【導(dǎo)讀】隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益增高，穩(wěn)壓電源的智能程度也變得越來越高。心，組成數(shù)據(jù)處理電路，在檢測和控制軟件支持下，調(diào)整和控制開關(guān)電源的工作狀態(tài)。常適合一般的教學(xué)和科研使用。

　　

【正文】 19 圖 19 AT89C52 主控電路圖 為了使智能型穩(wěn)壓電源能可靠、安全地工作，系統(tǒng)設(shè)置了多重監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)，主要包括過熱保護(hù)、過流保護(hù)和短路保護(hù)，其中過熱保護(hù)采用中斷方式控制。單片機(jī)系統(tǒng)通過溫度傳感器和電流傳感器檢測開關(guān)電路的工作溫度和電源輸出電流，倘若溫度和電流超過給定值，單片機(jī)系統(tǒng)就切斷開關(guān)電路激勵(lì)信號并啟動(dòng)聲光報(bào)警。單片機(jī)對短路保護(hù)采用電壓和電流雙重檢測，只有當(dāng)電壓很低，電流很大時(shí)才啟動(dòng)短路保護(hù)。 ADC0809模塊電路 A/D 變換器的主要功能就是將模擬信 號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)接口進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。 ADC0809 是逐次逼近比較型轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)高阻抗斬波比較器。一個(gè)帶有 256 個(gè)電阻分壓器的樹狀開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)控制邏輯環(huán)節(jié)和八位逐次逼近數(shù)碼寄存器；最后輸出級有一個(gè)八位三態(tài)輸出鎖存器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 20 所示。 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 硬件設(shè)計(jì) 20 圖 20 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和引腳圖 八個(gè)輸入模擬量受多路開關(guān)地址寄存器控制，當(dāng)選中某路時(shí)，該路模擬信號 Vx 進(jìn)入比較器與 D/A 輸出的 Vr 比較，直至 Vr 與 Vx 相等或達(dá)允許誤差止，然后將對應(yīng) Vx 的數(shù)碼寄存器值送三態(tài)鎖存器。當(dāng) OE 有效時(shí) ，便可輸出對應(yīng) Vx 的八位數(shù)碼。 電壓和電流的采樣由單片機(jī)內(nèi)部的 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換來完成 , 其結(jié)果由單片機(jī)讀取 , 并進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。主要由電阻網(wǎng)絡(luò)組成的輸出回路采集信號 ,通過串入輸出回路將回路中的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號 , 將采集信號放大然后直接送到單片機(jī) A/D 口 [8]。 DAC0832模塊電路 D/A 轉(zhuǎn)化器 的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬信號，經(jīng)放大及驅(qū)動(dòng)加到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，對被控制對象實(shí)施控制。 直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換采用通用芯片 DAC0832。 DAC0832 的原理框圖如圖 21 所示。DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。 8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制； 8 位 DAC 寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制； 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制 2 個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 硬件設(shè)計(jì) 21 DI0DI78位寄存器DAC8位D/A轉(zhuǎn)換器8位輸入寄存器......amp。amp。amp。ILECSWR1WR2XFERLE1 LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC+ 5VD A C 0832V c cI L EV r e fR f bI out 1I out 2AGNDDGNDAV outD I 7 0CSX F E RW R 1W R 274L S 3738051P0 P WRA L EG 圖 21 DAC0832原理框圖 當(dāng) WR2 和 XFER 同時(shí)有效時(shí)， 8 位 DAC 寄存器端為高電平“ 1”，此時(shí) DAC 寄存器的輸出端 Q 跟隨輸入端 D 也就是輸入寄存器 Q 端的電平 變化；反之，當(dāng)端為低電平“ 0”時(shí)，第一級 8 位輸入寄存器 Q 端的狀態(tài)則鎖存到第二級 8 位 DAC 寄存器中，以便第三級 8 位DAC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換 [9]。 一般情況下為了簡化接口電路，使第二級 8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方式。 DAC 單極性輸出方式如圖 22 所示 。 圖 22 DAC 單極性輸出方式 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 23 所示 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 硬件設(shè)計(jì) 22 圖 23 DAC 模塊轉(zhuǎn)換電路 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 D0~D7 組成的 8 位二進(jìn)制，取值范圍為 0~255， Vref 是參考電壓，該電壓有電阻 R2 和可變電阻 R3 分壓所得，通過調(diào)節(jié)可變電阻可以改變參考電壓 Vref。 鍵盤輸入電路 單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀表等領(lǐng)域 、 隨著應(yīng)用和技術(shù)的發(fā)展、系統(tǒng)的集成度、復(fù)雜性的提高 ， CPU 對口線的數(shù)量要求也越來越多 ， 因此需通過適當(dāng)?shù)氖侄蝸韺纹瑱C(jī)進(jìn)行擴(kuò)展 ， 或通過其它方法減少口線的占用來達(dá)到用戶不同 的需求。然而 ， 傳統(tǒng)的單片機(jī)對鍵盤的控制 。 很多還是直接采用 CPU 口線或者通過擴(kuò)展外圍 I/O 口。 獨(dú)立式鍵盤僅需使用輸入接口，鍵盤中每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一條輸入線，這是最簡單的鍵盤結(jié)構(gòu)。