【正文】 10 年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz ? 三級程序存儲器鎖定 ? 1288 位內(nèi)部 RAM ? 32 可編程 I/O 線 ? 兩個 16 位 定時器 /計數(shù)器 ? 5 個中斷源 ? 可編程串行通道 ? 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計 29 鎖存器 74LS573 原理： 74LS573 的八個鎖存器都是透明的 D 型鎖存器，當(dāng)使能（ G）為高時，Q 輸出將隨數(shù)據(jù)（ D）輸入而變。電路先對被測的輸入電壓 Vx 進(jìn)行固定時間 (T0)的正向積分，然后控制邏輯將積分器的輸入端通過電子開關(guān)接參考電壓 Vr，由于參考電壓與輸入電壓反向且參考電壓值是恒定的，所以反向積分的斜率是固定的，從反向積分開始到結(jié)束，對參考電壓進(jìn)行反向積分的時間 T,正比于輸入電壓。和 CRT 顯示器 相比， LCD 的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。色彩表現(xiàn)和飽和度LCD 顯示器都在不同程度上輸給了 CRT 顯示器，而且液晶顯示器的響應(yīng)時間也比CRT 顯示器長，當(dāng)畫面靜止的時候還可以，一旦用于玩游戲、看影碟這些畫面更 32 新速度塊而劇烈的顯示時，液晶顯示器的弱點(diǎn)就暴露出來了，畫面延遲會產(chǎn)生重影、脫尾等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響顯示質(zhì)量。鍵盤按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。設(shè)計采用的是矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)按鍵，其電路圖如圖 313 所示： 圖 313 鍵盤接口電路 34 第四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 控制程序采用 C 語言模塊化結(jié)構(gòu)。 suo_c=1。 while(1) { suo_c=0。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)智能穩(wěn)壓電源設(shè)計 33 別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。 (2)非編碼鍵盤 :只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如 :鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用 CPU 較多時間。體積小、能耗低也是 CRT 顯示器無法比擬的，一般一臺 15寸 LCD 顯示器的耗電量也就相當(dāng)于 17 寸純平 CRT 顯示器的三分之一。 LCD 液晶顯示電路 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計 31 LCD 液晶顯示電路設(shè)計 從圖 312 可看出， LCD 中 1 腳和 16 腳接地， 2腳電源接 5V,15 腳背光電源接5V，如果需節(jié)能可不接背光電源。 1. 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器工 作原理 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器采用間接測量的方法，它將被測電壓轉(zhuǎn)換成時間常數(shù) T，雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)，積分器，比較器，計數(shù)器和控制邏輯等部分組成 [14]。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。ILECSWR1WR2XFERLE1 LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC 圖 38 DAC0832 原理框圖 當(dāng) WR2 和 XFER 同時有效時， 8 位 DAC 寄存器端為高電平“ 1”，此時 DAC寄存器的輸出端 Q 跟隨輸入端 D 也就是輸入寄存器 Q 端的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“ 0”時，第一級 8 位輸入寄存器 Q 端的狀態(tài)則鎖存到第二級 8 位DAC 寄存器中，以便第三級 8 位 DAC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換 [9]。 主要參數(shù)如下： ? 輸入偏置電流 45 nA ? 輸入失調(diào)電流 50 nA ? 輸入失調(diào)電壓 ? 輸入共模電壓最大值 VCC~ V ? 共模抑制比 80dB ? 電源抑制比 100dB DAC0832 模塊電路 D/A 轉(zhuǎn)化器的作用是 將數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬信號，經(jīng)放大及驅(qū)動加到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，對被控制對象實(shí)施控制。 一177。 24 AD 轉(zhuǎn)換中可能出現(xiàn)誤差，為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，該部分電路采用閉環(huán)控制方式，對輸出進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。二級管 D20 D202 的額定電 22 流值應(yīng)大于負(fù)載電流的 倍，考慮到負(fù)載短路的情況，二級管的額定電流值應(yīng)大于 LM2576 的最大電流限制，二極管反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓 倍，所以此處選用 SB540。 