干擾的措施，在一定程度上降低這些干擾的影響，但是目前階段的精密電子儀器中，仍然難以使用開(kāi)關(guān)電源，因此，克服開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的各種噪聲干擾，是我們要努力解決的第三個(gè)問(wèn)題。 本文研究的單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)電源，可以通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置期望的輸出電壓值，通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸出的電壓值進(jìn)行采樣，由軟件控制單片機(jī)輸出相應(yīng)占空比的脈沖寬度，對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行脈寬調(diào)制，輸出預(yù)期的電壓值，并采用調(diào)節(jié)函數(shù)控制輸出電壓穩(wěn)定，構(gòu)成可輸出 1V到 14V的可調(diào)電壓，并顯示實(shí)時(shí)電壓和預(yù)置值。它對(duì)電子儀器、工業(yè)自動(dòng)化、現(xiàn)代通訊、計(jì)算機(jī)、國(guó)防、電力工程以及某些高新技術(shù)提供高效率、高質(zhì)量、高可靠性的電源起著關(guān)鍵性的作用。通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部集成的 AD 轉(zhuǎn)換器檢測(cè)輸出電壓，并和預(yù)置電壓進(jìn)行比較得到誤差信號(hào)，調(diào)用調(diào)節(jié)函數(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。 本設(shè)計(jì)是