【導(dǎo)讀】科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門(mén)多。學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。他對(duì)現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力。工程、國(guó)防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠的電源起著關(guān)鍵作用。在這次設(shè)計(jì)文檔中，詳細(xì)闡述了開(kāi)關(guān)電源與線性電源的比較，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)。應(yīng)的脈沖寬度，對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行脈寬調(diào)制，輸出預(yù)期的電壓。并采用PID算法控制輸出電。壓穩(wěn)定，構(gòu)成可輸出12v到0v的可調(diào)節(jié)電壓，并顯示實(shí)時(shí)預(yù)置值與電壓。

　　

【正文】 儲(chǔ)器時(shí)， 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(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，所以它 可對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)目的。 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。訪問(wèn)內(nèi)部存儲(chǔ)器時(shí)， EA 端接高電平。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， EA必須保持低電平。 振蕩電路 本次設(shè)計(jì)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(huì)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(yīng)選擇容量為 30— 50PF，對(duì)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(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路有按扭電平復(fù)位，上電復(fù)位，按扭脈沖復(fù)位。上電復(fù)位是利用器充電實(shí)現(xiàn)。電阻取 1k，電 容取 22uf。 本次設(shè)計(jì)在調(diào)試過(guò)程中使用的是 89S51，該單片機(jī)與 MCS51 系列完全兼容，工作頻率 0 到哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 17 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(xiě)器電路及用戶界面，均可以從網(wǎng)上獲取。 反饋電路設(shè)計(jì) 反饋電路是應(yīng)用 ADC0809 輸出電壓，這個(gè)器件能轉(zhuǎn)換 5 到 0 伏之間的電壓，超過(guò)后會(huì)燒毀芯片，若要采集大的電壓，我們可通過(guò)電阻分壓再采樣，可以在程序中再乘以一個(gè)分壓系數(shù)，來(lái)代表輸出電壓值。 下圖為 ADC0809 的接線圖： 圖 3— 4 ADC0809接線圖 顯示電路設(shè)計(jì) 液晶顯示器以其抗干擾、避免幾何失真、畫(huà)面無(wú)閃爍、厚度薄、無(wú)電磁輻射、重量輕、耗能少、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64。可以顯示 16 16 行 8 4 點(diǎn)陣的漢字， 還可以完成圖形顯示。低功耗，低電壓是其特點(diǎn)?；咎匦?: （ 1）、低電源電壓（ VDD:++） （ 2）、顯示分辨率 :128 64 點(diǎn) （ 3）、低功耗 （ 4）、內(nèi)置 128 個(gè) 16 8 點(diǎn)陣字符 （ 5）、 2MHZ 時(shí)鐘頻率 （ 6）、顯示方式： STN、半透、正顯 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 18 （ 7）、驅(qū)動(dòng)方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS （ 8）、視角方向： 6點(diǎn) （ 9）、通訊方式：串行、并口可選 圖 3— 5 LCD 接口電路 鍵盤(pán)接口和單片機(jī) 電路設(shè)計(jì) 我的論文鍵盤(pán)是 16個(gè)按鍵的，有軟件定義功能， 需要解決的問(wèn)題： 鍵盤(pán)是按鍵的集合 ,是向系統(tǒng)命令的接口設(shè)備。按鍵分非編碼鍵和與編碼鍵盤(pán)盤(pán)兩種類(lèi)型。編碼鍵盤(pán)可以自動(dòng)識(shí)別按下的鍵同時(shí)生成對(duì)應(yīng)的代碼 ,通過(guò)并行或串行方式送給CPU。