UC3842 還包括過壓、欠壓保護(hù)電路，當(dāng)供電電源電壓低于 10V 時，芯片停止 工作。假如由于某種原因使輸出電壓升高時，脈寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬度，亦即占空比 D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的 ，反之亦然。若要使輸出關(guān)斷，可以將引腳 3上的電壓升到 1V以上，通過電流測定比較器將輸出關(guān)斷。 振蕩器的振蕩頻率由引腳 8 和引腳 4之間的電阻器 R402，引腳 4到地的電容器 C404來決定。電壓調(diào)整率可達(dá)到 104 量級。電容是一個能儲存電荷的元件。 接著通過濾波穩(wěn)壓電路分別得到 15V/+15V 和 5V/+5V 兩組固定輸出電壓，可調(diào)輸出電路是通過鍵盤輸入，經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后控制 DA 轉(zhuǎn)換器輸出對應(yīng)的電壓信號，因?yàn)?LM2576ADJ 輸出 Vo=（ 1+Vadj） *。這類芯片很多，如東芝公司的八位單片機(jī) TMP88CK49/CM49,Motorola 公司的八位單片機(jī) MC68HC708MP16,Intel 公司的 16 位微處理器 8XC196MC。數(shù)字化的 PWM 控制芯片相對模擬 PWM 控制芯片 (如 TL494,SG3525,UC3844 等 )，因其抗干擾、抗溫漂等方面的優(yōu)點(diǎn)成為主流產(chǎn)品 [7]。最常用的用途應(yīng)該是屬于訊號放大這一方面，其次是 阻抗匹配 、訊號轉(zhuǎn)換等，晶體管在電路中是個很重要的組 件，許多精密的組件主要都是由晶體管制成的。 開關(guān)電源器件 開關(guān)晶體管 開關(guān)晶體管內(nèi)部含有兩個 PN 結(jié) ，外部通常為三個引出電極的 半導(dǎo)體 器件。電路使用兩個開關(guān)管 VT1 和 VT2，兩個開關(guān)管在外激勵方波信號的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器Ｔ次級統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹?流電壓 。與此同時，感應(yīng)電壓給 C1 充電，隨著 C1 充電電壓的增高， VT1 基極電位逐漸變低，致使 VT1 退出飽和區(qū)， Ic 開始減小，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使 VT1 迅速截止，這時二極管 VD1 導(dǎo)通，高頻變壓器Ｔ初級繞組中的儲能釋放給負(fù)載。電路輸出直流電壓的高低由加在 VT1 基極上的脈沖寬度確定 [6]。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計 9 圖 22 調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理 對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓 Uo 取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。 5V 177。10％，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓在 110－ 260 伏范圍內(nèi)變化時，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。以功率晶體管（ GTR）為例，當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零；當(dāng)開關(guān)管截止時，其集電極電流為零。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。 由式（ 14） 可知， So越小說明紋波干擾越小。 0001 0 0????? I iUUSOOU (11) 式 (11)中 Su值越小，表示穩(wěn)壓性能越好。 4 （ 3）效率穩(wěn)壓電源本身就是個變換器，在能量轉(zhuǎn)換時有能量損耗，這就存在轉(zhuǎn)換效率問題。 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(fù)載的稱為 “ 整流 ” ，功率流由負(fù)載返回電源的稱為 “ 有源逆變 ” 。DC/DC 變換類型是開關(guān)電源變換的基本類型，它通過控制開關(guān)通、斷時間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能量對開關(guān)波形進(jìn)行微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬帶及頻率。 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(diào)整型電源。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(hù)功能不夠，因而發(fā)生故障的幾率高。 5V、177。開關(guān)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。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源具有負(fù)反饋閉環(huán)，是閉環(huán)自動調(diào)整系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，設(shè)計簡單與制造。 （ 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。按電源相數(shù)可分為單項、三相、多相。 10％的變化時在規(guī)定允許范圍內(nèi)），輸出直流電壓也相應(yīng)變化。 