【文章內(nèi)容簡介】 55芯片同時也可以產(chǎn)生精確的定時脈沖信號，芯片輸出的驅(qū)動電流可達200MA,。NE555芯片工作原理是利用內(nèi)部的定時器構(gòu)成時基電路，產(chǎn)生時鐘信號，提供時序脈沖。NE555時基電路有dip雙列直插8腳封裝和sop8小型（smd）兩種封裝形式以適應不同的設計環(huán)境。其他時鐘芯片如HAL755LM55CA555分屬不同的公司生產(chǎn)的不同型號的產(chǎn)品，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理與NE555芯片都相同類似。NE555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由場效應三極管、上拉電阻、功放二極管等元器件組成了前端比較器、RS觸發(fā)器等電路模塊，NE555的特別之處是由電阻構(gòu)成了的分壓器，為內(nèi)部的比較器提供了基準電壓，因此又稱之為NE555時基電路。 NE555的管腳示意圖NE555引腳圖介紹如下：；；；；；(閾值）；；。 MOS管的選擇與性能分析 隨著開關(guān)頻率的不斷提高，在產(chǎn)品驅(qū)動設計時，如何提高產(chǎn)品性能、延長電池工作時間是設計過程中的關(guān)鍵，對于開關(guān)元件的性能也提出了更高的要求。由MOSFET設計的增強型場效應晶體管的特點是大電流、高功率、開關(guān)速度較快、導通電阻低，常用作開關(guān)穩(wěn)壓器、開關(guān)轉(zhuǎn)換器、繼電器驅(qū)動器等大電流應用的場合。兩種增強型MOS管，比較常用的是NMOS，原因是導通電阻小，且容易制造。以下是MOS管幾種常見型號的外形圖。 MOS管外形圖 在半橋逆變電路中，對MOS管的選擇十分關(guān)鍵，在保證效率的情況下，MOS管的參數(shù)將影響系統(tǒng)的傳輸效率。具體使用型號的MOS管型號，與LC諧振回路的等效電阻有關(guān)，使LC等效電阻等于MOS管的內(nèi)阻，降低MOS管上熱散功耗，提高效率。對于本設計，MOS管的選擇應滿足如下條件：（1）較小的導通電阻（2）開關(guān)延時比較短，開關(guān)速度快。以下是常用Nchannel MOS管的比較： 幾種MOS管的比較型號導通電阻開關(guān)延遲ns最大電壓Vds最大電流IdMAX VgsIRF54055毫歐105+70100V22A177。 20VIRF84037+69500V8A177。 20VIRF28042毫歐133+26040V75A177。 20VIRF2903124+8530V75A177。 20VIRF32058毫歐115+11555V110A177。 20VIRFB3607110+4375V80A177。 20V 經(jīng)比較和篩選，及考慮成本因素，N溝道MOS管最終選用了IRF3205，作為半橋的開關(guān)器件。IRF3205是IR公司設計生產(chǎn)的一款低阻抗，快速開關(guān)管，其主要性能有：導通電阻 ；工作范圍55到175攝氏度；極快的開關(guān)速度：開延時16nS,上升時間110nS,關(guān)延時43nS,下降時間96nS。對于P溝道的MOS管，選用IRF9540。IRF9540是IR公司設計生產(chǎn)的一款低阻抗，快速開關(guān)管。其導通電阻 ；工作范圍55到175攝氏度；極快的開關(guān)速度：開延時16nS,上升時間65nS,關(guān)延時47nS,下降時間28nS。采用NE555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生波形電路，調(diào)節(jié)555的變阻器大小可以在一定范圍內(nèi)改變輸出方波的頻率及占空比，調(diào)節(jié)得到所需要的頻率，為功放電路提供激勵信號。采用555定時器組成的震蕩電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便,通過改變調(diào)節(jié)變阻器的大小產(chǎn)生輸出一定頻率的方波信號，與LC電路構(gòu)成耦合諧振以達到實驗效果。