【正文】 系統(tǒng)供電模塊設計 220V 市電經工頻變壓器降至 18V AC，經整流和濾波作為電源模塊調試時的輸入24V DC， 24V DC 經 7815 穩(wěn)壓后給電源模塊的運算比較電路提供工作電源； +15V DC經 7805 穩(wěn)壓后給 STC89C52 單片機系統(tǒng)提供工作電源。其中輸入電壓的 Ui為直流供電電壓，晶體管 T為開關管，開關管的基極信號u。用電感的儲能特性來實現(xiàn)升降壓，電路控制復雜。 圖 開關電源工作原理圖 串聯(lián)式開關電源輸出電壓濾波電路 大多數(shù)開關電源輸出都是直流電壓，因此，一般開關電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。因此，開關電源不僅具備良好的輸出質量而且還具有多功能以及一定的智能化，以精確的微機控制取代精確度小 的人為操作，在實驗開始之前就對一些參數(shù)進行預設，這將會給各個領域中的實驗研究帶來不同程度的便捷與高效。電源模塊由 TL494控制 Buck電流構成，通過電壓反饋控制將輸出電壓穩(wěn)壓到所需要的電壓。開關電源向著高頻化、模塊化和智能化方向發(fā)展 目前，在小功率開關電源的設計中，普遍采用專用集成芯片控制脈寬調制技術。其中 L 是儲能濾波電感，它的作用是在控制開關 K 接通期間 Ton 限制大電流通過，防止輸入 電壓 Ui直接加到負載 R 上，對負載 R進行電壓沖擊，同時對流過電感的電流 iL 轉化成磁能進行能量存儲，然后在控制開關 K關斷期間 Toff 把 磁能轉化成電流 iL 繼續(xù)向負載 R 提供能量輸出； C 是儲能濾波電容，它的作用是在控制開關 K 接通期間 Ton 把流過儲能電感 L的部分電流轉化成電荷進行存儲， 然后在控制開關K 關斷期間 Toff 把電荷轉化成電流繼續(xù)向負載 R 提供能量輸出； D 是整流二極管，主要功能是續(xù)流作用，故稱它為續(xù)流二極管，其作用是在控制 開關關斷期間 Toff，給儲能濾波電感 L 釋放能量提供電流通路。從而達到所需的穩(wěn)定電壓值的目的。的控制。橋式整流與半波流的相比，輸出電壓的脈動小很多。對電源輸出電壓進行一系列控制。 REF－：負基 準電壓輸入端， ? REF? 。 A/D 系統(tǒng) TLC549 與 STC89C52 的硬件連接硬件設計 圖 TLC549與 STC89C52的硬件連接圖 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) D/A 模塊設計 D/A 芯 片功能介紹 MAX517 引腳頂視圖 MAX517是 MAXIM公司生產的 8位電壓輸出型 DAC數(shù)模轉換器，它帶有 I2C 總線接口，允許多個設備之間進行通訊。之后， MAX517 便可以給 STC89C52 發(fā)送 8 位的轉換數(shù)據（一個字節(jié)）。 （ 5）液晶 6端為使能信號，是操作時必須的信號，接單片機的 口。 （ 2）適當增加負載，檢查并機輸出是否能穩(wěn)壓到 5V，各顯示值是否與實際值一致。 （ 4)讓模塊帶上一定電流的負載 (如 1A)，調節(jié)采樣電流放大器的放大倍數(shù)，使其輸出滿足 A/D 的需要。 （ 2）液晶 3端為液晶對比度調節(jié)端，通 過一個 10K 電位器接地來調節(jié)液晶顯示對比度。 MAX517 的外部引腳特征。如圖 TL549 工 作時序圖。 圖 時鐘電路 A/D 模塊設計 芯片介紹 TLC549 是 TI 公司生產的一種低價位、高性能的 8 位 A/D 轉換器 ，它以 8 位開 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 關電容逐次逼近的方法實現(xiàn) A/D 轉換，其轉換速度小于 17us，最大轉換速率為 40000HZ， 4MHZ 典型內部 系統(tǒng)時鐘 ，電源為 3V 至 6V。 第三章 控制系統(tǒng)的設計思路 控制系統(tǒng)的基本設計方案 +此設計用到單片機，它是把微 處理器，存儲器 (RAM 和 ROM)，輸入 /輸出接口以及定時器 /計數(shù)器等集成在一起的集成電路芯片。 電感最小值、濾波電容及電流峰峰值的計算公式如下： Lmin=[(UiUo) / 2 Io]Ton CUo ToFF / (8 L f Uo) Iop=ILP=[[(UiUo) / 2 L]Ton + Io 通過理論計算后，結合實際情況選擇了 2mH 的電感和 470uF 的電容。 