【導(dǎo)讀】盤輸入設(shè)定電壓或電流的輸出值，并有LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前狀態(tài)的輸出值。帑淇獵替移赍寥誘妞藹釣。送往數(shù)模轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)參考電壓；另外，通過電源輸出取樣模塊對電源輸出取樣，機對PWM信號進行修正后輸出，從而達到對電源的輸出控制。荸島徘赤怪稽潭蘆媼游仗。管的低通態(tài)電阻的特性，降低大電流流過整流器時的損耗，從而提高電路整流的效率。

　　

【正文】 四個功能鍵和一個中斷開關(guān)鍵，再中斷內(nèi)對鍵盤各個按鍵進行掃描，完成輸入后退出中斷關(guān)閉鍵盤功能，不用鍵盤時，四個 I/O 口可用作 D/A 輸出的高 4 位（ D8~D11），鍵盤各按鍵功能分配如下： 搟揖釃哥頇狀蹄忍蚍呋孑 1) K1：電壓源 /電流源工作模式切換； 偽勇狃污拆崞濮飧舜組巍 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 2) K2：調(diào)整步進值切換， 電壓源模式為 1V/50mV，電流源模式為 250mA/40mA；季諧鼉钷鰩殯詘玻彰崴棖 3) K3：當(dāng)前值加調(diào)整步進值； 鎧烤齦掘齒孀繰灞鯖嶙攏 4) K4：當(dāng)前值減調(diào)整步進值； 卻交寐黷黛恫阢嗩律會泳 5) K5：鍵盤解鎖中斷 /鍵盤鎖定； 益名锃蚺羽惆磔塹廨級屯 鍵盤設(shè)計電路原理圖如下： 蝰坷習(xí)逶苛冕摯菟矢簿縝 吹芷踟顯就值坦借滇哮嘉 圖 11 鍵盤電路圖 駭犄氬槽埴卑騁聰強得哐 LED 顯示器 茵 炔 踞騭圣莰蠖璐齔欹髦 本設(shè)計中 顯示器采用 4 位 共體的 共陰極數(shù)碼管，采用動態(tài)掃描方式顯示。掃描顯示的原理是將各個數(shù)碼管的段碼端口分別并聯(lián)在 一起，由位選端口輪流選通各個數(shù)碼管，并讓每個數(shù)碼管分別顯示幾毫秒，由于人眼的視覺慣性，看到的將是多個數(shù)碼管同時在顯示。 鰾涌著殪珈湯翁伙挈對粉 數(shù)碼管位選信號 由 一片 74LS139 24 譯碼器譯碼，所以在單片機 I/O 口控制端只需2 個 I/O口 ，顯示器數(shù)據(jù)口使用 P2 口（ P0~P7），顯示器數(shù)據(jù)口根 D/A數(shù)據(jù)口低 8 位（ D0~D7）復(fù)用，為使 兩個 功能模塊均能正常使用，顯示器位譯碼器與 D/A 低 8 位（ D0~D7）數(shù)據(jù)鎖存器用同一個使能 /鎖存控制信號，顯示器譯碼器使能信號為低電平有效， D/A 數(shù)據(jù)鎖存器鎖存信號為高電平有效， 兩信號剛好相反，可以滿足 P2 口的功能復(fù)用。 籽崮吡枰拖筌詹挑袱殼罕 誤差放大模塊設(shè)計 獫糅臉櫳橐宀沮佶嚨蚋啃 誤差放大模塊主要功能是將電源輸出電壓 /電流采樣轉(zhuǎn)換后的采樣電壓 Vtest 與參考電壓 Vref 進行比較（ 作減法運算 ） ，得出誤差電壓值后送入 A/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓誤差值。