振蕩源由NE555方波發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的PWM波，PWM信號經(jīng)過IR2104構(gòu)成的推挽式驅(qū)動電路放大推動電流以及電壓幅度后驅(qū)動MOS管。為了能在小功率的推動下也能輸出足夠大的高頻功率，輸出驅(qū)動選用N溝道場效應管IRF3205，IRF3205上串聯(lián)LC震蕩回路，PWM信號的頻率等于LC諧振頻率時，LC諧振回路上獲得驅(qū)動電流，將電能轉(zhuǎn)換為電磁波向周圍空間發(fā)射。： 振蕩電路設計在本設計中采用NE555時基電路來產(chǎn)生脈沖信號輸入單片機中，再由單片機STC12C5A60S2進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理操作。當電路上電時，電源通過驅(qū)動電路R36,R42,R40支路給電容C1充電，此時3腳輸出高電平，當C1的電位充至2/3Vcc時，555內(nèi)部比較器使RS觸發(fā)器輸出低電平，通過與非門打開放電回路，電容放電，此時輸出低電平，當電容電位放到1/3Vcc時，比較器使RS觸發(fā)器輸出高電平，放電回路關(guān)閉，電容充電，輸出高電平。實際電路的充放電波形如下圖。 方波發(fā)生器輸出波形與充電波形單個周期內(nèi)，電路的充電時間 式(）放電時間 式(）輸出的方波頻率為 式(）理論上，在保持50%占空比的條件下，調(diào)節(jié)電阻使電路輸出的方波頻率 式(）諧振功率放大器由LC并聯(lián)諧振回路和開關(guān)管IRF3205構(gòu)成。 mm的漆包線密繞2O圈，長度約為30cm，實測電感值約為90uH。本設計的功率放大電路，采用MOS管的半橋?qū)崿F(xiàn)，其功能是可以將177。12V直流電壓逆變?yōu)?77。12V的交流電壓。當接收端線圈與發(fā)射線圈不斷的逐步靠近的過程中，將在接收線圈中產(chǎn)生感生電壓，產(chǎn)生諧振的條件是接收線圈部分的諧振頻率與發(fā)射頻率相同，此時，電壓達最大值，實驗效果最為明顯。所以，發(fā)射線圈回路與接收線圈回路均處于諧振狀態(tài)時，具有最好的能量傳輸效果，線圈傳遞能量效率較高，傳送間距越大。采用場效應管作為功放元件，功耗低于三極管，驅(qū)動功率小，使用方便。直接使用NE555的輸出就可以直接驅(qū)動。由于功率管的電流較大，散發(fā)的熱量比較多，所以需要加裝散熱片。半橋的工作原理：如圖，兩個MOS開關(guān)管組成此半橋電路。當MOS管Q1導通時，Q2截至，電流由MOS管Q1經(jīng)LC電路到地線。當MOS管Q2導通時，Q1截至，電流經(jīng)QLC到地線。如此循環(huán)，將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡┙oLC電路發(fā)射。 H橋逆變電路驅(qū)動電路工作過程：方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波經(jīng)過三極管驅(qū)動電路后，直接驅(qū)動MOS管，當方波為高電平時，驅(qū)動MOS管信號為低電平，Q1導通，Q5截止；當方波為低電平時，驅(qū)動信號為高電平，Q1截止，Q5導通。因此，可通過示波器觀察到驅(qū)動芯片輸出波形和線圈發(fā)射波形，： 驅(qū)動芯片輸出波形 線圈發(fā)射波形 波形圖 電源穩(wěn)壓控制模塊設計單片機電源電路的設計以三端集成穩(wěn)壓器LM2940為核心，運用其器件的內(nèi)部電路來實現(xiàn)過電壓保護、過電流保護、過熱保護，這使它的性能非常穩(wěn)定。三端固定輸出電壓式穩(wěn)壓電源屬于串聯(lián)穩(wěn)壓電路，其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同；能夠?qū)崿F(xiàn)1A以上的輸出電流，具有多種電壓輸出值，因此產(chǎn)品的應用范圍很廣泛。