【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 源，產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，穩(wěn)定性好，易于采購(gòu)。 理想的多路開(kāi)關(guān)其開(kāi)路電阻為無(wú)窮大，其導(dǎo)通時(shí)的電阻為零此外，還希望它切換速度快，噪音小，壽命長(zhǎng)，工作可靠。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中多采用集成電路多路開(kāi)關(guān)，其種類(lèi)、型號(hào)都比較多，有 8通道、 16 通道、甚至 32通道的。常用的多路開(kāi)關(guān)有 CD4051(八選 1)、菜單 4052（雙四選 1 ）、 cd4067（十六八選 1）等。本設(shè)計(jì)選擇的是 CD4051 芯片。 下面是對(duì) CD4051 芯片的詳細(xì)介紹： 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 14 CD4051 引腳圖 如下： 圖 CD4051 引角圖 功能圖 如下 ： 圖 CD4051功能圖 CD4051是 8通道多路開(kāi)關(guān)，由邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼器和 8個(gè)開(kāi)關(guān)電路組成。 CD4051的引腳如圖 ，圖中 C、 B、 A是二進(jìn)基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 15 制的控制輸入端， INH是允許輸入端。當(dāng) INH為高電平時(shí)，不論從 A、B、 C端輸入何值， 8個(gè)通道均不通；當(dāng) INH為低電平時(shí)，允許由 A、 B、C端輸 入 3位二進(jìn)制數(shù)，在 8路通道中選擇一路將輸入和輸出接通。CD4051允許雙向使用，改變圖中 IN/OUT和 OUT/IN的接法，可以實(shí)現(xiàn)“多到一”或“一到多”的轉(zhuǎn)換。 CD4051是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛使用的模擬開(kāi)關(guān)，直流供電電源為 VDD =5～ 15V，輸入電壓 UIN =0～ VDD ，它所能傳送的數(shù)字信號(hào)電位變化范圍為 3～ 15V，模擬信號(hào)峰峰值為 15V，當(dāng) VEE 接負(fù)電源時(shí)，正、負(fù)模擬電壓均可通過(guò)。接通電阻小，一般小于 80Ω， 斷開(kāi)電阻高，在 VDD VEE =10V時(shí)，泄漏電流的典型值為177。 10nA。 CD4051 應(yīng)用上有個(gè)非常值得注意的地方，那就是 VDD 的大小會(huì)影響到芯片對(duì)選通管腳的選擇端口 A、 B、 C 電壓高低的識(shí)別。比如當(dāng) VDD10V 時(shí)，要給 A賦高于 6V 的電壓才認(rèn)為是 A至 1了。當(dāng)VDD=8V 時(shí)，只要給 A 賦 5V ， A 就至 1。 （ 2） 開(kāi)關(guān)管的選擇 開(kāi)關(guān)管的要求： 必須能承受大功率。 開(kāi)路電阻為無(wú)窮大，其導(dǎo)通時(shí)的電阻為幾乎為零。 希望它切換速度快，噪音小，壽命長(zhǎng)，工作可靠。 對(duì)于這樣苛刻的要求也只有場(chǎng)效應(yīng)管方能勝任。 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管不同 ,它是一種電壓控制器件 (晶體管是電流控制器件 ),其特性更象電子管 ,它具有很 高的輸入阻抗 ,較大的功率增益 ,由于是電壓控制器件所以噪聲小 。 場(chǎng)效應(yīng)管是一種單極型晶體管 ,它只有一個(gè) PN 結(jié) ,在基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 16 零偏壓的狀態(tài)下 ,它是導(dǎo)通的 ,如果在其柵極 (G)和源極 (S)之間加上一個(gè)反向偏壓 (稱(chēng)柵極偏壓 )在反向電場(chǎng)作用下 PN 變厚 (稱(chēng)耗盡區(qū) )溝道變窄 ,其漏極電流將變小 ,反向偏壓達(dá)到一定時(shí) ,耗盡區(qū)將完全溝道 夾斷 ,此時(shí) ,場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài) ,此時(shí)的反向偏壓我們稱(chēng)之為夾斷電壓 ,用 Vpo表示 ,它與柵極電壓 Vgs 和漏源電壓 Vds 之間可近以表示為Vpo=Vps |Vgs|,這里 |Vgs|是 Vgs的絕對(duì)值 。 當(dāng) Vgs=0時(shí) Id(漏極電流 )=0,只有當(dāng) Vgs 增加到某一個(gè)值時(shí)才開(kāi)始導(dǎo)通 ,有漏極電流產(chǎn)生 。 并稱(chēng)開(kāi)始出現(xiàn)漏極電流時(shí)的柵源電壓 Vgs 為開(kāi)啟電壓 。 本設(shè)計(jì)是給 Vgs 提供足夠大的電壓，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大區(qū)， Ids完全取值于 Rds。 本設(shè)計(jì)選擇了 IRF3205，下面是對(duì) IRF3205 的詳細(xì)介紹： IRF3205 是大功率場(chǎng)效應(yīng)管 , 開(kāi)路電阻為無(wú)窮大，其導(dǎo)通時(shí)的電阻為幾乎為零 ,切換速度快 ,只要應(yīng)用得當(dāng) ,能長(zhǎng)時(shí)間工作 。 