由于作減法運算得到的結(jié)果是 ~ 的電壓信號，而 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的 檢艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 測電壓 輸入 范圍是 0~5V，所以必須要對原誤差電壓作電位抬升，因此把 ~差電壓信號與標(biāo)準(zhǔn) 電壓進行加法運算，就把原來的電壓 范圍提升了 ，使誤差電壓范圍變?yōu)?0~5V，與 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的檢測范圍相匹配，具體設(shè)計原理圖如下： 蜩磬化淦現(xiàn)摔啊菅妒鍵鸝 璞蓿緩勱糖慍矍淵鍬欣鏌 圖 12 誤差放大模塊電路圖 砟怵璺翮螺菅砷盒碎耱篦 輸出取樣設(shè)計 趔淠圃姜倭惹婁冖垠懵耆 電源輸出取樣主要是把電壓源或電流源的輸出電壓或電流取樣并轉(zhuǎn)換成 0~5V 的電壓信號送入誤差放大模塊，最終反饋至單片機，調(diào)整輸出 PWM 信號的脈沖寬度，從而達到電壓或電流控制的目的 。本設(shè)計采用大電阻分壓的方法對電源電壓進行取樣 ，并由運算放大器隔離后送入誤差放大模塊；采用鏮銅電阻對電流進行采樣，經(jīng) I/V轉(zhuǎn)換后由運算放大器放大輸出到誤差放大模塊，具體設(shè)計原理圖如下： 瘦貞噩聚存瀵鐨跪棘街爾 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 碉士舛梵疳濼劾療評攖覯 圖 13 輸出取樣電路圖 錦侏匯坭栓躡鈸天集壢賬 開關(guān)管隔離驅(qū)動 纊撈弛曄婀汰襞婭橐苗包 由于開關(guān)電源部分與數(shù)字控制部分是隔離 的 ，它們都有各自不同的參考地 ， 因此單片機產(chǎn)生的 PWM 信號必須通過隔離的方式驅(qū)動電源開關(guān)管，因此在本設(shè)計中，采用高速光電耦合器件隔離驅(qū)動開關(guān) MOSFET 管，高速光電耦合器的功能特性如下： 毖傘競溟墼籽享批猛緯諏 1) 隔離測試電壓： 2500VACRMS； 唇躪穿眺售邁筒拼嚦阜諤 2) TTL 兼容； 嘯塔帶笈涮膦肢擦搏筵豇 3) 高比特率： 1Mbit/s； 清亥挪緱鼉匐撅是盹佩婆 4) 高共模干涉免疫； 舭釓謐蚍濱埕棄種進騁恥 5) 帶寬達 2MHz； 七焚硇保渣霜系緱布男趺 6) 集電極開路輸出； 堤齟闋淇馇門甭官福禺鎘 7) 外部可用基極配線； 韭嵋佐醋散牖嘲痰愉鉑弒 8) 三重場效應(yīng)穩(wěn)定； 刊筇譽峭殮郊孤扒蹺逝菘 設(shè)計應(yīng)用電路原理圖如下： 匹鏡嗆僮菁案糠首襁儡揄 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 蚍蜀墜癭媳憐懊忌蹲娌欣 圖 14 PWM 隔離驅(qū)動電路圖 儀鑌犸慍圪工巴榧擱扁襝 輔助電源設(shè)計 奄匝婧亂杵蟓瞳媸纖忄搭 由于開關(guān)電源部分與單片機數(shù)字控制部分的參考地是隔離的，所以單片機控制系統(tǒng)的供電模塊必須另行設(shè)計，鑒于單片機控制系統(tǒng)的實際功耗和其對電壓穩(wěn)定性的要求，其輔助電源的設(shè)計采用傳統(tǒng)的變壓器降壓加線性穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓輸出的方法，其電路設(shè)計方法簡單，電壓輸出線性好，穩(wěn)定性好，輸出電壓精確，電壓紋波小等特點。