【正文】 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式：)0122()01()0( yyykdyykpyrkiu ??????????? 近似計算。TL0=tim0。設(shè)計數(shù)初值為 x，則有： TS= (65536— x) 現(xiàn)代開關(guān)電源的工作頻率很高，可以達(dá)到 300 千赫茲，本次設(shè)計開關(guān)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。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。因為每個機(jī)器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，因此根據(jù)單片機(jī)的晶振頻率就可以計算出定時器的計數(shù)頻率。 89C51 系列單片機(jī)內(nèi)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(jié)束 開始 否 廣西工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計專用紙 28 1,1TLTH 兩個 8 位計數(shù)器構(gòu)成。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。 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(jìn)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 。 采樣前，先進(jìn)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(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 是否仍有鍵入 確認(rèn)按鍵，進(jìn)行鍵盤處理 結(jié)束 否 開始 是 是 否 廣西工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)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。 廣西工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(dá)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。 任務(wù)要求有電壓預(yù)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。 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(jìn)行兩次判斷，以確認(rèn)按鍵。 電源額定電壓為 12v，初始化把設(shè)定值設(shè)為 ，系統(tǒng)掃描鍵盤時，若與該電壓相等，系統(tǒng)調(diào)用 PID 算法，在系統(tǒng)每次調(diào)用 PID 控制算法前，若有鍵盤輸入，系統(tǒng)優(yōu)先響應(yīng)鍵盤輸入，更新脈寬。 由于鍵盤本身的構(gòu)造或者不規(guī)范的操作都會導(dǎo)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。 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。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。按鍵的 閉合 ,受控 于彈性開關(guān)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 。 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(yīng)用 . 鍵盤是計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一個很重要的組成部分 ,設(shè)計時必須解決下述一些問題。 編碼鍵盤可以自動 識別按下的鍵 同時生成對應(yīng)的 代碼 ,通過 并行或串行方式送給 CPU。 廣西工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(nèi)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(qū)動方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS （ 8）、視角方向： 6點 （ 9）、背光方式：側(cè)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(nèi)置 DCDC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 圖 LCD 接口電路 單片機(jī)與鍵盤接口電路設(shè)計 本文鍵盤采用 16 個按鍵，由軟 件定義功能， 鍵盤設(shè)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(yù)命令的接口設(shè)備 。低電壓低功耗是其又一顯著特點。 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。 ADC0809 是屬于連續(xù)漸進(jìn)式（ Successive Approximation Method）的 A/D 轉(zhuǎn)換器，這類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)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(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計上。該燒寫器電路及用戶界面，均可以從網(wǎng)上獲取 。電阻取 1k，電容取 22uf。 復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路有上電復(fù)位，按扭脈沖復(fù)位，按扭電平復(fù)位。訪問內(nèi)部存儲器時，EA 端接高電平。 EA/VPP：外部訪問允許。 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。 RST：復(fù)位輸入，當(dāng)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(jī)復(fù)位。下圖中，電感和輸出端電容之間的部分是保護(hù)電路。電路中 Ro 阻值的選擇根據(jù)負(fù)載電流保護(hù)閾值而定，一般 Ro 取電阻值極小，在開關(guān)電源正常負(fù)載電流時其壓降不足。 其原工作理為：在電源輸出端，設(shè)置負(fù)載電流檢測電阻 R0，通過 R0 將負(fù)載電流 Io變成過流檢測電壓 IoRoVo ?? ,三極管作為過流控制管，當(dāng)開關(guān)電源負(fù)載電流vRoIo ?? 時，過流控制三極管導(dǎo)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(dǎo)通，將開關(guān)電源負(fù)載短路，實現(xiàn)保護(hù)。