這種鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是使用方法簡(jiǎn)便 ,接口簡(jiǎn)易 ,反應(yīng)快速 ,缺點(diǎn)是成本較高。非編碼鍵盤(pán)則通過(guò)軟件來(lái)確定按鍵并計(jì)算鍵值 .因?yàn)檫@種方法沒(méi)有編碼鍵盤(pán)速度快 ,但是它組態(tài)靈活，價(jià)格便宜 ,所以得到廣泛應(yīng)用 . 鍵盤(pán)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一個(gè)重要部分 ,設(shè)計(jì)時(shí)需要解決下述一些問(wèn)題。 認(rèn) 鍵盤(pán)實(shí)際上是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合 ,其每一個(gè)按鍵就是一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入裝置。按鍵的閉合 ,受控于彈性開(kāi)關(guān)的合，斷兩個(gè)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(kāi) ,那么低電平就表示鍵閉合。所以 ,通過(guò)電平狀態(tài) (高或低 )的檢測(cè) ,便可確定相應(yīng)按鍵是否已被按下 .鍵盤(pán)中有無(wú)按鍵按下是通 過(guò)列選線讀入掃描字及行線讀入行選線的狀態(tài)進(jìn)行判斷的 [8]。判斷的過(guò)程是：必須使列選線所有 I/O 線均設(shè)置成為低電平，第二步使行線狀態(tài)讀入累加器中。如果有鍵按下，則至少會(huì)有一根行線被拉至低電平，從而使行輸入不全為 1。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 19 由于不規(guī)范的操作或者鍵盤(pán)本身的構(gòu)造都會(huì)導(dǎo)致鍵盤(pán)抖動(dòng)，鍵盤(pán)的抖動(dòng)會(huì)影響數(shù)值正確輸入，造成錯(cuò)誤操作，因此要防止。 圖 3— 6 單片機(jī)鍵盤(pán)接口電路 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 20 4 軟件設(shè)計(jì) 總體編程思想 單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路：系統(tǒng)掃描鍵盤(pán)輸入，當(dāng)鍵盤(pán)有輸入，系統(tǒng)立即會(huì)做出響應(yīng)，根據(jù)采樣鍵盤(pán)輸入和電壓之間的差值，更新脈寬，輸出用戶期望電壓，然后系統(tǒng)仍掃描鍵盤(pán)，若沒(méi)有再次輸入，系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用 PID 控制的算法，控制輸出電壓的穩(wěn)定。 軟件子程序包括： （ 1）數(shù)碼管掃描與鍵盤(pán)子程序， （ 2） ADC0809 轉(zhuǎn)換子程序， （ 3）定時(shí)器 零 中斷產(chǎn)生的方波子程序， （ 4） PID 控制子程序， （ 5）定時(shí)器 1中斷修改占空比、進(jìn)行 PID 控制、數(shù)碼顯示子程序。 鍵盤(pán)防抖動(dòng)子程序 在按鍵操作過(guò)程中 ,都會(huì)無(wú)意中同時(shí)或著按下兩個(gè)以上的鍵或連擊 ,發(fā)出了錯(cuò)誤指令，所以，為了防止這種情況發(fā)生，會(huì)在程序中進(jìn)行兩次判斷，來(lái)確認(rèn)按鍵。 本文要求有電壓預(yù)置功能，所以程序中將 8 個(gè)按鍵定義：加 20，加 200，加 2021，向上切換鍵，減 20，減 200，減 2021，向下切換鍵。 滿足電壓預(yù)置要求，通過(guò)切換可以顯示當(dāng)前預(yù)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(gè)參數(shù)。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 21 圖 4— 1 鍵盤(pán)防抖動(dòng)流程圖 顯示子程序 本文為了使控制精度達(dá)到 ，采用 LCD，可以顯示到小數(shù)點(diǎn)后兩位，通過(guò)鍵盤(pán)，實(shí)現(xiàn)較為精確的控制效果。軟件設(shè)定 4 個(gè)顯示緩沖區(qū)，小數(shù)點(diǎn)后 2 位，小數(shù)點(diǎn)后 1位，十位，存儲(chǔ)個(gè)位。 采樣前，先進(jìn)行芯片的選擇（即片選 CS） ,隨后 ,必須在時(shí)鐘（ CLK）下降沿到之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣 最后，為了防止采樣中出現(xiàn)遺漏，在程序結(jié)束前還需設(shè)計(jì)一段檢查程序，經(jīng)檢查采樣完成后，才能結(jié)束程序 是否有鍵入 延時(shí) 是否仍有鍵入 確認(rèn)按鍵，進(jìn)行鍵盤(pán)處理 結(jié)束 否 開(kāi)始 是 是 否 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 22 圖 4— 2 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(guò) 5V 則會(huì)損壞芯片。 