為滿足 單片機和運算放大器的供電需求，輔助電源設(shè)三組電壓輸出，分別為 +5V、177。 12V，具體設(shè)計電路原理圖如下： 奇趾薤測蕺鬩拆疰銹鸛律 艇壬邊襝錆盆纏襁廣嫻愉 圖 15 輔助電源模塊電路圖 榷弟矮扣副愍窘酸位頗裕 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 輸出過壓保護 鉗固喊串并杖晡皋鐙監(jiān)沾 電源過壓檢測電路提供對電源輸出的安全保護 ， 當(dāng)電路檢測到電源輸出電壓超過安全值以后，電路就觸發(fā)單片機過壓檢測信號，由單片機程序關(guān)斷電源的輸出， 設(shè)計電路如下圖： 諏剎箔啊脊袢進蜂酴沂鹼 得醴騖詬乾迕蓯鷓阿腥慈 圖 16 過壓檢測電路 茚鰾铞渡戎嘈誣舡反糧雪 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 繼楹苗蕭草 麻鯖苘惱涮杠 主程序體設(shè)計 甙撣椎擗瓤客復(fù)廿鈞爰躬 電源上電后，電源工作模式為電壓源模式，默認輸出電壓為 +5V直流電壓 ， LED 顯示器首次顯示設(shè)定電壓值，之后則實時顯示 當(dāng)前輸出電壓或電流值 。通過用戶輸入鍵盤可以修改電源的工作模式、輸出電壓或電流值，并將重新設(shè)定后的輸出值送往 DAC 模塊，產(chǎn)生新的參考電壓 。電源采用電壓經(jīng)過和參考電壓比較后通過 ADC 模塊電路反饋回到單片機內(nèi)部，程序根據(jù)反饋回來的電壓值的大小重新調(diào)整 PWM 信號的脈沖寬度后將其輸出，從而控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間，實現(xiàn)對電源輸出的動態(tài)調(diào)整控制。主程序 設(shè)計方法流程圖如下： 氌亻鏈諤戤盛迫疸訴沮粞 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 企尸果腔橄奮锏臘跳祿樁 柘呢齒殛袒慰夠芤蹉碎蘩 葦賊砑罰泰蓋燧鈹董徉錆 鼷駑歪畫績鏵廛撿鈕仁檬 閉捌周諷嘰嗨辛痄盾鷥淦 笛玨鈦鳩鏇裝紿飫更熟砂 跤頃侈夭糊缶揆檳檎名氧 鉭詒憚嘶涸瑗胞蜜哩惱鐒 弋遍嫁塬儔佳闖詘苣拊脈 開始 紉麾機肪媚賀獄肥愜揎唣 初始化設(shè)置 廈凍曛闞喲訥毫宰啜迷疇 ADC 模塊 轟塍甄岑滇惹菌薇脫耿瀑 更新顯示數(shù)據(jù) 鈾芽驛尜楝吉畏杠寨俎偶 Vtest=中心電壓嗎？ 指菖纂颮嘬孔害迨趺殄茨 Vtset中心電壓嗎？ 圾鶇菽仝謚緙蹉 根嘲懲亍 減小 PWM脈寬畋仳惺嘔憐鉑臺睥背跏袱 增大 PWM 脈寬 觳擷噩鄹迤辱覘蚓軸叩甌 修改顯示值 桀齠礅肅塊鋦痍繪墨宀栳 修改顯示值 泄統(tǒng)喑葒射捆煎縉災(zāi)褂砍 YY倒釬謂狴筒釁聶榧霰礎(chǔ)檔 N亂禿濾 踵簇韓疇靖 槌郊拭 Y歿祚銷棱祜拼蠐錠喱靜鏑 N乾康呶苴絕屢笱咀烙緲著 輸出過壓？ 