LM2940比7805的轉(zhuǎn)換效率高，7805直接輸入不接輸出的情況下，其內(nèi)部還會有3mA的電流消耗（靜態(tài)電流），而2940型號元件的靜態(tài)電流就比它遠遠小得多了。在實際運用的電路中，由于電流通過比較大時，可能導致穩(wěn)壓管的溫度過高穩(wěn)壓性能變差，影響實驗效果，此時應當在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器。圖是三端穩(wěn)壓器LM2940的典型應用電路及引腳圖。 LM2940的典型應用電路及引腳圖 KA7500B芯片簡介集成電路KA7500B芯片是一種應用于電源電路能夠產(chǎn)生固定頻率脈寬寬度調(diào)制的電路，其內(nèi)部包含了一個線性鋸齒波振蕩器，其振蕩頻率可通過RC濾波電路進行調(diào)節(jié)。KA7500B芯片覆蓋了控制開關(guān)電源設計的需要的各種功能，專門用于的開關(guān)電源的脈寬調(diào)制，屬于集成電路控制器；它與TL494芯片可以完全兼容并幾近可互換，廣泛應用于各種橋式的開關(guān)電源，能適應于不同場合的需求。KA7500B具有的特點如下： ①能靈活的進行脈寬調(diào)制；②內(nèi)置誤差放大器；③工作電壓為5V；④包含兩種輸出方式；⑤死區(qū)時間不定；⑥功率晶體管有較高的驅(qū)動能力。 KA7500B主要完成的工作內(nèi)容就是輸出恒定的穩(wěn)壓電流，通過與的邏輯關(guān)系控制其內(nèi)部的兩路反饋回路；當輸出的實時電壓低于預先設定的恒定電壓值時，此時電流反饋稱為主導作用，一旦輸出的電壓電流值超過設定的預閥值后，轉(zhuǎn)換為電壓反饋完成了恒定電流、電壓的控制功能；KA7500B的控制電路方式屬于開關(guān)電源具有高效率，溫升慢，適于電路實際操作等優(yōu)點。為了降低電源系統(tǒng)自身的功耗，提高電源效率，減小整個電源系統(tǒng)的發(fā)熱量，應選擇低電壓差的穩(wěn)壓器。本設計中選擇LM7805系列穩(wěn)壓器來提供各級所需的電壓。電源模塊是讓AC220V電源通過變壓器降壓，整流濾波后得到要調(diào)節(jié)的電源輸入端；降壓為AC9V整流濾波后，直接為運算放大器和DC/DC芯片供電；經(jīng)過三端穩(wěn)壓LM7805，得到5V電壓為單片機供電工作電源。 電源電路設計 穩(wěn)壓控制電路設計在單片機應用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：獨立按鍵和矩陣編碼鍵盤。獨立按鍵的每個按鍵單片機的I/O接口直接鏈接實現(xiàn)通信獨立，通過判斷按鍵端口的電位即可識別按鍵操作；當設計中的按鍵太多時，而為了減少I/O口的占用，通常采用矩陣式的鍵盤，由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行與列的交點上，通常所用的按鍵為輕觸機械開關(guān)，開關(guān)在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動。在本設計中由于按鍵不是太多，故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，下圖為本設計的按鍵接線圖。系統(tǒng)中鍵盤模塊設計三個按鍵SSS3，分別由單片機P10,P11,P12口輸入。S3為進入設定按鍵，可以設置輸出電流和電壓。S1為電壓/電流+,S2為電壓/電流,，電流步進100mA。 按鍵指示電路設計在日常生產(chǎn)生活中，對于液晶顯示器的使用已經(jīng)非常普遍，在諸多的電子產(chǎn)品器件隨處可見液晶顯示模塊的身影，主要顯示的內(nèi)容為數(shù)字、符號和圖形。它的工作原理是通用過液晶分子對各種光電效應，把液晶對電場、磁場、光線和溫度等外界條件的變化在一定條件下轉(zhuǎn)換為可視信號。