以下通過(guò)圖片來(lái)描述 IRF3205 場(chǎng)效應(yīng)管 與 Id 的關(guān)系 , 與Id 的關(guān)系 。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 17 圖 在室溫 25 攝氏度下典型的輸 出特性 圖 10 在 175 攝氏度下典型的輸出特性 從以上 2圖可以看出 與 Id 的關(guān)系基本不受溫度的影響 ,且只要大于 1V, Id 足可以超過(guò) 15A。 利用這點(diǎn)可以很好的解決當(dāng) 為 時(shí)向 ATX 電源提供大功率負(fù)載的問(wèn)題 。 圖 典型的傳輸特性 從上圖可看出 ,只要 6V, Id 能有可達(dá)到 100A。 足以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求 。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 18 圖 開(kāi)關(guān)時(shí)間波形 從上圖可以看出 IRF3205 易于控制 ,且開(kāi)關(guān)時(shí)間短 。 顯示模塊 該模塊的功能 :實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到信號(hào)的及時(shí)顯示 方案 1:用 LED 做時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示 。 優(yōu) 點(diǎn) :控制簡(jiǎn)單 ,價(jià)格低廉 ,易于購(gòu)買(mǎi) 。 缺點(diǎn) :浪費(fèi) CPU資源 。 方案 2:用 LCD做靜態(tài)顯示 。 優(yōu)點(diǎn) : 控制簡(jiǎn)單 ,價(jià)格低廉 ,易于購(gòu)買(mǎi) ,可以有效的節(jié)約 CPU資源 。 可以顯示字符 。缺點(diǎn) :浪費(fèi)單片機(jī)斷口 。本設(shè)計(jì)采用的是 LCD1602。 下面是 LCD1602 進(jìn)行詳細(xì)資料 。 表 1602B 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào)號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 雙向數(shù)據(jù)口 2 VDD 電源正極 10 D3 雙向數(shù)據(jù)口 3 VL 對(duì)比度調(diào)節(jié) 11 D4 雙向數(shù)據(jù)口 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 雙 向數(shù)據(jù)口 5 R/W 讀 /寫(xiě)選擇 13 D6 雙向數(shù)據(jù)口 6 E 模塊使能端 14 D7 雙向數(shù)據(jù)口 7 D0 雙向數(shù)據(jù)口 15 BLK 背光源地 8 D1 雙向數(shù)據(jù)口 16 BLA 背光源正極 VDD：電源正極， － ，通常使用 5V 電壓； VL： LCD 對(duì)比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為 0－ 5V。接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，但對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 19 因此通常使用一個(gè) 10K 的電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度，或者直接串接一個(gè)電阻到地； RS： MCU 寫(xiě)入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。 MCU 要寫(xiě)入指令 時(shí)，使RS 為低電平； MCU 要寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，使 RS 為高電平； R/W：讀寫(xiě)控制端。 R/W 為高電平時(shí)，讀取數(shù)據(jù)； R/W 為低電平時(shí)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)； E： LCD模塊使能信號(hào)控制端。寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，需要下降沿觸發(fā)模塊。 D0－ D7： 8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果 MCU的 I/O 口資源緊張的話，該模塊也可以只使用 4位數(shù)據(jù)線 D4－ D7 接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用 4 位數(shù)據(jù)傳送方式； BLA： LED 背光正極。需要背光時(shí)， BLA串接一個(gè)限流電阻接VDD， BLK 接地，實(shí)測(cè)該模塊的背光電流為 50mA 左右； BLK： LED 背光地端。 根據(jù)資料 ,只要對(duì)各端口進(jìn)行準(zhǔn)確的控制 ,可以很容易的實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě) 。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 20 3. 硬件電路 電源模塊 電源模塊采用的是最常用的 781 7805 穩(wěn)壓電路。