【導讀】斷的時間比來穩(wěn)定輸出電壓的一種新型穩(wěn)壓電源。它是在電子、計算機、通信、電氣、航空航天、軍事以及家電等領域應用非常廣泛的一種電力電子裝置。具有電能轉換效率。高、體積小、重量輕、控制精度高和快速性好等優(yōu)點。用了單片機實現(xiàn)。在這次設計文檔中，詳細闡述了開關電源與線性電源的比較，方案論。證，總體結構設計，通過鍵盤預置期望輸出電壓值，模/數(shù)轉換器對輸出電壓進行采樣，由軟件控制單片機輸出相應的脈沖寬度，對開關電源進行脈寬調制，輸出預期的電壓。

　　

【正文】 . 2KR120 0R247 0R322 0R83. 3KR93. 2KR 102. 5KR 1110 0R 1510 KR 1410 KD31N 5 23 2BQ22S C 2 54 7Q32S C 2 54 7Q12S A 10 85D210 B Q 0 40L1B 824 32 C 1 56 4K 00 0C110 00 uI N P U T50 VQ42S C 2 54 7OUT 圖 開關電路與輸出整流濾波電路 保護電路 如圖 所示，在實際應用中常常會出現(xiàn)因為一時 疏忽或誤操作而導致的燒壞芯片情況，因此設計一個優(yōu)秀的產品，應該具有良好的保護功能，過壓保護是一個很好的選擇，在這次設計中，考慮到成本問題，采用過電流保護。 其原工作理為：在電源輸出端，設置負載電流檢測電阻 R0，通過 R0 將負載電流 Io變成過流檢測電壓 IoRoVo ?? ,三極管作為過流控制管，當開關電源負載電流vRoIo ?? 時，過流控制三極管導通，電源輸出電壓由過流控制管集電極輸出，觸發(fā)晶閘管導通，將開關電源負載短路，實現(xiàn)保護。該電路有自鎖功能，一旦負 載電流增大的持續(xù)時間超過 C1 的充電時間，電路觸發(fā)后，即使負載電流恢復正常，也不能解除保護狀態(tài)，必須關斷電源，排除過流因素，晶閘管才能復位。電路中 Ro 阻值的選擇根據(jù)負載電流保護閾值而定，一般 Ro 取電阻值極小，在開關電源正常負載電流時其壓降不足。 R1 和 C1構成保護啟動延時電路，以免開機瞬間負載電流沖擊造成誤動作。下圖中，電感和輸出端電容之間的部分是保護電路。 廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 20 圖 過流保護電路 控制電路設計 控制電路采用 89c52，該芯片有 32個可編程的 I/O 口，在此介紹需要用到的單片機管腳功能。 RST：復位輸入，當振蕩工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。 即便 不用訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號， 所以 它可對外輸出時鐘或定時目的。 值得 注意的是：每當訪問外部存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 EA/VPP：外部訪問允許。當訪問外部存儲器時， EA 必須保持低電平。訪問內部存儲器時，EA 端接高電平。 振蕩電路 本次設計采用的是石英振蕩電路，外接電容 C C2 的容量 的大小的取值會影響振蕩頻率的高低、振蕩器的工作穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用陶瓷振蕩器，應選擇容量為 30— 50PF，對于石英晶體，選擇 20— 40PF，這里我們選擇電容為 22PF，晶振為 24M赫茲。 復位電路 單片機復位電路有上電復位，按扭脈沖復位，按扭電平復位。上電復位是利用器充廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 21 電實現(xiàn)。電阻取 1k，電容取 22uf。 本次設計在調試過程中使用的是 89S51，該單片機與 MCS51 系列完全兼容，工作頻率 0到 33M赫茲，支持系統(tǒng)編程，只需要從電腦引出幾根線即可。該燒寫器電路及用戶界面，均可以從網(wǎng)上獲取 。 反饋電路設計 反饋電路使用 ADC0809采樣輸出電壓，該器件只能轉換 0到 5伏的電壓，超過了會燒毀芯片，當要采集大的電壓時，可以通過電阻分壓再采樣，在程序中再乘以一個分壓系數(shù)，以代表輸出電壓值。 ADC0809 是屬于連續(xù)漸進式（ Successive Approximation Method）的 A/D 轉換器，這類型的 A/D 轉換器除了轉換速度快（幾十至幾百 us）、分辨率高外，還有價錢便宜的優(yōu)點，普遍被應用于微電腦的接口設計上。 下圖為 ADC0809 的接線圖： 圖 ADC0809接線圖 顯示電路設計 液晶顯示器以其體積小、厚度薄、重量輕、耗能少、無電磁輻射、畫面無閃爍、避免幾何失真、抗干擾等諸多優(yōu)點被業(yè)界和用戶一致看好。 