【正文】 M 遠(yuǎn)程操作。傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡(jiǎn)單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。 顯示： 四 位 LED顯示可調(diào)端輸出電壓值。在這種背景下，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)運(yùn)而生。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性還體現(xiàn)在：功耗小、效率高。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，靈活的選用各種類型的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。但是，當(dāng)頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路元器件的要求，有了進(jìn)一步的提高。如圖 所示。方案一電源功能簡(jiǎn)單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。 交 流 電 源~ 2 2 0 V變 壓 器~ 1 5 V整 流 電 路1 5 V濾 波 電 路穩(wěn) 壓 電 路7 8 0 51 5 V5 V5 1 單 片 機(jī) 按 鍵 電 路數(shù) 碼 管顯 示P1D A C 0 8 3 2運(yùn) 放 電 路保 護(hù) 電 路高 頻 濾 波電 壓 放 大功 率 放 大可 調(diào) 輸 出穩(wěn) 壓 電 路7 8 1 21 2 V12V15V15V穩(wěn) 壓 輸 出 圖 直流穩(wěn)壓電源的工作原理 （基本框圖） 15 總述： 電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担缓笸ㄟ^(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。 整流電路 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。在 U的負(fù)半周，極性為上正下負(fù)，此時(shí)二極管 D D4導(dǎo)通， D D3反向截止，電流i的通路是 b?D2?RL?D4?a。 圖 橋式整流、電容濾波電路 UW tW tU 圖 直流 電壓 U的波形 如圖 ，由于電容 C1 并聯(lián)在負(fù)載電阻 R1上，所以電容 C1 兩端的電壓 CU 就是負(fù)載的電壓 OU ，交流電壓 U 的波形（如圖 5）；假設(shè)，電路接通時(shí)，恰恰在電壓 U由負(fù)到正過(guò)零的時(shí)刻，這時(shí)二極管開(kāi)始導(dǎo)通，電壓 U 通過(guò)二極管向電容 C1充電，由于二極管的正向電阻很小，所以充電時(shí)間常數(shù)很小，電壓 CU 將隨著電壓 U 按正弦規(guī)律逐漸升高，當(dāng) U增大到最大值時(shí)， CU 也隨之上升到最大值。由于電容 C1與負(fù)載電阻 R1并聯(lián)， C1的容量愈大，整流后所得的脈動(dòng)電流交流分量的頻率愈高，則電容 C1的 容抗愈小，而電阻 R1 的阻值與頻率無(wú)關(guān)，因此，脈動(dòng)電流中的交流成分主要通過(guò)電容 C1而被旁路， R1上的電流和電壓便較為平直了。 運(yùn)放電路 電壓運(yùn)放 圖 電壓放大 功率運(yùn)放 圖 功率放大 20 保護(hù)電路： 圖 保護(hù)電路 21 第 3 章 直流穩(wěn)壓可調(diào)電源 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)原理 和思路 系統(tǒng)硬件的基本組成部分 基本組成本直流電源由四個(gè)基本模塊組成：電源部分，控制部分，功率放大部分，數(shù)字顯示 ,輸出電壓電路。其優(yōu)點(diǎn)是電壓較高，紋波電壓較小，整流二極管所承受的最大反向交流電流流過(guò)，變壓器的利用率高。 電源 部分設(shè)計(jì) 該部分是電源的基礎(chǔ)，也是輸出電壓能否達(dá)到高精度和良好的穩(wěn)定性的保障。采用 2200uF,16V濾波電容達(dá)到較好的濾波效果。 主要性能參數(shù)： ?與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ?4K 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃存存儲(chǔ)器 ?1000 次擦寫(xiě)周期 ?全靜態(tài)操作： 0hz24hz ?三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ?128x8 字節(jié)內(nèi)部 RAM ?32 個(gè)可編程 I/O 口線 ?2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ?6 個(gè)中斷源 ?可編程串行 UART 通道 ?低功耗空閑和掉電模式 AT89C51 內(nèi)存空間 25 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ FLASH） 4K 字節(jié)。 RESET 為外電路復(fù)位接口 。 27 Iout1： DAC 電流輸出端 1，為數(shù)字輸入端邏輯電平為 1 的各位輸出電流之和。 Vref 一般在 10～ 10V 范圍內(nèi)，由外電路提供。這在與微機(jī)接口時(shí)都容易滿足。這種方式只需執(zhí)行一次寫(xiě)操作，即可完成 D／ A轉(zhuǎn)換。 鍵盤(pán)接口應(yīng)具有的功能： 鍵掃描功能，即檢測(cè)是否有鍵按下 鍵識(shí)別功能，確定被按下建所在的行列的位置 產(chǎn)生相應(yīng)的鍵的代碼消除按鍵彈跳及對(duì) 付多鍵串鍵 圖 30 數(shù)顯部分 圖 9012PNP 控制數(shù)碼管片選端， 需要對(duì)某個(gè)數(shù)碼管輸入數(shù)據(jù)時(shí)， P0 口控制對(duì)應(yīng)數(shù)碼管輸出低電平，此時(shí) PNP 導(dǎo)通，數(shù)碼管片選端高電平置位，此時(shí)在此數(shù)碼管可將 P1口輸入數(shù)據(jù)顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，節(jié)省了器件，不需要逐個(gè)譯碼。 