【正文】 系統(tǒng)供電模塊設(shè)計(jì) 220V 市電經(jīng)工頻變壓器降至 18V AC，經(jīng)整流和濾波作為電源模塊調(diào)試時(shí)的輸入24V DC， 24V DC 經(jīng) 7815 穩(wěn)壓后給電源模塊的運(yùn)算比較電路提供工作電源； +15V DC經(jīng) 7805 穩(wěn)壓后給 STC89C52 單片機(jī)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(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)管的基極信號(hào)u。用電感的儲(chǔ)能特性來(lái)實(shí)現(xiàn)升降壓，電路控制復(fù)雜。 圖 開(kāi)關(guān)電源工作原理圖 串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓濾波電路 大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源輸出都是直流電壓，因此，一般開(kāi)關(guān)電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。因此，開(kāi)關(guān)電源不僅具備良好的輸出質(zhì)量而且還具有多功能以及一定的智能化，以精確的微機(jī)控制取代精確度小 的人為操作，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前就對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，這將會(huì)給各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)驗(yàn)研究帶來(lái)不同程度的便捷與高效。電源模塊由 TL494控制 Buck電流構(gòu)成，通過(guò)電壓反饋控制將輸出電壓穩(wěn)壓到所需要的電壓。開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，普遍采用專(zhuān)用集成芯片控制脈寬調(diào)制技術(shù)。其中 L 是儲(chǔ)能濾波電感，它的作用是在控制開(kāi)關(guān) K 接通期間 Ton 限制大電流通過(guò)，防止輸入 電壓 Ui直接加到負(fù)載 R 上，對(duì)負(fù)載 R進(jìn)行電壓沖擊，同時(shí)對(duì)流過(guò)電感的電流 iL 轉(zhuǎn)化成磁能進(jìn)行能量存儲(chǔ)，然后在控制開(kāi)關(guān) K關(guān)斷期間 Toff 把 磁能轉(zhuǎn)化成電流 iL 繼續(xù)向負(fù)載 R 提供能量輸出； C 是儲(chǔ)能濾波電容，它的作用是在控制開(kāi)關(guān) K 接通期間 Ton 把流過(guò)儲(chǔ)能電感 L的部分電流轉(zhuǎn)化成電荷進(jìn)行存儲(chǔ)， 然后在控制開(kāi)關(guān)K 關(guān)斷期間 Toff 把電荷轉(zhuǎn)化成電流繼續(xù)向負(fù)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(kāi)關(guān)關(guān)斷期間 Toff，給儲(chǔ)能濾波電感 L 釋放能量提供電流通路。從而達(dá)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(dòng)小很多。對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行一系列控制。 REF－：負(fù)基 準(zhǔn)電壓輸入端， ? REF? 。 A/D 系統(tǒng) TLC549 與 STC89C52 的硬件連接硬件設(shè)計(jì) 圖 TLC549與 STC89C52的硬件連接圖 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) D/A 模塊設(shè)計(jì) D/A 芯 片功能介紹 MAX517 引腳頂視圖 MAX517是 MAXIM公司生產(chǎn)的 8位電壓輸出型 DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它帶有 I2C 總線接口，允許多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通訊。之后， MAX517 便可以給 STC89C52 發(fā)送 8 位的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)（一個(gè)字節(jié)）。 （ 5）液晶 6端為使能信號(hào)，是操作時(shí)必須的信號(hào)，接單片機(jī)的 口。 （ 2）適當(dāng)增加負(fù)載，檢查并機(jī)輸出是否能穩(wěn)壓到 5V，各顯示值是否與實(shí)際值一致。 （ 4)讓模塊帶上一定電流的負(fù)載 (如 1A)，調(diào)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(duì)比度調(diào)節(jié)端，通 過(guò)一個(gè) 10K 電位器接地來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。 MAX517 的外部引腳特征。如圖 TL549 工 作時(shí)序圖。 圖 時(shí)鐘電路 A/D 模塊設(shè)計(jì) 芯片介紹 TLC549 是 TI 公司生產(chǎn)的一種低價(jià)位、高性能的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，它以 8 位開(kāi) 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于 17us，最大轉(zhuǎn)換速率為 40000HZ， 4MHZ 典型內(nèi)部 系統(tǒng)時(shí)鐘 ，電源為 3V 至 6V。 