為了確保電感電流能在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程廣西工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計專用紙 19 中保持連續(xù)，選用肖特基二極管作為續(xù)流二極管選用，這種二極管具有較快的導(dǎo)通截止恢復(fù)時間，在開關(guān)導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，能夠很快的由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通，所以能夠確保電感電流連續(xù)。 圖 開關(guān)變換電路 功率開關(guān)管采用達(dá)林頓管，由于它采用兩個三極管進(jìn)行級聯(lián)，其放大倍數(shù)是兩個管子放大倍數(shù)的乘積，因而具有很高的放大倍數(shù)，通過級聯(lián)，可獲取大的電流輸出，對于提高電源的輸出功率，有一定的作用。 整流濾波電路 市電經(jīng)過變壓器降壓后，通過 7812 變?yōu)?12v，對該電壓整流后一部分電壓直接作為開關(guān)變換電 路的輸入電壓，另外將其通過 7805 得到 5v 的電壓，給開關(guān)電源控制電路部分的單片機(jī)提供工作電源。 續(xù)流二極管的選擇 根據(jù) Buck 變換器的工作原理，開關(guān)截止時，續(xù)流二極管導(dǎo)通，電感的磁能轉(zhuǎn)換為電能，二極管起到續(xù)流的作用，二極管正向額定 電流須大于負(fù)載電流，其耐壓值必須大于輸入電壓，同時為了使二極管的截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)換時間盡量的短，選擇超快恢復(fù)二極管，根據(jù)本次設(shè)計的要求，選擇電流大于 , 耐壓大于 30v 的肖特基二極管。 儲能電感的選擇 開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，其飽和壓降可以忽略，則電感感應(yīng)電動勢為 ton ILILLVoVi m inm a x ??? 211 ? m inm a x )( ILIL VoVitonL ??? 212 電感電流變化量和負(fù)載 電流的變化量相等，為了使電感電流在負(fù)載電流最小時，仍保持連續(xù)，取 m in2m inm a x IoILIL ?? ， minIo 為負(fù)載最小電流。 濾波一方面盡量降低輸出電壓中的脈動成分，另一方面盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電源的輸出電壓。 輸入電壓為 ，則開關(guān)管耐壓應(yīng)大于 2 ?? v ，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，選擇的晶體管型號為 D882，耐壓值 40V，集電極電流 3A，功率 10W。 在開關(guān)管導(dǎo)通時，負(fù)載電流以及濾波電容的充電電流均通過開關(guān)管提供，因此，開關(guān)管的集電極電流必須大于輸出的負(fù)載電流，集電極電流的計算如下： 電感電流的平均值等于負(fù)載電流 Io ，則有 IoILIL ??2 m inm a x ，流過開關(guān)管的電流平均值為 IoDTtonIoTtonILILI ??????? 2 m i nm a x ，忽略開關(guān)管導(dǎo)通壓降，有m i nm a x ILtonL VoViIL ??? ，整理方程消去 minIL 得到 toffLVoIoIL 2m a x ?? 29 流過開關(guān)管的最大電流應(yīng)等于電感電流的最大值，則 tof fLVoIoIcm 2?? ，額定輸出電流為 A1 ，算出 集電極電流小于 A2 廣西工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計專用紙 16 在開關(guān)管截止時，電源的全部輸入電壓都加在開關(guān)管的集電極和發(fā)射極兩端。當(dāng)開關(guān)頻率較高時，開關(guān)管導(dǎo)通和截止的頻率頻繁，導(dǎo)通時間長，意味著開關(guān)管有更多的時間是在放大狀態(tài)下工作（開關(guān)導(dǎo)通后是利用晶體管的放大作用而工作的），這樣開關(guān)管的功耗就會迅速增加，電源的效 率將大為下降。 首先，開關(guān)管的截止時間不宜過長，假如截止時間過長，當(dāng)開關(guān)管的上一個控制脈沖已經(jīng)結(jié)束，而下一個控制脈沖已經(jīng)到來時，會造成開關(guān)管還沒有完全關(guān)斷，馬上就進(jìn)入下一個導(dǎo)通周期，這樣開關(guān)管幾乎是一直在導(dǎo)通，開關(guān)完全失去控制，功耗和輸出電壓會迅速增加，造成電源的損壞。 這 4 種開關(guān)電路有各自的特點，本次設(shè)計任務(wù)要求電源在 3 到 12 伏內(nèi)可調(diào)，而輸入電壓為 ，所以采用降壓型開關(guān)變換電路，即 Buck 變換器，通過調(diào)制輸出占空比為 0到 90%的一系列脈沖，使電源在要求范圍內(nèi)可調(diào)。晶體管截止時，電感上電流逐漸減小，感應(yīng)電動勢使二極管導(dǎo)通，給電容充電，電容上的電壓與輸入電壓極性相反。 型變換器 極性變換式電源輸出電壓與輸入電壓極性是相反的，輸出電壓的絕對值還要高于輸廣西工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計專用紙 15 入電壓的絕對值，否則將和降壓式開關(guān)電源混淆，由此可見，極性變換式開關(guān)電源是上述降壓式和升壓式電源的綜合。當(dāng)負(fù)載電壓下降時，電容再次放電，這時可獲得高于輸入的穩(wěn)定電壓。當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，電感進(jìn)行儲能。 根據(jù)能量守恒定理，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能， 對電容再次充電，那么輸入電能應(yīng)等于導(dǎo)通時電容所充電能加上電感的磁能，即 ?W VoIoT 27 代入（ 4）式得 TQVoVetonLT VoVeVoVeIo ?????? 22 28 可見，當(dāng)導(dǎo)通時間越大或者脈沖周期越小，輸出電流越大，當(dāng)需要提高電源輸出功率時，可以提高開關(guān)管的工作頻率。 當(dāng)開關(guān)管截止后，電感電流不能突變，電感產(chǎn)生感應(yīng)電勢，使得續(xù)流二極管導(dǎo)通，電感通過電路向負(fù)載 釋放能量，設(shè)二極管正向?qū)▔航禐?Vd ，根據(jù)電路知識，可知電感上的電壓與輸出電壓、二極管壓降之間有這樣的關(guān)系：dtdI LLVoVd ??? )( 電感電流將從最大值一直減少為 0，電感所儲存的磁能將轉(zhuǎn)化為電源的電能，假設(shè)磁能完全轉(zhuǎn)換為電能，那么可以通過下面的式子算出電感電流由最大值減為 0 的時間， Vo LILt ?? max tonVoVoVe ??? 25 開關(guān)管截止期間電容的充電量為 222 2 )(m a x21m a x212 t onL V oVoVeVo LILtILQ ???????? 26 續(xù)流二極管的作用是使電感電流在開關(guān)管截止時能連續(xù)變化，這樣電感存儲的能量才能夠轉(zhuǎn)化為電容中儲存的電能。 下面具體分析該電路的工作過程：開 關(guān)管導(dǎo)通時，發(fā)射極上的電壓為 VcesViVe ?? 21 Vces 為開關(guān)管飽和壓降， Vi 為輸入電壓，那么電感電壓 VL為 dtdILLVoVe ?? ,IL 為電感電流，則在經(jīng)歷 Ton 以后，開關(guān)管截止，此時電感電流最大，電流值為 LT o nVoVeIL /)(m a x ?? 22