37 1直流 5v 輸出電流為 2直流 12V 輸出電流為 ~12v 輸出端的電流為： 預(yù)置電壓（ V） 顯示 電流 （ mV） 024681012140 6 12電阻983 Ω 電流輸出曲線 圖 性能測(cè)試 性能指標(biāo) 測(cè)量條件 測(cè)量結(jié)果 測(cè)量?jī)x表 全程輸出電壓 空載 0~12V 38 負(fù)載電流 oV =5V, LR =10K Vc9801A 型數(shù)字萬(wàn)用表 短路電流 oV =12V = 過(guò)流保護(hù) oV =12V ? 253mA 用單片機(jī)控制電源時(shí)，輸出直流 0~12V， 數(shù)碼管 顯示清晰正確 ，誤差極小， 完美的實(shí)現(xiàn)了數(shù)控恒壓源這一課題。 過(guò)流保護(hù)報(bào)警 過(guò)流保護(hù)電路是利用一個(gè)采樣電阻將電源輸出端的電流進(jìn)行電壓采樣，后經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的放大后，通過(guò) NPN8050 控 制功率管的基極電壓，達(dá)到保護(hù)電路的目的，此電路在達(dá)到過(guò)流保護(hù)條件后自動(dòng)進(jìn)行電源保護(hù)，應(yīng)該擴(kuò)展報(bào)警電路，使之聲光報(bào)警，同時(shí)保護(hù)電路。再次， 要特別感謝我的指導(dǎo)老師 高瑜老師 對(duì)我的關(guān)懷和教導(dǎo)； 幫我答疑解惑，功課了部分難題，同時(shí)高瑜老師無(wú)私的給我提供硬件制作工具 ，為我提供各種儀器去測(cè)試和完善我的設(shè)計(jì)， 使 我的設(shè)計(jì) 能 按時(shí)高效完成，此外，還要感謝 我們微電子專業(yè)的 沈世榮 同學(xué)和武少輝同學(xué)， 沈世榮 在硬件電路的設(shè)計(jì)和電子器件的選擇上給了我很多的意見(jiàn)， 武少輝 同學(xué)在單片機(jī)的編程上給了我特別多的幫助，使我能夠 順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 。Delay) {for(a=0。 b=0。 ms(1)。 if(b60) b++。a=238) //按鍵控制 key3 a+=2。 //如有鍵按下退出循環(huán) } if(!P3_3) //按鍵控制 key1 { if(a20) a=20。 P1=shu[a/2%10]。 P1=shu[a/200]。a++) {。北京：高等教育出版社 [2]《 單片微型計(jì)算機(jī)原來(lái)及應(yīng)用 》 張毅坤 陳善久 裘雪紅 編著。進(jìn)而繪制電路圖 ， 通過(guò)焊接電路 ,制作完成硬件部分，然后對(duì)硬件進(jìn)行了測(cè)試；編寫(xiě)單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)軟件部分；通過(guò)對(duì)整個(gè)數(shù)控衡壓源的調(diào)試完善，最終實(shí)現(xiàn)了數(shù)控恒壓源的制作 ，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制穩(wěn)定電壓輸出 的功能。 電路擴(kuò)展 抑制紋波 本設(shè)計(jì) 對(duì)紋波要求非常高，對(duì)于本系統(tǒng)，造成紋波的主要因素是工頻干擾、負(fù)載波動(dòng)和數(shù)字調(diào)節(jié)的過(guò)沖噪聲。 實(shí)現(xiàn)特定的數(shù)據(jù)輸出， 通過(guò) P2 口 送到 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ DAC0832） ；同時(shí)調(diào)用 相應(yīng) 顯示程序?qū)?duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入到 四 位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示。這種方式可用于一些不采用微機(jī)的控制系統(tǒng)中或其他不須 0832 緩沖數(shù)據(jù)的情況。 DAC0832 的三種工作方式 DAC0832 有以下三種數(shù)據(jù)輸入方式： （ 1） 雙緩沖方式：即數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)雙重緩沖后再送入 D／ A 轉(zhuǎn)換電路，執(zhí)行兩次寫(xiě)操作才能完成一次 D／ A 轉(zhuǎn)換。 AGND：模擬地，為芯片模擬電路接地點(diǎn)。 Iout2：電流輸出端 2。 工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)接受外部中斷向量，調(diào)用自身中斷程序，實(shí)現(xiàn)特定的數(shù)據(jù)輸出同時(shí) 通過(guò) P0和 P1口，采用動(dòng)態(tài)掃描的方法將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 256 字節(jié)。 運(yùn)放電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)需要四個(gè)集成運(yùn)算放大器 ,LM324N 為四個(gè)運(yùn)算放大器的集成，故用 LM324N 作為電壓放大元件 23 圖 電壓放大電路 將單片機(jī)的輸出端調(diào)為最大輸出，此時(shí)數(shù)碼管顯示為 ，經(jīng)過(guò) DAC0832 數(shù)模裝換后在DAC0832 的 Vref 端有一個(gè)確定的電壓輸出，此電壓設(shè)為 Vin，由于 6 )65(U ou t R RRU in ?? 且設(shè)定 R6為 2K 所以 R5=Uout*R6/UinR6= 故將電位器的阻值調(diào)為 后，模擬端輸出電壓等 于數(shù)碼管顯示電壓實(shí)現(xiàn)同步，通過(guò)使用放大器， 從而實(shí)現(xiàn)電壓放大 。