解決方法： 可在輸出端，通過(guò)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(gè)分壓系數(shù)后再進(jìn)行顯示，這樣顯示值代表輸出電壓，同時(shí)也可以防止芯片被損壞。 片選 CS=0，選擇通道 時(shí)鐘 CLK下降沿到之前，采樣數(shù)據(jù) 下降沿到來(lái)讀取數(shù)據(jù) 采 滿 完成？ 結(jié)束 開(kāi)始轉(zhuǎn)換程序入口 是 否 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 23 圖 4— 3 AD轉(zhuǎn)化流程圖 中斷處理程序設(shè)計(jì) 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） ,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 89C51 系列單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)器 0T 和 1T ，分別由 0,0TLTH 和1,1TLTH 兩個(gè) 8位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。 T0和 T1 的定時(shí)功能是通過(guò)對(duì)單片 機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)脈沖的計(jì)數(shù)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(jié)束 開(kāi)始 是 否 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 24 實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)器控制寄存器 (TCON)和工作方式控制寄存器 (TMOD)分別控制定時(shí)控制定時(shí)器的運(yùn)行和工作方式。 計(jì)算預(yù)置計(jì)數(shù)值在工作方式 1的定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式為 定時(shí)時(shí)間＝ (65535— 計(jì)數(shù)初值 )機(jī)器周期 為獲取高的處理速度，采用 24MHz 晶振，一個(gè)機(jī)器周期為 s。若數(shù)初值為 y，則有： TS= (65535— y) 如今開(kāi)關(guān)電源工作頻率可達(dá)到 千赫茲，本文設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源工作頻率為 26 千赫茲，那么控制脈沖的頻率就是 26 千赫 茲，周期為 50us，定時(shí)時(shí)間為周期的一半，即 25us，則計(jì)數(shù)初值為 6553525x2。 define time 6553540 void time() {TH0=time8。TL0=tim0。 PWM=~PWM } PID 控制算法 設(shè)計(jì)原理：采用單片機(jī)作為控制器的閉環(huán)系統(tǒng)，它是由 89C52 單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò) A/D電路采集過(guò)程變量 V1，并且根據(jù)有關(guān)算法控制變量 u1，通過(guò)輸出 PWM 控制脈沖到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使過(guò)程變量穩(wěn)定在設(shè)定的值上。 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律通過(guò)數(shù)值公 式，即： )0122()01()0( yyykdyykpyrkiu ??????????? 近似計(jì)算。 其中： kdkikp , 為 PID 參數(shù)， y0 為第三次采樣值， y1為之第二次采樣值， y2 為第一次采樣值。， u1為控制量的增量， r1 為設(shè)定值。 轉(zhuǎn)換公式是 12*255/12=255，即 255 對(duì)應(yīng) 12V，通過(guò)轉(zhuǎn)換之后就可以相互比較。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 25 圖 4— 4 單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 開(kāi)關(guān)調(diào)整電路 89C51 單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換器 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 26 5 系統(tǒng)調(diào)試 硬件模塊調(diào)試 整流濾波電路的調(diào)節(jié) 把這一模塊放在面包板上進(jìn) 行模擬：把電路連接后，接通電源，首先測(cè)量變壓器的輸出，在交流檔位測(cè)得的電壓為 ，接著測(cè)量整流輸出的電壓，這里需要提醒的是整流橋的連接必須正確，不然整流輸出電壓會(huì)不正確乃至燒壞穩(wěn)壓塊。 