LCD128X64 是一種具有 4位 /8位并行、 2 線或 3線串行多種接口方式，點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64。可以顯示 8 4 行 16 16 點陣的漢字 ， 也可完成圖形顯示 。低電壓低功耗是其又一顯著特點。 該模塊構成的液晶顯示方案與圖形點陣液晶顯示模塊 比較 ， 不管 電路結構 還是 顯示程序都 簡便 得多。 廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 22 基本特性 : （ 1）、低電源電壓（ VDD:++） （ 2）、顯示分辨率 :128 64 點 （ 3）、低功耗 （ 4）、內置 128 個 16 8 點陣字符 （ 5）、 2MHZ 時鐘頻率 （ 6）、顯示方式： STN、半透、正顯 （ 7）、驅動方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS （ 8）、視角方向： 6點 （ 9）、背光方式：側部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5— 1/10 （ 10）、通訊方式：串行、并口可選 （ 11）、內置 DCDC轉換電路，無需外加負壓 圖 LCD 接口電路 單片機與鍵盤接口電路設計 本文鍵盤采用 16 個按鍵，由軟 件定義功能， 鍵盤設計需解決的幾個問題 ： 鍵盤是若干按鍵的集合 ,是向系統(tǒng)提供操作人員干預命令的接口設備 。 按 鍵可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型 。 編碼鍵盤可以自動 識別按下的鍵 同時生成對應的 代碼 ,通過 并行或串行方式送給 CPU。 這種鍵盤的優(yōu)點是使用方法簡便 ,接口 簡易 ,反應快速 ,缺點是成本較高。 非編碼鍵盤 則通過軟件來確定按鍵并計算鍵值 .這種方法雖然沒有編碼鍵盤速度快 ,但它價格便宜 ,組態(tài)靈活 ,因此得到廣泛的應用 . 鍵盤是計算機應用系統(tǒng)中一個很重要的組成部分 ,設計時必須解決下述一些問題。廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 23 鍵盤實際上是一組按鍵開關的集合 ,其每一個按鍵就是一個開關量輸入裝置 。按鍵的 閉合 ,受控 于彈性開關的合 ， 斷兩個狀態(tài) ,電壓上 的表現(xiàn) 就是出高電平或低電平 ,高電平表示斷開 ,那么 低電平 就表示 鍵閉合 。 所以 ,通過電平狀態(tài) (高或低 )的檢測 ,便可確定相應按鍵是否已被按下 .鍵盤中有無按鍵按下是通過列選線讀入掃描字及行線讀入行選線的狀態(tài)進行判斷的。判斷的過程是：將列選線的所有 I/O 線均置成低電平，然后將行線的狀態(tài)讀入累加器中。如果有鍵按下，則至少會有一根行線被拉至低電平，從而使行輸入不全為 1。 判斷按下的是哪一個鍵的方法是： 將列選線依次置為低電平，然后檢查所有行線狀態(tài)，如果不全為 1，則按下的鍵在這一列，而且是在與低電平行線相交交點上的那個鍵；如果全為 1，則按下的鍵不在此列。因為鍵盤在 按下過程中會產生抖動，單片機可能錯誤地認為是按下幾次，這樣會造成誤操作，因此在鍵盤處理程序中要加延時去抖動程序。 由于鍵盤本身的構造或者不規(guī)范的操作都會導致鍵盤抖動，鍵盤抖動會影響數(shù)值的正確輸入，造成錯誤的操作，要防止。 廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 24 4 軟件設計 總體編程思想 單片機控制系統(tǒng)軟件設計思路：系統(tǒng)掃描鍵盤輸入，當鍵盤有輸入 ，系統(tǒng)立即會做出響應，根據(jù)采樣電壓與鍵盤輸入之間的差值，更新脈寬，輸出用戶期望的電壓，隨后系統(tǒng)仍掃描鍵盤，當沒有再次輸入時，系統(tǒng)調用 PID 控制算法，控制輸出電壓穩(wěn)定。 電源額定電壓為 12v，初始化把設定值設為 ，系統(tǒng)掃描鍵盤時，若與該電壓相等，系統(tǒng)調用 PID 算法，在系統(tǒng)每次調用 PID 控制算法前，若有鍵盤輸入，系統(tǒng)優(yōu)先響應鍵盤輸入，更新脈寬。 軟件子程序包括： （ 1）鍵盤和數(shù)碼管掃描子程序， （ 2） ADC0809 轉換子程序， （ 3）定時器 0中斷產生方波子程序， （ 4） PID 控制子程序， （ 5）定時器 1中斷修改占空比、進行 PID 控制、數(shù)碼顯示子程序。 鍵盤防抖動子程序 按鍵操作過程中 ,往往無意中同時或先后按下兩個以上的鍵或者連擊 ,發(fā)出錯誤的指令，為了防止這種情況，在程序中進行兩次判斷，以確認按鍵。即先判斷當前是否有鍵按下，有鍵按下，延時，再次判斷是否仍有鍵按下，若仍有鍵按下，確認按鍵，進行鍵盤處理。 