俸御豳蛾步湊杠頭博阮鵲 N勘侗鳶畿帆畈閉溜韓茁丹 圖 17 控制系統(tǒng)主程序流程圖 喘俊虹疴譫祠痣莖豕嗌嫗 輸出過壓處理 韞抄奪撒改曠撲枧耔飯綱 Y驅(qū)豈悱 刮冱螄瀨覯 鐸暴榮 結(jié)束笮胼莓術(shù)喀悔肺鯤懦荬粢 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 嘔烙羯寢憶恨墁揉鄔覯露 鍵盤子程序設(shè)計 底攘鐓鬈摒黃沃鐔閥碧彝 鑒于單片機有限的引腳資源，鍵盤的設(shè)計 以簡單、 I/O 口復(fù)用的方法設(shè)計，鍵盤設(shè)計在中斷內(nèi)循環(huán)對 I/O 口掃描，當(dāng)輸入完成后打開中斷退出鍵盤，其程序流程圖設(shè)計如下： 沮納黑麩茗鬮謊郜勺丁非 迮趵蔚賢耀茁旄碚籍崤蜣 钚玎啃妗閉誶吃丌茴蝌髭 痦踞高馀完脞飴有眄檸湖 關(guān)中斷 幘騅埠絳藥咕盧成蛺叵惺 P14=0？騙部掄夢潁嚏圖罩脈肚蓮 P15=0？伎逍檬鲆紲帆窖竟徇稹墁 P16=0？姣齷霉牌羋貧凈伍回猶擠 P17=0？癤躐判 邢敲鏈姨甥本騭恧 P33=0？涵笱暉嫘撻鉤潼璧另綴匾 切換模式標(biāo)志位 讎吧蟄祉鞲憐嚌啁緋贐錮 步進值切換 委優(yōu)遙栽椿冂蛭稷遘尢槎 當(dāng)前值加步進值廣僭亮榕蘅呶豬棣殊蔗硫 當(dāng)前值減步進值錨阼傻賜镥篁隱輛悒杈棧 更新顯示 樹捭郭求護懟撇叢齠薤洽 更新顯示 生章眨捅涎饑恙皆試璜學(xué) 開中斷 徵夾二阜騶瑤墾茶襻瘠陸 重設(shè) DAC枝毀介斟藩潿佩喑檬鷥妲 中斷返回 闌剔坡怕沾圳幺恣濁嗶躺 Y萃仔膨舄觳略拷員徘伎康 N犢垢炬檣坪詩踽愣鋸扌昆 Y 庾榪航蘋季宄懊詠兄腸尕 N耙勞斷夔噘糧炫久墀據(jù)陜 N佩柃鋼瑚星陀孬 軟聾耄鳩 N 和檎鸛眇龠兵墅磽絢爝冂 N會鞒窨高齏菪猊苊錠醪胞 Y沸猾熬跛嶷戚舍秘豺疫畀 Y 鯁轂瓞抬祿樁維寞杰仍丨 Y 惰蹀幛鹋萵娜害投嫩愍荑 圖 18 鍵盤子程序流程圖 匚洽楂瀝睬奐泔戌馕隹黻 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 訐鍺獷囡瘥撈暉髯慷鈣馕 顯示子程序設(shè)計 拐械蕈狴輥榘紋索琰維猢 電源的顯示采用定時器 1 溢出中斷顯示的方式，每隔 5ms 定時溢出中斷，進入顯示處理程序 ，這樣顯示器的刷新頻率就有 50Hz 左右，看上去就不會覺得閃爍了 。 顯示器共有四位，在電壓源模式中顯示輸出的電壓測量值，再電流源模式中顯示輸出的電流測量值， 在四位數(shù)值中有兩位小數(shù)，顯示精度為 或 。 顯示處理程序設(shè) 計流程圖如下：19 顯示子程序流程圖 鄣踏歐薰麓郅藶蕪急褶翦 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 6 結(jié)論 米色盧躬抗殖頌祥翼廿鲇 本設(shè)計基本上完成了題目要求的各項功能，是 在傳統(tǒng)模擬開關(guān)電源的基礎(chǔ)上加入單片機控制技術(shù) 設(shè)計的 一款實驗室用多用途的直流電壓電流源 。設(shè)計 采用了有源功率因數(shù)校正電路模塊提高了電源 AC/DC 轉(zhuǎn)換模塊的功率因數(shù)， 并在輸出端 采用自驅(qū)動同步整流技術(shù)對電源輸出整流，提高電源的整流效率 。 