【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。 共陰極數(shù)碼管的 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起，通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻 數(shù)碼管字形編碼 要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。對(duì)照?qǐng)D （ a），字型碼各位定義如下： 數(shù)據(jù)線 D0 與 a字段對(duì)應(yīng)， D1 字段與 b 字段對(duì)應(yīng)??，依此類推。如使用數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段亮。如要顯示“ 0”，共陽(yáng)極數(shù)碼管的字型武漢理工 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 9 編碼應(yīng)為： 11000000B（即 C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為： 00111111B（即 3FH）。依此類推可求得數(shù)碼管字形編碼如表 。 表 碼管字形編碼 顯 示字 符 字形 共陰極 共陽(yáng)極 dp g f e d c b a 字型碼 dp g f e d c b a 字型碼 0 0 1 1 O O O O O C0H 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 2 1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 3 1 0 1 1 0 0 0 0 B0H 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 4 1 0 0 1 1 0 0 1 99H 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 6 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 7 7 1 1 1 1 1 0 0 0 F8H 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 9 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH A A 1 0 O O 1 0 0 0 88H 0 1 1 1 0 1 1 1 77H B B 1 0 0 0 0 0 1 1 83H 0 1 1 1 1 1 0 0 7CH C C 1 1 0 0 0 1 1 0 C6H 0 0 1 1 1 0 0 1 39H D D 1 0 1 0 0 0 0 1 A1H 0 1 0 1 1 1 1 0 5EH E E 1 0 0 0 0 1 1 0 86H 0 1 1 1 1 0 0 1 79H F F 1 0 0 0 1 1 1 0 8EH 0 1 1 1 0 0 0 1 71H H H 1 0 0 0 1 0 0 1 89H 0 1 1 1 0 1 1 0 76H L L 1 1 0 0 0 1 1 1 C7H 0 0 1 1 1 0 0 0 38H P P 1 0 O O 1 1 0 0 8CH 0 1 1 1 0 0 1 1 73H R R 1 1 0 0 1 1 1 0 CEH 0 0 1 1 0 0 0 1 31H U U 1 1 0 0 0 0 0 1 C1H 0 0 1 1 1 1 1 0 3EH Y Y 1 0 0 1 0 0 0 1 91H 0 1 1 0 1 1 1 0 6EH 1 0 1 1 1 1 1 1 BFH 0 1 0 0 0 0 0 0 40H . . 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 天 天 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH 0 0 0 0 0 0 0 0 00H XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) 10 第 四 章 硬件電路 開(kāi)關(guān)變換電路 PWM DC/DC 的含義和組成 所謂 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器，它是由半導(dǎo)體器件和儲(chǔ)能元件組成的。通過(guò)對(duì)其中開(kāi)關(guān)管的 PWM 通 /斷控制，將一種數(shù)值的直流電壓，轉(zhuǎn)換成所需要的另一種數(shù)值，并控制輸入與負(fù)載之間的功率流動(dòng)，把具有這種功能的轉(zhuǎn)換器叫做 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器。對(duì)于小功率 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器，只用一個(gè)開(kāi)關(guān)管、一個(gè)開(kāi)關(guān)二極管、一個(gè)電感和一個(gè)電容，就可以 組成一臺(tái)非隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。而 PWM DC/DC 中“三端 PWM 開(kāi)關(guān)”不同的組合，可以使 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器具有不同的降壓、升壓、和升降壓功能。而本設(shè)計(jì)中采用的是降壓型 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器。 Buck PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器 如下圖 所示為降壓型 PWM DC/DC 主電路它的工作原理是在高頻 PWM 脈沖控制下，以一定的占空比重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷轉(zhuǎn)換器中的 PWM 開(kāi)關(guān)組合，對(duì)直流輸入電壓Ui 進(jìn)行斬波，形成高頻脈沖方波電壓，再經(jīng)過(guò)濾波器濾波后接入負(fù)載。 