當(dāng)有任何一個(gè)按鍵按下的時(shí)候，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即被置為邏輯 0（低電平），而平時(shí)該數(shù)據(jù)線上保持為邏輯 1（高電平），單片機(jī)程序中要通過查詢與鍵盤相連的 I/O 口線即可方便的實(shí)現(xiàn)按鍵處理。 行列式鍵盤 I/O 是采用口線構(gòu)成行列結(jié)構(gòu) ， 按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上在按鍵較多時(shí)可節(jié)省 I/O 口線 [10]。 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心，通過掃描行列式鍵盤根據(jù)掃描 得到的鍵值而做出相應(yīng)的處理。單片機(jī)的 I/O 口線 、 、 、 為輸出行掃描信號， I/O 口線 、 、 為列信號讀入端。 采用掃描鍵盤的工作方式，能及時(shí)響應(yīng)鍵入的命令或數(shù)據(jù)，但是這種方式無論是鍵盤上有無鍵按下， CPU 總要定時(shí)掃描鍵盤，而應(yīng)用系統(tǒng)在工作時(shí)，并不需要鍵輸入，因此 CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。為了提高 CPU 的工作效率，可采用中斷的工作方式，即只有在鍵盤上有鍵按下時(shí)，發(fā)出中斷請求， CPU 響應(yīng)中斷請求后，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序，進(jìn)行鍵盤掃描，識(shí)別鍵 碼 [11]。 鍵盤設(shè) 計(jì)如圖 24 所示： 09 數(shù)字鍵：設(shè)置要輸出的電壓值 復(fù)位鍵（ RST） ：重設(shè)輸出電壓值 存儲(chǔ)鍵（ SAV） :把當(dāng)前的電壓值保存到存儲(chǔ)器 預(yù)設(shè)鍵（ PRST） :把存儲(chǔ)器的預(yù)設(shè)電壓輸出 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 硬件設(shè)計(jì) 23 1 0 9 8 7 6g f G N D a b1 2 3 4 5dp.e d G N D c d pabcdefgD D+ 5V圖 24 鍵盤輸入電路 數(shù)碼顯示電路 輸出電壓采用 7段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管由 8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字 0 ?字符 A ? F、 H、 L、 P、 R、 U、 Y、符號“ ?”及小數(shù)點(diǎn)“ ?”。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)， （ a） 外型結(jié)構(gòu) （ b） 共陰極 （ c）共陽極 圖 25 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 共陽極數(shù)碼管的 8個(gè)發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(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)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻 。 顯示電路是對系統(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 26所示； 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 硬件設(shè)計(jì) 24 圖 26 數(shù)碼管顯示電路 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第四章 軟件設(shè)計(jì) 25 第四 章 軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖 系統(tǒng)軟件主要由主程序、鍵盤掃描 子程序、顯示子程序和 A/D 及 D/A 轉(zhuǎn)換子程序等組成。其流程圖如圖 27 所示。上電后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后調(diào)用取樣子程序，檢測當(dāng)前電壓和電流值并進(jìn)行顯示，調(diào)用過流檢測程序，若過流則斷電保護(hù)，電源重啟；否則繼續(xù)檢測鍵盤。 圖 27 系統(tǒng)軟件流程圖 初始化過程中 ， 先是將 AT89C52各個(gè)口 都 復(fù)位 ， 然后從 EEROM中讀出上次關(guān)機(jī)前存入的數(shù)據(jù) ， 控制開關(guān)電路 ， 并進(jìn)行顯示。初始化完成后 ， 開中斷。若有中斷請求則響應(yīng) ， 否則進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣并讀給定值 ， 然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 ， 若有短路或過流情況發(fā)生 ， 則調(diào)用報(bào)警保護(hù)子程序 ， 若沒有短路或過流情況發(fā)生 ， 則調(diào)用報(bào)警保護(hù)子程序 ， 若沒有短路或過流情況發(fā)生 ， 則接照電壓控制算個(gè)中斷服務(wù)程序分別是過熱檢測保護(hù)報(bào)警程序和鍵盤設(shè)定程序 ， 子程序是保護(hù)報(bào)警程序 [12]。 鍵盤 顯示 子程序 開始 系統(tǒng)初始化 調(diào)用 AD 取樣子程序 調(diào)用顯示子程序 過流檢測 掃描鍵盤 斷電保護(hù) 執(zhí)行按鍵操作 Y N N Y 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第四章 軟件設(shè)計(jì) 26 鍵盤及顯示子程序主要是用于判斷電壓有沒有調(diào)整的動(dòng)向和電壓值的顯示。其程序流程 圖如 圖 28 所示。 當(dāng)鍵盤有鍵按下時(shí)，程序判斷是數(shù)字鍵、復(fù)位鍵、存儲(chǔ)鍵還是預(yù)設(shè)鍵，如為數(shù)字鍵則可組成 0~255 中的任一數(shù)值，則進(jìn)入顯示子程序，如為復(fù)位鍵時(shí)，程序返回，重新輸入數(shù)值時(shí)再次執(zhí)行鍵盤程序，為存 儲(chǔ)鍵時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序，以上三個(gè)都不是時(shí)則讀入預(yù)設(shè)子程序。 圖 28 鍵盤控制子程序 軟件 消抖其實(shí)很簡單，就是查詢該按鍵兩次。第一次查詢到該按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段10 毫秒的延時(shí)程序，然后再一次查詢該按鍵，如果該按鍵的狀態(tài)仍然為閉合電平狀態(tài)，則確認(rèn)鍵真正有按下；若第二次查詢按鍵不是閉合狀態(tài)，則視為干擾。軟件消抖流程圖如圖29 所示 。 消抖 09 數(shù) 字鍵 復(fù)位鍵 存儲(chǔ)鍵 預(yù)設(shè)值輸入鍵 組合 0256個(gè)數(shù)值 讀入預(yù)設(shè)子程序 重新輸入數(shù)值 存儲(chǔ)子程序 顯示子程序 大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）