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方案 +此設(shè)計(jì)用到單片機(jī)，它是把微 處理器，存儲(chǔ)器 (RAM 和 ROM)，輸入 /輸出接口以及定時(shí)器 /計(jì)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(jì)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(guò)理論計(jì)算后，結(jié)合實(shí)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(jī)調(diào)節(jié)信號(hào) 給定 電壓采樣 24V + 圖 TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖 根據(jù)以上所述資料，本設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用以下方式如圖 所示。實(shí)際卜此電路是在串聯(lián)開(kāi)關(guān)電路后接入一個(gè) 并聯(lián)開(kāi)關(guān)電路。如圖 開(kāi)關(guān)電源工作原理圖。使用上若壓要調(diào)整精確的電或者電流輸出，須搭配精確的顯示儀表測(cè)量，又因電位器的阻值特性非線性，在調(diào)整時(shí)，需要花費(fèi)一定的時(shí)間，況且還要當(dāng)心漂移，使用起來(lái)非常不方便。 STC89C52 單片機(jī)控制器采樣輸出電壓，通過(guò)給電源模塊一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，改變各電源模塊的內(nèi)部輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定可調(diào)的電壓。使用專(zhuān)用PWM 控制芯片具 有電路簡(jiǎn)單、安裝與調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間 Toff， 儲(chǔ)能電感 L 將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)儲(chǔ)能電感 L的電流 iL 由反電動(dòng)勢(shì) eL 的正極流出，通過(guò)負(fù)載 R，再經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管 D 的正極，然后從續(xù)流二極管 D 的負(fù)極流出，最后回到反電動(dòng)勢(shì) eL 的負(fù)極。 本系統(tǒng)主要由輔助工作電源、電源模塊、單片機(jī)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(jī)可調(diào)電源模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 Buck 電路 。當(dāng) U。由于還需要進(jìn)行 DCDC 的精確變換，對(duì)直流的要求不是很高，所以在整流后只加上個(gè)電容進(jìn)行濾波，以減小整流后直流電中 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 的脈動(dòng)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(jù)之后，再給 MAX517 發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。 如圖 所示。 （ 3）設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)為增加模式，恒定負(fù)載 ,檢查是否按設(shè)計(jì)時(shí)的電壓輸出。 （ 3) 調(diào)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(fù)載 )為 15V。 表 33 1602字符型 LCD引腳 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)口 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)口 3 VO 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端 11 D4 數(shù)據(jù)口 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端(H/L) 12 D5 數(shù)據(jù)口 5 R/W 讀 /寫(xiě)選擇端 (H/L) 13 D6 數(shù)據(jù)口 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù)口 7 D0 數(shù)據(jù)口 15 BLA 背光源 正 極 8 D1 數(shù)據(jù)口 16 BLK 背光源 負(fù) 極 1602 字符型 LCD 與單片機(jī)的連接接口說(shuō)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(gè) 100 電阻用于限流。若數(shù)據(jù)線 SDA改變時(shí)，必須在時(shí)鐘線 SCL 為低電平時(shí)方可進(jìn)行。由此可見(jiàn)，在自 TLC549 的 I/O CLOCK 端輸入 8 個(gè)外部 時(shí)鐘信號(hào) 期間需要完成以下工作：讀入前次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果；對(duì)本次轉(zhuǎn)換的輸入 模擬信號(hào) 采樣并保持；啟動(dòng)本次 A/D 轉(zhuǎn)換開(kāi)始。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡(jiǎn)，只需要一個(gè)晶振和 2 個(gè)電容即可，如圖 所示。計(jì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 圖 拓?fù)淙荷祲簲夭娐?(BoostBuck Chopper)。 =Ui*D 。 眾所周知， 許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)都離不開(kāi)電源，并且在這些實(shí)驗(yàn)經(jīng)常會(huì)對(duì)通電時(shí)間、電壓高低、電流大小以及動(dòng)態(tài)指標(biāo)有著特殊的要求，然而目前實(shí)驗(yàn)所用的直流電源大多輸出精度和穩(wěn)定性不高；在測(cè)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(lái)調(diào)整所要的電壓及電流輸出值。 