電源內(nèi)阻 rn 的定義：當(dāng)市電電網(wǎng)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(qiáng)。 穩(wěn)壓 電源的發(fā)展 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電 子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。 20 世紀(jì) 50 年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。 目前 市場上開關(guān)電源中功率管多采用雙極 型晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫； 采用 MOSFET 的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百千赫。 控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。 從上式可以看出，當(dāng) Um 與 T 不變時，直流平均電壓 Uo 將與脈沖寬度T1 成正比。當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時，電感Ｌ儲存能量。 自激式開關(guān)電源中的開關(guān)管起著開關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。 5．反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源的典型電路如圖 27 所示。 TTL 與非門是將若干個晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的 硅片 上，封裝成一個獨(dú)立的元件。 1977 年國外首先研制成脈寬調(diào)制（ PWM）控制器集成電路，美國摩托羅拉公司、硅通用公司、尤尼德公司等相繼推出一批 PWM 芯片，典型產(chǎn)品有 MC3520,SG3524,芯片。 (2)采用專用大規(guī)模集成電路產(chǎn)生 SPWM 信號。但 內(nèi)部功耗大，轉(zhuǎn)換效率低，一般只有45％；體積大，重量重，不便于微型化和小型化；必須具有較大的輸入和輸出濾波電容；輸出電壓動態(tài)范圍小，線性調(diào)整率低；輸出電壓不能高于輸入電壓 [9]。系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示 ： 16 圖 31 智能穩(wěn)壓電源系統(tǒng)原理圖 本智能穩(wěn)壓電源 系統(tǒng)主要由 AT89C51 單片機(jī)、 整流濾波電路 、 PWM 控制電路、穩(wěn)壓輸出電路、可調(diào)輸出電路、 鍵盤輸入電路和顯示電路等部分組成。時間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量，經(jīng)過濾波后，輸出電壓的紋波減小，直流成分得到提高。 當(dāng) VIN 低于 16V 時，整個電路耗電緊 1mA,即電路的啟動電壓為 16V，啟動電流為 1mA，此時，處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng) UC3842 用來驅(qū)動功率 MOS 管時，開關(guān)頻率可高達(dá) 500KHz，一般用在 250KHz 左右，開關(guān)穩(wěn)壓電源工作更穩(wěn)定。所以，實(shí)現(xiàn)了逐個脈沖的電流限制。 PWM 電路控制功率推動電路，進(jìn)而驅(qū)動開關(guān)變壓器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓經(jīng)電壓反饋電路矯正得到穩(wěn)定的輸出電壓 ；電壓取樣電路將采集的電壓信息送至單片機(jī)，從而顯示當(dāng)前電壓值。電路圖如 35 所示： 圖 35 穩(wěn)壓輸出電路圖 從電路圖 35 可以看出，該電路輸入電容 C20 C202 一般應(yīng)大于 100uF,安裝時要求盡量靠近 LM2576 輸入引腳，其耐壓值應(yīng)與最大輸入電壓匹配。4 ％； （ 3） 最少只需要 4個外圍組件， 3A 的 輸出大電流應(yīng)用電路 （ 4） 較寛的輸入電壓范圍， HV 型號甚至可達(dá) 40V～ 60V； （ 5） 內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生 52KHz 固定頻率； （ 6） 可用 TTL 電平關(guān)閉輸出，低功耗待機(jī)模式，典型待機(jī)電流為 50μA ； （ 7） BUCK 式降壓器，較高的轉(zhuǎn)換效率； （ 8） 過熱和過流保護(hù)； （ 9） 可實(shí)現(xiàn) BuckBoost 式正 負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計 25 ? 低輸入偏流。 DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。 MCU 控制電路 MCU 控制電路設(shè)計 主要由 AT89C51 和鎖存器 74LS573 組成，其中 P0 口作為液晶顯示器LCD1602 的數(shù)據(jù)口， P1 口作為 AD0801 及 DAC0832 的數(shù)據(jù)口，此時 P1 口采用分時復(fù)用技術(shù)。當(dāng)使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸入電壓越大反向積分時間越長，用高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖計數(shù)測此時間，即可得到相應(yīng)于輸入電壓的數(shù)字量。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng) 色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。 按鍵電路設(shè)計 鍵盤原理 鍵