按照輸出電流 I=，則單路最大輸出功率： 22 P=UI=12 =3W 單路消耗的總功率為： Pi=UiI=15 = 兩路共消耗的功率為 P= 考慮其效率，設(shè)為 %80 則電源消耗的功率為 WPPal l %80 %80 ??? 所以 選用 220V 12W 的變壓器。 穩(wěn)壓電路：使整流濾波后的直流電壓不隨交流電網(wǎng)和負(fù)載的變化擾動(dòng)而變化 控制電路：為適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要而將電壓置為可調(diào)。最大輸出電流為 。 三端 IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。除了剛過(guò)最小值的一小段時(shí)間內(nèi)，仍有 CU =U 的關(guān)系外，之后就出現(xiàn) U CU 的情況，二極管承受反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)。 RL 上得到 的電壓 U是單方向全波脈動(dòng) (圖 3)。因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。本電源采用全集成電路設(shè)計(jì)制成，具有短路過(guò)載自動(dòng)保護(hù)功能。 圖 模擬 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖 方案二：以一穩(wěn)壓電源為基礎(chǔ)，以高性能單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心，以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)放大電路、過(guò)流檢測(cè)電路為外圍的硬件系統(tǒng)，在檢測(cè)與控制軟件的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓輸出的數(shù)字控制，通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓電源輸出的電流、電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣與給定數(shù)據(jù)比較，從而調(diào)整和控制穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)及監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)電路的。工作在線性狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開(kāi)關(guān)干擾，且紋波電壓輸出較小。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的主要問(wèn)題是電路比較復(fù)雜。開(kāi)關(guān)晶體管的功耗很小，電源的效率可以大幅度的提高，達(dá)到 80%以上。特別是采用電網(wǎng)供 11 電的電子產(chǎn)品。現(xiàn)代電子設(shè)備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類。 本文介紹了 采用硬件電路和單片機(jī)的編程控制，實(shí)現(xiàn)了一端 5V和 12V穩(wěn)定電壓輸出，一端 0~12V 間可調(diào)電壓輸出的雙路直流穩(wěn)壓電源 。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)的 ,輸入信號(hào)電壓的變化可以通過(guò)調(diào)頻或調(diào)寬來(lái)控制 ,在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí) ,它仍能保證有效的穩(wěn)定輸出電壓。 缺點(diǎn)是：功耗大、效率低 ,體積大、質(zhì)量重、不能微小型化；必須有較大容量的濾波電容 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài) ,主要優(yōu)越性是交換效率可高達(dá) 70~95%。電子設(shè)備電源電壓的不穩(wěn)定 ,將會(huì)引起很多問(wèn)題，比如：測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度降低，交流放大器的噪聲增大，直流放大器的零點(diǎn)漂移等等。（ 2）設(shè)計(jì)出 了 各部分電路、鍵盤(pán)和顯示電路的電路圖，并完全硬件焊接 。本文 主要 介紹了基于 51 單片機(jī) 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 過(guò)程，分為以下 4 部分： （ 1）詳細(xì)介紹 數(shù)控直 流穩(wěn)壓電源 中包含的整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、運(yùn)放電路及保護(hù)電路 等 。輸出電壓在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)也會(huì)隨之有所改變。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點(diǎn)是：電源穩(wěn)定度及負(fù)載穩(wěn)定度較高；輸出紋波電壓??；瞬態(tài)響應(yīng)速度快；線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單 ,便于維修；沒(méi)有開(kāi)關(guān)干擾。穩(wěn)壓范 圍寬。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到 90 年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到 的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸 50W 的數(shù)控電源。 5)系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。 參數(shù)：電壓設(shè)定步進(jìn)： +1V， 1V， +， 顯示誤差： ≤ 工作區(qū)：輸出 1： 5V 輸出 2： 12V 輸出