圖 降壓型 PWM DCDC 轉(zhuǎn)換器 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器工作原理 Buck PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器在連續(xù)導(dǎo)電模式的工作原理根據(jù)圖所示可知：在一個(gè)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)過(guò)程將直流輸入電壓進(jìn)行斬波，形成脈沖寬度為 Ton 的方波。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，二極管關(guān)斷，輸入端直流電源 Ui將功率傳送 到負(fù)載，并使電感儲(chǔ)能；當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，二極管導(dǎo)通連續(xù)，二極管導(dǎo)通續(xù)流，電感上儲(chǔ)存的能量向負(fù)載釋放。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電感電流的平均值等于負(fù)載電流 Io。 在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)， PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器一個(gè)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間內(nèi)的伏秒面積平衡，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感承受的電壓對(duì)時(shí)間的積分為 0。 00 ?? tlTs du 式（ ） 式中 lu 電感承受電壓； ST 開(kāi)關(guān)周期； of fonss TTfT ??? 1 式（ ） 式中 sf 開(kāi)關(guān)頻率； 武漢理工 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 11 onT offT 已個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。 占空比又稱導(dǎo)通比 sonu TTD /? ， soffu TTD /1 ?? 式（ ） 以在連續(xù)導(dǎo)電模式工作下的 Buck PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器為例，由圖可得 t=0 onT 時(shí)， oil UUu ?? ； 式（ ） t= onT ST 時(shí)， ol Uu ?? 。 式（ ） iU 和 oU 分別為 Buck PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電壓。 進(jìn)一步可得： o f foonoi TUTUU ?? )( 式（ ） 故得在連續(xù)導(dǎo)電模式下的 Buck PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出 /輸入電壓的轉(zhuǎn)換比為 iou /UUD ? 式（ ） 圖 BUCK 變換器原理圖 整流濾波、初步穩(wěn)壓 整流就是把交流電變成脈動(dòng)的直流電的過(guò)程，整流的基本器件是二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦约?可把交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電，橋式整流電路如圖 所示。 XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) 12 圖 整流濾波電路 濾波是為了降低輸出電壓的脈動(dòng)成分，得到較為平滑的直流電源，常有的濾波電路有電容濾波、 RC（ LC）∏型的濾波形式。電容是一個(gè)能儲(chǔ)存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓 UC=Q/C。在電容量不變時(shí)，要改變兩端電壓就必須改變兩 端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時(shí)間常數(shù)。時(shí)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(guò)濾波后，輸出電壓的紋波減小，直流成分得到提高； 固定三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路如圖 所示，在輸入與公共端之間、輸出端與公共端之間分別接了 、 的電容 ,可以防止自激振蕩。 圖 三端穩(wěn)壓電路武漢理工 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 13 AT89C51 主控部分 單片機(jī) AT89C51 是系統(tǒng)的控制核心，主要是通過(guò)控制數(shù)摸轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)，并且控制顯示電路，電路如圖 。 圖 AT89C51 主控電路 主控電路中包括 AT89C51 工作的基本電路：復(fù)位電路和晶振電路，還有兩個(gè)按鍵： +SW 鍵和 SW 鍵，這兩個(gè)按鍵用于控制輸出電壓的增加與減小。 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832 DAC 模塊是整個(gè)系統(tǒng)的紐帶，連接著控制部分與穩(wěn)壓部分，電路如圖 XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) 14 圖 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用的是 DAC0832 單極性輸出方式，輸出 Vo=B*Vref/256，其中B 的值為 D0D7 組成的 8 位二進(jìn)制，取值范圍 為 0255， Vref 是參考電壓，該電壓有電阻 R2 和可變電阻 R3分壓所得，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻可以改變參考電壓 Vref。 