AD 轉(zhuǎn)換的調(diào)試 用穩(wěn)壓電源向轉(zhuǎn)換器提供一個(gè) 5v 電壓，改變電壓，觀測(cè)到隨著電壓的改變，數(shù)碼管的顯示值也隨之改變。再用萬(wàn)能表測(cè)量電壓，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值接近顯示值，可見(jiàn)模數(shù)模塊是正常工作的。 脈沖輸出電路的調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)脈沖直接輸入到開(kāi)關(guān)管的基極的，我們?cè)谥瓢逯?，用面包板模擬脈沖信號(hào)實(shí)驗(yàn)是否可以直接控制開(kāi)關(guān) 管的導(dǎo)通和截止，若使用開(kāi)關(guān)管發(fā)射極輸出型變換電路，在發(fā)射極所輸出的脈沖信號(hào)，幅度會(huì)很小，效果不好，通常采用集電極輸出型開(kāi)關(guān)電路。將電路連接好，用示波器觀察基極輸入信號(hào)和集電極的輸出信號(hào)，觀察發(fā)現(xiàn)，輸入信號(hào)幅度較小，但是經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)后，在集電極的輸出信號(hào)，幅度明顯被放大，效果比較好，說(shuō)明控制脈沖可以直接控制開(kāi)關(guān)電路，信號(hào)穩(wěn)定。 功率開(kāi)關(guān)管的調(diào)試 將做好的電路板放置好，防止和其他導(dǎo)體觸碰造成短路。然后，向功率開(kāi)關(guān)管基極輸入控制信號(hào)，通過(guò)示波器波器觀察，使用鍵盤(pán)輸入不同的預(yù)置電壓，再用示波器另一通道觀測(cè)開(kāi) 關(guān)管集電極輸出信號(hào)后可觀測(cè)到 電源的性能指標(biāo)測(cè)試 電源開(kāi)關(guān)的技術(shù)指標(biāo)通用事項(xiàng)、包括適用規(guī)格與電源名稱。電源開(kāi)關(guān)安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，是由電源用途不同，指標(biāo)優(yōu)先考慮重點(diǎn)的同，但必須首先應(yīng)考慮電源安全性。當(dāng)前，很多國(guó)家都有相應(yīng)開(kāi)關(guān)電源安全規(guī)范，常用的國(guó)際安全規(guī)范為 IEC6 IEC950 。有關(guān) EMI的規(guī)格，國(guó)際上的規(guī)格為為 CISPRPub1 Pub12。 常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源電氣技術(shù)指標(biāo)有： 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 27 （ 1）輸入電源頻率、相數(shù)：根據(jù)輸出的功率不同，可以用三相電源供電或單相。若在輸出功率高于 5kW可以用三相電源供電，來(lái)使 三相負(fù)載均衡。我國(guó)電源頻率為 50Hz。 （ 2）容許電壓波動(dòng)、額定輸入電壓范圍：我國(guó)電源額定相電壓為 220V，線電壓為 380V，在容許的輸入電壓波動(dòng)范圍內(nèi)都要保證輸出功率。 （ 3）額定輸入電流：指在額定輸入電壓和額定輸出功率時(shí)的輸入電流。 （ 4）我國(guó)最大輸入電流：指在容許的下限輸入電壓和額定輸出功率時(shí)的輸入電流。 （ 5）我國(guó)輸入功率因數(shù)：指輸入有功功率與視在功率的比值。 （ 6）額定輸出直流電壓：也叫標(biāo)稱輸出直流電壓，指在額定輸出電流、滿足規(guī)定的穩(wěn)壓精度及紋波等指標(biāo)時(shí)的最大輸出直流電壓。 電源的技術(shù)指標(biāo) （ 1）輸入技術(shù)指標(biāo) 開(kāi)關(guān)電源輸入技術(shù)指標(biāo)包含額定輸入電壓及電壓的變化范圍、頻率、輸入電源相數(shù)、輸入電流一般為 3相 3線制與單相 2 線制，以及 3 相 4 線制和單相 3 線制等。輸入電壓的變化范圍一般為177。 10%，考慮配線路徑及各種實(shí)際問(wèn)題，輸入電壓的變化范圍一般為 15%到 +10%。 （ 2）輸出技術(shù)指標(biāo) 額定輸出電壓就是輸出端的直流電壓的公稱值，其公稱電壓規(guī)定有精度與紋波系數(shù)等。 額定輸出電流是輸出端供給負(fù)載的最大平均電流。根據(jù)不同的設(shè)備，多路輸出電源中某路輸出電流值上升，另路輸出電流值就必須下降， 使得總輸出電流不變。 穩(wěn)壓精度是電壓調(diào)整率或輸出電壓精度，輸出電壓變化原因非常多。 輸出電壓可調(diào)范圍就是在確保電壓穩(wěn)定精度的件下，外部所能調(diào)整的輸出電壓范圍，多在177。 5%或177。 10%之間。條件是輸入電壓的下限時(shí)輸出電壓的最大值，以及輸入電壓的上限時(shí)輸出電壓的最小值 [9]。 （ 3）附屬功能 ①過(guò)電流保護(hù)