LCD作為人機交換的重要模塊，在很多場合都會涉及和使用。由于軟硬件都比較簡單，在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：功耗低、顯示精度高、數(shù)字式接口、體積小等。LCD1602液晶顯示器也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它的顯示容量為162個字符，(最佳工作電壓時)。字符位間隔可以很好的顯示字符間距和行間距，有利于數(shù)據(jù)記錄。LCD1602分為兩種基本的顯示型號，即帶背光和不帶背光，由HD44780控制但在實際應用中并無差別，1602字符型液晶顯示器實物如下圖： 1602字符型液晶顯示器實物圖LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：162個字符芯片工作電壓：—最佳工作電流：模塊電壓：字符尺寸：LCD1602引腳功能的介紹： LCD1602引腳圖及尺寸1602LCD采用國際標準模式化的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極，，把P0口作為數(shù)據(jù)輸出。液晶顯示電路如下圖： LCD1602液晶顯示電路 DC/DC轉(zhuǎn)換電路設計 DC/DC變換器簡介DCDC轉(zhuǎn)換器具有效率高、輸出電流大、靜態(tài)電流小等優(yōu)點，非常適用于為便攜式設備供電,如筆記本計算機、蜂窩電話、PDA等中。它有兩種類型，即線性變換器和開關(guān)變換器。在電路設計中一般采用開關(guān)變換器，因為它具有高效率、靈敏的正負極性和升降壓方式靈活等特點，而備受電子設計者的偏愛。DC/DC直流變換是將直流電能轉(zhuǎn)換成另一固定電壓或電壓可調(diào)的直流電能，也稱為直流斬波。其基本的直流變換電路包括降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、庫克變換電路，在本設計中采用的是降壓斬波電路中的典型BUCK電路。BUCK電路屬于降壓斬波電路，在固定頻率下通過脈寬調(diào)制的方式改變占空比，實現(xiàn)直流到直流的降壓變換使在負載上得到的恒定可調(diào)電壓。BUCK電路主要起降壓和儲能的作用，在本電路中由于直流供電電壓一定，而負載需要不同的可變的直流電壓，充電器控制系統(tǒng)中其輸入始終大于輸出輸出，所以采用脈寬調(diào)制方式的BUCK變換器。其中PWM脈寬調(diào)制信號有單片機提供，控制開關(guān)管的通斷。這種降壓變換電路的優(yōu)點是電路簡單、控制特性好、負載側(cè)電流波動?。欢蛔阒幨请娫磦?cè)電流波動大，只能降壓，不能升壓。 BUCK變換器電路圖 運算放大器LM358簡介LM358 芯片是一種常用于信號放大電路中的基本模塊，其內(nèi)部由兩個分開獨立的、增益較高、具有內(nèi)部頻率補償組成的雙運算放大器。運算放大器LM358中由兩級反饋回路組成，在正常的工作電壓范圍內(nèi)，可運用與傳感放大器的應用電路，具有直流增益模塊的開關(guān)電源和其他單電源供電運算放大器的電路模塊，這將得益于其極寬范圍的工作電壓。LM358封裝通常有塑封8引線雙列直插式和貼片式兩種形式，在電源電路中主要用作于比較放大器，并廣泛應用于電子產(chǎn)品設計的集成電路中。因LM358有直流電壓增益高(約100dB)、單位增益頻帶寬(約1MHz)、電源電壓范圍寬、低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流、輸出電壓擺幅大等特點，廣泛應用于電子電路中。其引腳圖如下所示： LM358腳位圖STC12C5A60S2內(nèi)部帶AD模塊有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達到250KHZ。單片機內(nèi)部自帶8路電壓輸入型A/D轉(zhuǎn)換模塊，通?？捎米鲇跍囟鹊臋z測、檢測電壓變化值、掃描按鍵、頻譜的輸出檢測