【正文】 單片機(jī)工作正常時，需要有一個時鐘電路。輸出濾波電容選擇的是電解電容50V/。為了確保電感中的電流能在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中保持連續(xù)，特選用肖特基二極管作為續(xù)流二極管使用，這種二極管的導(dǎo)通截止恢復(fù)時間較快，在開關(guān)導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，能夠很快的由截止轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通，所以能夠確保電感的電流連續(xù)。開關(guān)變換電路原理圖如圖42所示。電源設(shè)計電路原理圖如圖41所示。本電路中采用發(fā)光二極管作為電源的指示燈，當(dāng)整流橋、7815和7805正常工作時，按下自鎖開關(guān)，二極管發(fā)光。表3 14相位可調(diào)PWM模式COM1A1/COM1B1COM1A0/COM1B0說明00OC1A/OC1B不占用PB1/PB201WGM3=0時，OC1A/OC1B不占用PB1/PB2WGM3=1時，比較匹配時觸發(fā)OC1A/OC1B10加1計數(shù)中比較匹配時清零OC1A/OC1B減1計數(shù)中比較匹配時置位OC1A/OC1B11加1計數(shù)中比較匹配時置位OC1A/OC1B減1計數(shù)中比較匹配時清零OC1A/OC1BCS12～CS10為T/C1時鐘選擇位，用來對TCNT1輸入時鐘源加以選擇控制，如表314所示。隨著TCNT1不斷計數(shù)，OCR1A中設(shè)定值一次一次地和TCNT1中實時值進(jìn)行比較，一旦比較相等便將TIFR中的OCF1A(T/C1輸出比較匹配A中斷標(biāo)志位) 置位以及向單片機(jī)請求一次中斷，并改變一次OC1A(PB1)引腳上的電平值。通過設(shè)置T/C1控制寄存器A可以設(shè)定通道A以及通道B的輸出比較模式， T/C1在OC1A/OC1B引腳上輸出波形的頻率由TCNT1計數(shù)上限決定，該計數(shù)上限值越大，輸出波形頻率越低；輸出波形起始脈寬和相位由輸出比較寄存器OCR1A/OCR1B中設(shè)定的比較匹配值來決定[2]。在正向比較匹配(COM11: COM10=2)(見表313)模式下，如果正向加1的過程中TCNT1的計數(shù)值和OCR1A/OCR1B的輸出比較值發(fā)生相同匹配，則OC1A/OC1B被置零，OC1A/OC1B引腳輸出為低電平；如果反向減1過程中TCNT1的計數(shù)值和OC1A/OC1B輸出比較相同，則OC1A/OC1B被置位，OC1A/OC1B引腳輸出為高電平。表3 11 T/C1的控制寄存器A(TCCR1A)位76543210位符號COM1A1COM1A0COM1B1COM1B1FOC1AFOC1BWGM11WGM10表3 12 T/C1的控制寄存器B(TCCR1B)位76543210位符號ICNC1ICES1WGM13WGM12CS12CS11CS10TCCR1A中WGM11和WGM10被稱為波形發(fā)生器模式控制位，同TCCR1B中的WGM13和WGM12組合，用于控制T/C1的計數(shù)方式和工作方式(計數(shù)上限值)，以及確定波形發(fā)生器的工作模式，如表312所示。 PWM波形發(fā)生器選擇PWM波形發(fā)生器選擇控制位，在T/C1的控制寄存器A和控制寄存器B中的WGM13..WGM10位。 (6)ADPS2～ADPS0(位2～位0)ADPS2～ADPS0叫做ADC時鐘預(yù)分頻選擇位，用于決定系統(tǒng)主時鐘和ADC時鐘之間的分頻率，如表37所示。如果ADIE=1，那么ADC中斷被允許；如果ADIE=0，那么ADC中斷被關(guān)閉。如果ADIF=0，則表示沒有A/D轉(zhuǎn)換或本次A/D轉(zhuǎn)換尚未完成，ADC還未更新；如果ADIF=1，則表示本次A/D轉(zhuǎn)換已完成，ADC也已更新。在連續(xù)轉(zhuǎn)換的模式之下，模擬輸入電壓被連續(xù)采樣，ADC數(shù)據(jù)寄存器也被不斷地更新。 (3)ADFR（位5） ADFR是ADC轉(zhuǎn)換模式的選擇位。 在每次A/D轉(zhuǎn)換過程中，ADSC始終處于1狀態(tài)，只有在A/D轉(zhuǎn)換完成后才變?yōu)?狀態(tài)。在單次轉(zhuǎn)換模式下，置位ADSC能夠啟動一次A/D轉(zhuǎn)換；在連續(xù)轉(zhuǎn)換的模式下，將ADSC置位會啟動第一次A/D轉(zhuǎn)換。如果ADEN=1，則ADC被使能；如果ADEN=0，則ADC被關(guān)閉。ADCSR中各位定義如表36所示。3. ADC控制和狀態(tài)寄存器(ADCSRA) ADCSRA被稱之為ADC控制和狀態(tài)寄存器。表3 7 ADC在右端對齊下的數(shù)據(jù)格式(ADLAR=0)位15141312111098位符號ADC9ADC8位符號ADC7ADC6ADC5ADC4ADC3ADC2ADC1ADC0表3 8 ADC在左端對齊下的數(shù)據(jù)格式(ADLAR=1)位15141312111098位符號ADC9ADC8ADC7ADC6ADC5ADC4ADC3ADC2位符號ADC1ADC0為了確保ADC中所讀數(shù)字量為同一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，ADC數(shù)據(jù)寄存器在用戶讀出ADCL后便被凍結(jié)，ADC中不能把新的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送入進(jìn)去，直到ADCH寄存器被讀出以后為止。若ADLAR=0，則ADC寄存器中數(shù)據(jù)為“右端對齊”；若ADLAR=1，則ADC寄存器為“左端對齊”。