硬件電路圖如下： 圖 直流電源 市電經(jīng)過(guò) 15V 的交流變壓器后進(jìn)行整流穩(wěn)壓可得到 +12V、 +5V電壓。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 21 單片機(jī)模塊 單片機(jī)模塊主要是起控制作用，具體電路圖如下： 圖 單片機(jī)控制模塊 為了便于畫(huà)圖，本設(shè)計(jì)主要是用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來(lái)繪圖。單片機(jī)要工作的基本條件都必須有，它包括晶振、電源等。上圖中 CON16 是 LCD 顯示模塊。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 22 AD 模塊 AD 模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì) ATX 電源輸出電壓的采集，具體電路如下： 圖 AD 模塊 本模塊采用 IN1－ IN5 這 5 個(gè) 模擬量輸入通道 ，對(duì) ATX 電源各個(gè)端口輸出電壓進(jìn)行采集，單片機(jī)給出控制 地址輸入 信號(hào) A、 B、 C 和控制 信號(hào) OE、 ST 控制其工作狀況， 數(shù)據(jù) 通過(guò) IN1－ IN7 傳送給單片機(jī)。 與電腦電源的銜接模塊 從廢舊的主板上拆下與電源銜接的 20 針座子，因?yàn)樵摻涌诎穗娔X電源出來(lái)的所有需要檢測(cè)的電壓。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 23 具體接口如下圖所示： 圖 電源接口 其中需注意的是 :必須將 4腳的針 同時(shí)插上，保證連接。電腦電源才會(huì)啟動(dòng)。其他的端口有多輸出端子，可以只接一個(gè)。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 24 4. 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總的流程圖 圖 系統(tǒng)流程圖 CD4051 控制子程序 void cd4051() { 開(kāi)啟信號(hào)？ 初始化各模塊， K=1 AD 采集 ++K==5？ 開(kāi)始 結(jié)束 數(shù)據(jù)處理 顯示 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 25 switch(ccd) { case(1):{A1=1。B1=0。C1=0。} break。 case(2):{A1=0。B1=1。C1=0。} break。 case(3):{A1=0。B1=0。C1=1。} break。 case(4):{A1=0。B1=1。C1=1。} break。 case(5):{A1=1。B1=1。C1=1。} break。 case(6):{A1=0。B1=0。C1=0。} break。 case(7):{A1=1。B1=1。C1=0。} break。 case(8):{A1=1。B1=0。C1=1。} break。 default:{INH=1。} } INH=0。 } AD 轉(zhuǎn)換子程序 void ad() { switch(cad) { case(1):{A=1。F=1。C=0。} break。 case(2):{A=0。F=0。C=1。} break。 case(3):{A=0。F=1。C=0。} break。 case(4):{A=1。F=0。C=0。} break。 case(5):{A=1。F=0。C=1。} break。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 26 default:{A=0。F=0。C=1。} } OE=0。 //啟動(dòng) ST=0。 ST=1。 ST=0。 OE=1。 delay1m(200)。 delay1m(200)。 //結(jié)束 P2=0xff。p20=p37。p21=p36。p22=p35。p23=p34。//數(shù)據(jù)高低位互換 p24=p33。p25=p32。p26=p31。p27=p30。 x1=P2。 } 顯示子程序 void setxy(char x,char y) /*X=行 (1~2)， Y=列 (1~16)*/ { //uchar c。 if(y1||y16)。 else{ switch(x){ case 1:DATA=0x80+y1。enable()。break。 case 2:DATA=0xc0+y1。enable()。break。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 27 default:break。 } } } void enable(void) { RS=0。 RW=0。 E=0。 delay15(5)。 E=1。 } void enable1(void) { RS=1。 RW=0。 E=0。 delay15(1)。 E=1。 } 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 28 5. 調(diào)試 AD 芯片與下載線的影響 調(diào)試 AD 過(guò)程中， OE端口直接用 P1^7 來(lái)控制，因?yàn)?OE端口會(huì)硬件拉低，使得下載線端口出現(xiàn)異常，怎么也燒不進(jìn)程序，開(kāi)始以為是因?yàn)閿嗦贰⒕д竦葐?wèn)題引起。后來(lái)才在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)是 OE 端口會(huì)硬件拉低引起的。 AD 的時(shí)序 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換