輸入 濾波 DC/DC 變換 輸出 濾波 電 阻 控制 IC 控制脈沖 電壓反饋 二極管 微機調節(jié)信號 給定 電壓采樣 24V + 圖 TL494內部結構電路圖 根據以上所述資料，本設計開關型穩(wěn)壓電路的拓撲結構采用以下方式如圖 所示。實際卜此電路是在串聯(lián)開關電路后接入一個 并聯(lián)開關電路。如圖 開關電源工作原理圖。使用上若壓要調整精確的電或者電流輸出，須搭配精確的顯示儀表測量，又因電位器的阻值特性非線性，在調整時，需要花費一定的時間，況且還要當心漂移，使用起來非常不方便。 STC89C52 單片機控制器采樣輸出電壓，通過給電源模塊一個調節(jié)信號，改變各電源模塊的內部輸出電壓，從而實現(xiàn)輸出穩(wěn)定可調的電壓。使用專用PWM 控制芯片具 有電路簡單、安裝與調試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點。在控制開關關斷期間 Toff， 儲能電感 L 將產生反電動勢，流過儲能電感 L的電流 iL 由反電動勢 eL 的正極流出，通過負載 R，再經過續(xù)流二極管 D 的正極，然后從續(xù)流二極管 D 的負極流出，最后回到反電動勢 eL 的負極。 本系統(tǒng)主要由輔助工作電源、電源模塊、單片機控制器等幾部分組成，硬件系統(tǒng)框圖如圖 所示，其中，輸出微機可調電源模塊拓撲結構為 Buck 電路 。當 U。由于還需要進行 DCDC 的精確變換，對直流的要求不是很高，所以在整流后只加上個電容進行濾波，以減小整流后直流電中 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 的脈動成分。如圖 系統(tǒng)整體框圖。且要求： （ REF+）－（ REF）? 1V。 MAX517 采用單 5V 電源工作。 STC89C52 收到數(shù)據之后，再給 MAX517 發(fā)一個應答信號。 如圖 所示。 （ 3）設置撥碼開關為增加模式，恒定負載 ,檢查是否按設計時的電壓輸出。 （ 3) 調節(jié)電 源模塊電壓采樣電位器，使模塊輸出 (隔離二極管之后，只帶假負載 )為 15V。 表 33 1602字符型 LCD引腳 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據口 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據口 3 VO 液晶顯示器對比度調整端 11 D4 數(shù)據口 4 RS 數(shù)據 /命令選擇端(H/L) 12 D5 數(shù)據口 5 R/W 讀 /寫選擇端 (H/L) 13 D6 數(shù)據口 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據口 7 D0 數(shù)據口 15 BLA 背光源 正 極 8 D1 數(shù)據口 16 BLK 背光源 負 極 1602 字符型 LCD 與單片機的連接接口說明如下： （ 1）液晶 2端為電源； 1 16 端為背光電源； 15 腳串接一個 100 電阻用于限流。若數(shù)據線 SDA改變時，必須在時鐘線 SCL 為低電平時方可進行。由此可見，在自 TLC549 的 I/O CLOCK 端輸入 8 個外部 時鐘信號 期間需要完成以下工作：讀入前次 A/D 轉換結果；對本次轉換的輸入 模擬信號 采樣并保持；啟動本次 A/D 轉換開始。本設計系統(tǒng)采用內部時鐘方式，利用單片機內部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2 個電容即可，如圖 所示。計算允許的最大紋波峰 峰值 VR E FVuFu tICVu)(3 5 0 100/11)()101(29 00??????? ??????????? 故選取濾波電容 C=4700uF/16V。 由 R11=10K , C2=100pF ，使得振蕩頻率 f=。如圖 TL494 內部結構圖。 圖 拓撲三：升降壓斬波電路 (BoostBuck Chopper)。 =Ui*D 。 眾所周知， 許多科學實驗都離不開電源，并且在這些實驗經常會對通電時間、電壓高低、電流大小以及動態(tài)指標有著特殊的要求，然而目前實驗所用的直流電源大多輸出精度和穩(wěn)定性不高；在測量上，傳統(tǒng)的電源一般采用指針式或數(shù)碼管顯示電壓或電流，搭配電位器來調整所要的電壓及電流輸出值。 