關(guān)鍵詞 ： STC89C52單片機(jī) 。 開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介 開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制 PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制 )控制 IC和 MOSFET 構(gòu)成。 開(kāi)關(guān)電源的常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 DCDC 變換有隔離和非隔離兩種。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 圖 DC/DC 電路實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)采用以 TL494 芯片為核心的 PWM 控制器。為高電平時(shí)，飽和導(dǎo)通， Ui 通過(guò) T給電感 L充電儲(chǔ)能，充電電流幾乎線性增大； D受到反壓截止；濾波電容 C 對(duì)負(fù)載電阻放電；當(dāng) U。如圖 橋式整理濾波電路所示。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 圖 系統(tǒng)整體框圖 單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì) STC89C52 性能簡(jiǎn)介 STC89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含有4KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和 128 字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器。 VCC：系統(tǒng)電源 3V? VCC? 6V 。該芯片的引腳圖見(jiàn)圖 所示。至此，一次轉(zhuǎn)換過(guò)程完成。 圖 LCD與單片機(jī)接口間的設(shè)計(jì) 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第四章 程序設(shè)計(jì) 主程序流程圖的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化后，通過(guò)上下調(diào)整鍵，步進(jìn) IV 調(diào)整；當(dāng)預(yù)設(shè)鍵按下，系統(tǒng) 進(jìn)入預(yù)設(shè)訓(xùn)整，通過(guò)上下調(diào)整鍵 lV步進(jìn)調(diào)整，完成按確定鍵，系統(tǒng)輸出預(yù)設(shè)值。 （ 4）設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)為減小模式，恒定負(fù)載 ,檢查是否安設(shè)計(jì)時(shí)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(shuō)明 引腳說(shuō)明如表 33所示。在結(jié)束條件下，所有的操作都不能 進(jìn)行； （四） 數(shù)據(jù)的有效轉(zhuǎn)換開(kāi)始后，當(dāng)時(shí)鐘線 SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線 SDA 必須保持穩(wěn)定。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成前的這段時(shí)間內(nèi)， TLC549 的控制邏輯要求：或者 /CS 保持高電平，或者 I/O CLOCK 時(shí)鐘端保持 36 個(gè)系統(tǒng) 時(shí)鐘周期 的低電平。 CPU 執(zhí)行一條指令的各個(gè)微操作所對(duì)應(yīng)時(shí)間順序稱為單片機(jī)的時(shí)序。 )101(218 00 ???????? du UV 按近似電流放電計(jì)算，并沒(méi) ⊙ = 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(shí)， 1 腳得到的反饋信號(hào)也相應(yīng)變化，同 2 腳上的基準(zhǔn)電壓比較后經(jīng)誤差放大器輸出，也即加在芯片內(nèi)的 PWM 比較器同相輸入 端的電壓信號(hào)相應(yīng)發(fā)生變化，使得芯片輸出的 PWM 占空比相應(yīng)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(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)分析得出該電源的 T作頻率為 30kHz，又因?yàn)? 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(dǎo)出： U?；诖耍藗儗?duì)高精度、高穩(wěn)定性的開(kāi)關(guān)電源的需求越來(lái)越迫切。 TL494。開(kāi)關(guān)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(zhǎng)，但兩者增長(zhǎng)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(huì)造成效率的降低，而本題沒(méi)有要求輸入輸出隔離，具體有以下幾種： 拓?fù)湟唬航祲簲夭娐?(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(kāi)關(guān)電源控制器，工作額定頻率為lOkHz300kHz，輸出電壓可達(dá) 40V。為低平時(shí)， T 截止， L 產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，其方向阻止電流的變化，因而電流與 Ui 同方向，兩個(gè)電壓卡曰加后通過(guò)二極管 D對(duì) C充電。 圖 工作輔助電源參數(shù)設(shè)計(jì) 由 AC/AC、 AC/DC、