任務要求有電壓預置功能，在程序中將八個按鍵分別定義為：加 1，加 10，加 100，向上切換鍵，減 1，減 10，減 100，向下切換鍵。 滿足電壓預置要求，通過切換可以顯示當前預置電壓值，輸出電壓值， PID 控制增量以及 PID控制的比例、積分、微分三個參數(shù)。 廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 25 圖 鍵盤防抖動流程圖 顯示子程序 為了使得控制精度達到 ，采用 LCD，可以顯示到小數(shù)點后兩位，通過鍵盤，實現(xiàn)較為精確的控制效果。軟件設定 4 個顯示緩沖區(qū)，存儲個位，十位，小數(shù)點后 1 位，小數(shù)點后 2位。 采樣前，先進行芯片的選擇（即片選 CS） ,隨后 ,必須在時鐘（ CLK）下降沿到之前對數(shù)據(jù)進行采樣 最后 ，為了防止采樣中出現(xiàn)遺漏，在程序結束前還需設計一段檢查程序，經(jīng)檢查采樣完成后，才 能結束程序 是否有鍵入 延時 是否仍有鍵入 確認按鍵，進行鍵盤處理 結束 否 開始 是 是 否 廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 26 圖 顯示子程序流程圖 采樣子程序 由于 ADC0809 工作電壓 為 ： +5V，即 VCC=+5V。 所以 ADC0809 只能采樣 05V 的電壓，假若輸入電壓 超過 5V 則會損壞芯片。 解決方法： 可 在輸出端，通過電阻分壓， 這樣 使得采樣的電壓總是小于 5V，為了顯示輸出電壓值，在程序中采樣的電壓乘以一個分壓系數(shù)后 再 進行顯示，這樣顯示值代表輸出電壓，同時也 可以防止 芯片 被損壞 。 片選 CS=0，選擇通道 時鐘 CLK下降沿到之前，采樣數(shù)據(jù) 下降沿到來讀取數(shù)據(jù) 采 滿 完成？ 結束 開始轉換程序入口 是 否 廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 27 圖 AD轉化流程圖 中斷處理程序設計 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） ,與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 89C51是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。 89C51 單片 機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了 性價比極高 的方案。 89C51 系列單片機內部有兩個 16 位的可編程定 時器 0T 和 1T ，分別由 0,0TLTH 和是 讀取有顯示的值 放入顯示緩沖器中 送 LCD顯示 顯現(xiàn)完成 結束 開始 否 廣西工 學院畢業(yè)設計專用紙 28 1,1TLTH 兩個 8 位計數(shù)器構成。 T0 和 T1 的定時功能是通過對單片機內部計數(shù)脈沖的計數(shù)實現(xiàn)的。因為每個機器周期產生一個計數(shù)脈沖，因此根據(jù)單片機的晶振頻率就可以計算出定時器的計數(shù)頻率。這樣如果確定了計數(shù)值，就能計算出定時時間，而知道了定時時間也可計算出計數(shù)器的預置值。定時器控制寄存器 (TCON)和工作方式控制寄存器(TMOD)分別控制定時控制定時器的運行和工作方式。 計算預置計數(shù)值在工作方式 1的定時時間計算公式為 定時時間＝ (65536— 計數(shù)初值 )機器周期 為獲取高的處理速度，采用 24MHz 晶振，一個機器周期為 s。設計數(shù)初值為 x，則有： TS= (65536— x) 現(xiàn)代開關電源的工作頻率很高，可以達到 300 千赫茲，本次設計開關電源的工作頻率為25 千赫茲，那么控制脈沖的頻率就是 25 千赫茲，周期為 40us，定時時間為周期的一半，即 20us，則計數(shù)初值為 6553620x2。 define time 6553640 void time() {TH0=time8。TL0=tim0。 PWM=~PWM } PID 控制算法 設計原理：采用單片機作為控制器的閉環(huán)系統(tǒng)，它是由 89C52 單片機系統(tǒng)通過 A/D電路采集過程變量 V，并根據(jù)有關的算法控制變量 u，通過輸出 PWM 控制脈沖到執(zhí)行機構，使過程變量穩(wěn)定在設定的值上。 PID 調節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式：)0122()01()0( yyykdyykpyrkiu ??????????? 近似計算。 其中： kdkikp , 為 PID 參數(shù)， y0 為 第三次 采樣值， y1為 之第二次