關鍵詞 ： STC89C52單片機 。 開關電源簡介 開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制 PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制 )控制 IC和 MOSFET 構成。 開關電源的常見拓撲結構簡介 DCDC 變換有隔離和非隔離兩種。 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 圖 DC/DC 電路實現(xiàn) 本設計采用以 TL494 芯片為核心的 PWM 控制器。為高電平時，飽和導通， Ui 通過 T給電感 L充電儲能，充電電流幾乎線性增大； D受到反壓截止；濾波電容 C 對負載電阻放電；當 U。如圖 橋式整理濾波電路所示。 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 圖 系統(tǒng)整體框圖 單片機模塊的設計 STC89C52 性能簡介 STC89C52 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含有4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器和 128 字節(jié)的隨機存儲器。 VCC：系統(tǒng)電源 3V? VCC? 6V 。該芯片的引腳圖見圖 所示。至此，一次轉換過程完成。 圖 LCD與單片機接口間的設計 安徽工程大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第四章 程序設計 主程序流程圖的設計 系統(tǒng)初始化后，通過上下調整鍵，步進 IV 調整；當預設鍵按下，系統(tǒng) 進入預設訓整，通過上下調整鍵 lV步進調整，完成按確定鍵，系統(tǒng)輸出預設值。 （ 4）設置撥碼開關為減小模式，恒定負載 ,檢查是否安設計時的電壓輸出。 （ 2) 加上工作電源，用示波器觀察控制芯片的輸出脈沖是否正常。 1602 字符型 LCD 引腳說明 引腳說明如表 33所示。在結束條件下，所有的操作都不能 進行； （四） 數(shù)據的有效轉換開始后，當時鐘線 SCL為高電平時，數(shù)據線 SDA 必須保持穩(wěn)定。直到 A/D 轉換完成前的這段時間內， TLC549 的控制邏輯要求：或者 /CS 保持高電平，或者 I/O CLOCK 時鐘端保持 36 個系統(tǒng) 時鐘周期 的低電平。 CPU 執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應時間順序稱為單片機的時序。 )101(218 00 ???????? du UV 按近似電流放電計算，并沒 ⊙ = 0 （通角），則 C= ????utI ?? 100/ 1430uF，故選取濾波電容 C=2200uF/30V +5V電源 (1A) +5V 電源電路如圖 5 所示。輸出電壓變化時， 1 腳得到的反饋信號也相應變化，同 2 腳上的基準電壓比較后經誤差放大器輸出，也即加在芯片內的 PWM 比較器同相輸入 端的電壓信號相應發(fā)生變化，使得芯片輸出的 PWM 占空比相應變化，從而使輸出電壓穩(wěn)定。 R1 C14 和 C6 組成了閉環(huán)校正網絡，然后通過分析得出該電源的 T作頻率為 30kHz，又因為 6腳為振蕩器的 RT. CT 輸入端，決定工作頻率。如圖 所示。 =Ui*Ton/D，其中 D=Ton/T，所以可以推導出： U?；诖耍藗儗Ω呔?、高穩(wěn)定性的開關電源的需求越來越迫切。 TL494。開關電源和線性電源相比，兩者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但兩者增長速率各異。輸入輸出隔離的方式雖然安全，但是由于隔離變壓器的漏磁和損耗等會造成效率的降低，而本題沒有要求輸入輸出隔離，具體有以下幾種： 拓撲一：降壓斬波電路 (Buck Chopper)。 TL494 是一種性能優(yōu)良的脈寬闊制控制電路，可作為推挽式、全橋式半橋式開關電源控制器，工作額定頻率為lOkHz300kHz，輸出電壓可達 40V。為低平時， T 截止， L 產生感生電動勢，其方向阻止電流的變化，因而電流與 Ui 同方向，兩個電壓卡曰加后通過二極管 D對 C充電。 圖 工作輔助電源參數(shù)設計 由 AC/AC、 AC/DC、