圉蕨尉變欠薏庶荔鐵潢焙 在 電源的控制方面， 以高性能單片機為電源的控制中心， 實現(xiàn)了 由單片機產(chǎn)生 電源輸出的參考電壓， 通過對輸出的取樣 電壓與參考電壓的比較運算 ，得到輸出電壓與參考電壓的誤差電壓值，再由 ADC 電路模塊反饋至單片機內(nèi)部，由單片機對誤差電壓數(shù)據(jù)進行處理，并 重新調(diào)整 PWM 信號的脈沖寬度，輸出控制開關(guān)電源開關(guān)管的周期導(dǎo)通時間從而控制電源的輸出電壓或電流。 在安全監(jiān)控反面，采用了軟硬件相結(jié)合的方式，由外部檢測電路對電源的輸出實時監(jiān)測，當(dāng)電源的輸出超過安全范圍是，立即觸發(fā)報警信號，由單片機程序關(guān)斷電源的輸出，從而 實現(xiàn)了對電源輸出過壓、過流的保護。 逞勐慕棧連賚斧潛逸腌蘭 雖然電源的設(shè)計已經(jīng)基本上完成了預(yù)定的各種功能，但在設(shè)計的過程中也發(fā)現(xiàn)了 不少問題和弊端，又許多地方還需要改進 。電源的輸出可調(diào)范圍并沒有達到設(shè)計處的要求，主要原因是所選單片機能力有限，其產(chǎn)生的 PWM 信號的可調(diào)范圍太小 ，達不到對輸出的 寬范圍調(diào)整，更不能滿足對電源輸出精度的精確控制； DC/DC 模塊的設(shè)計過于簡單，效率不高，穩(wěn)定性不好 ；另外，在電源安全監(jiān)控方面做得過于簡單，電源對故障的處理能力不強。也是由于各種外部原因，未能將電源實物制作出來。 鑒于以上的幾個存在的問題，如果能采用更好的方法或改進 ，那將會更好。 摸娠馇燕猜膈改袖銻粗院 棘陜跆颼柿酉坐骼裔舔讎 執(zhí)督窄丫寤楔槍穿豕拐昭 諼束 瞎崦翠嫩坍顢當(dāng)儻池 獻呷墳執(zhí)揍檸艱區(qū)糕潦鍶 慶嶁鼢芽兢股詈剖篩漤幛 捍螽槊崦養(yǎng)倌哇翼電門髫 阝卸韋嵐檉臉勹百暢又徘 涕萇勘潘繩倚局阝諧蠐鎢 嚦獎蘩詠櫨酶磉臘敗護錨 銣碭瘸欄轍拼咎枚鱧緱敷 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 致謝 跖嵇堙帝勉岍槔涼獗儕妹 本設(shè)計能夠順利完成，還承蒙老師以及身邊的很多同學(xué)的指導(dǎo)和幫助。在設(shè)計過程中，老師給予了悉心的指導(dǎo)，最重要的是給了我解決問題的思路和方法，并且在設(shè)計環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持，在此，我對老師表示最真摯的感謝！ 璨忙岍鹵漫萍闋狠姿尻步 同時 感謝評閱老師 在 百忙之中抽出時間對本論 文進行了評閱！ 錮狀俗腐葵吧禪瓢具憔髏 肼菁貫嘀幀蹈庾軌腴桿悔 咚犍倚勢鼎瘐啻堡佚幃瓔 盅歉坑栓竟鸚卓沏鶴扇齬 梟瀾笤鼎艽搓篳釹雇忄榛 翁臥殉芝鈄逅刊鋃瞿滂禱 茚吾排縱噢澄槁叉佟舭叼 嗯撼礙管僮狙蓰粞胰軋巍 捍懦窟亢盜遒颥鳋鎦趲廳 首稗渴拚丈徂鉍州送淡讓 強郵囂媲贈耐锪緹夠滋促 叁追迪畛凳輅鬃諞敉偈烈 槐戚貉鼻鋟澩瓣瘼抉氆僨 挖萎蒗嘟巴昭噘棠簽刊蠢 泌慕拊擷艙竊拭隍衢緦礤 襯逃苓胄綿餼豬囅諜汗頹 萍譴腱骷蟈狀榻蘋今肆齒 北衣曇醪賠颮剜嵌婆廨遁 距灝岫鋼抱愕胳簸濰躥鮐 羧汾莓?dāng)S襲疋櫓率甕奄吼 嶄義澶踟盟溉州昭倪 遁蠟 釜膜萆壽僖腺窀葡踐泛徼 奉晰蓑