穩(wěn)壓部分 穩(wěn)壓部分是系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)核心， DAC模塊輸出的模擬信號(hào)決定最終的輸出電壓，電路如圖 所示。 圖 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路中電阻 R7 和 R8 組成取樣電路，對(duì)輸出電壓進(jìn)行取樣，運(yùn) 放 TL082 構(gòu)成比較電路，對(duì)采樣電壓與數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出的電壓進(jìn)行比較以控制調(diào)整電路，三極管Q1 和 Q2構(gòu)成調(diào)整電路，調(diào)整電路通過(guò)改變?nèi)龢O管的管壓降來(lái)調(diào)整輸出電壓 。 顯示電路 顯示電路是對(duì)系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行顯示，使得整個(gè)系統(tǒng)更加合理話，由于只顯示輸出的電壓，所以顯示器件采用數(shù)碼管，電路如圖 ； 武漢理工 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 15 圖 數(shù)碼管顯示電路 利用 51 單片機(jī)輸出 PWM 波 51 系列單片機(jī)無(wú) PWM 輸出功能，可以采用定時(shí)器配合軟輸出的方法輸出其電路圖如下圖 所示，采用了高速光隔 6N137 輸出，并將 PWM 的信號(hào)倒相。 圖 利用 51 單片機(jī)輸出 PWM波 用 T0 定時(shí)器控制 PWM 的占空比， T1 控制脈寬。 T0,T1 設(shè)置成 16位定時(shí)器。 XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) 16 圖 可變脈沖 PWM 輸出 保護(hù)電路 引言 評(píng)價(jià)開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、可靠性為第一原則。在電氣技術(shù)指標(biāo)滿足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全 可靠地工作，必須設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路，比如防浪涌的軟啟動(dòng)，防過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)流、短路、缺相等保護(hù)電路。 種保護(hù)電路 防浪涌軟啟動(dòng)電路 開(kāi)關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會(huì)形成很大的浪涌電流， 特別是大功率開(kāi)關(guān)電源，采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá) 100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流，重者往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過(guò)流損壞；輕者也會(huì)使空氣開(kāi)關(guān)合不上閘。上述現(xiàn)象均會(huì)造成開(kāi)關(guān)電源無(wú)法正常工作，為此幾乎所有的開(kāi)關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動(dòng)電路，以保證電源正常而可靠運(yùn)行。 圖 采用晶閘管和限流電阻組成的軟啟動(dòng)電路 圖 V和限流電阻 R1組成的防浪涌電流電路。在電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流橋（ D1～ D4）和限流電阻 R1對(duì)電容器 C充電，限制浪涌電流。 當(dāng)電容器 C充電到約 80％額定電壓時(shí)，逆變器正常工作。經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻 R1，開(kāi)關(guān)電源處于正常 運(yùn)行狀態(tài)。 武漢理工 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 17 圖 K1和限流電阻構(gòu)成的軟啟動(dòng)電路 圖 替代 RC的延遲電路 圖 K1和限流電阻 R1構(gòu)成的防浪涌電流電路。電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流（ D1～ D4）和限流電阻 R1對(duì)濾波電容器 C1充電，防止接通瞬間 的浪涌電流，同時(shí)輔助電源 Vcc經(jīng)電阻 R2對(duì)并接于繼電器 K1線包的電容器 C2充電，當(dāng) C2上的電壓達(dá)到繼電器 K1的動(dòng)作電壓時(shí)， K1動(dòng)作，其觸點(diǎn) R1，電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。限流的延遲時(shí)間取決于時(shí)間常數(shù)（ R2C2），通常選取為 ～。為了提高延遲時(shí)間的準(zhǔn)確性及防止繼電器動(dòng)作抖動(dòng)振蕩，延遲電路可采用圖 RC延遲電路。 過(guò)壓、欠壓及過(guò)熱保護(hù) 電路 進(jìn)線電源過(guò)壓及欠壓對(duì)開(kāi)關(guān)電源造成的危害，主要表現(xiàn)在器件因承受的電壓及電流應(yīng)力超出正常使用的范圍而損壞，同時(shí)因電