表3 5 ADC通道選擇表MUX3..MUX0單端輸入通道0000ADC00001ADC10010ADC20011ADC3表3 6 ADC通道選擇表（續(xù)）MUX3..MUX0單端輸入通道0100ADC40101ADC50110ADC60111ADC71000100110101011110011011110()11110V(GND)2. ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH和ADCLADC稱為單片機(jī)的數(shù)據(jù)寄存器，二進(jìn)制16位，是由ADCH和ADCL拼裝而組成的，用于存放A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量。無論何時對ADLAR位進(jìn)行改變，都會立即對ADC數(shù)據(jù)寄存器產(chǎn)生影響。表3 4 ADC的電壓參考源REFS1REFS0參考電壓選擇00AREF，內(nèi)部關(guān)閉01AVCC，AREF引腳外加濾波電容10保留11，AREF引腳外加濾波電容 (2)ADLAR(位5):ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果左對齊選擇位ADLAR叫做ADC結(jié)果左端對齊選擇位，用于決定ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果在ADC數(shù)據(jù)寄存器中的存放格式。如果ADC的參考電壓選用內(nèi)部電壓參考源，AREF引腳上不將不需要施加外部參考電壓，只能在與地之間并接抗干擾電容。表3 3 ADMUX各位定義位76543210位符號REFS1REFS0ADLARMUX3MUX2MUX1MUX0 (1）REFSREFS0(位7和位6)：參考電壓選擇位這些位用于選擇ADC的參考電壓。表3 2 AVR單片機(jī)片上A/D轉(zhuǎn)換時間條件采樣/保持（啟動轉(zhuǎn)換后的時鐘周期數(shù)）轉(zhuǎn)換時間（周期）第1次轉(zhuǎn)換25us正常轉(zhuǎn)換，單端13us自動觸發(fā)的轉(zhuǎn)換2us正常轉(zhuǎn)換，差分（Atmega16）13/14us ADC相關(guān)寄存器Atmega8共有三個ADC寄存器，它們分別為ADC多工選擇寄存器、ADC數(shù)據(jù)寄存器、ADC控制和狀態(tài)寄存器。Atmega8具有10位精度的逐次逼近型ADC，內(nèi)建采樣/保持電路。數(shù)據(jù)輸出速率指的是單位時間內(nèi)ADC輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果次數(shù)。減小功耗可以使ADC的工作穩(wěn)定較容易保持在合理的范圍內(nèi)。功耗也是ADC性能的一個非常重要的指標(biāo)。相對誤差指的是在整個轉(zhuǎn)換之范圍內(nèi)，數(shù)字量所對應(yīng)模擬輸入量的實際值同理論值之差，運(yùn)用模擬電壓滿量程的百分比表示。有兩種表達(dá)方法：絕對誤差以及相對誤差。分辨率是指ADC能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)，它描述的為ADC量化信號準(zhǔn)確度，高分辨率ADC比低分辨率ADC能把輸入?yún)^(qū)間劃分為更多的子區(qū)間，ADC輸入范圍所劃分子區(qū)間個數(shù)的對數(shù)即為ADC的分辨位數(shù)，位數(shù)越多相應(yīng)分辨率亦越高。轉(zhuǎn)換的關(guān)系如下： （31）其中X為數(shù)字輸出量，N為數(shù)字輸出位數(shù)（ADC的位數(shù)），是模擬輸入量的值，是模擬輸入量最大值。由于數(shù)字信號僅表示一個相對大小，所以每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。由于系統(tǒng)的實際對象基本上都是一些模擬量，例如壓力、溫度、聲音、圖像、電壓、位移等，要使計算機(jī)或者數(shù)字儀表能夠識別出這些模擬量，必須要首先處理這些信號，將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 ADC功能簡介A/D轉(zhuǎn)換，即將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程，A/D轉(zhuǎn)換器的簡稱為ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器在微控制器中，作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的形式，微控制器才能進(jìn)行處理。Atmega8的I/O配置如表31所示。而且所有端口的引腳都是具有與電壓無關(guān)的上拉電阻，并且有保護(hù)二極管與和地相連。因此，Atmega8的三個I/O端口有9個I/O寄存器，它們是PINB、PINC、 PIND、PORTB、PORTC、PORTD、DDRB、DDRC和DDRD，其中，DDRC、PORTC和PINC均為7位I/O寄存器，位號n為6～0，其余的為8位I/O寄存器。以X（X的取值為B、C和D之一）端口做為例子，這三個I/O寄存器是PINX（X口輸入引腳寄存器）、PORTX（X口數(shù)據(jù)寄存器）和DDRX（X口數(shù)據(jù)方向寄存器）。 Atmega8I/O口概述Atmega8的I/O口共有PB、PC、PD三個，其中PC口為7位I/O端口，相應(yīng)的端口線為PC6～PC0；PB和PD均為8位的I/O端口，相應(yīng)端口線為PB7～PB0和PD7～PD0。需要注意的是端口C(5..4）為數(shù)字電源。當(dāng)不使用ADC時，此引腳應(yīng)該直接與連接。若持續(xù)的時間小于門限的時間的脈沖并不能保證復(fù)位的可靠性。6. 復(fù)位輸入引腳。而當(dāng)作輸入使用的時候，如果內(nèi)部的上拉電阻使能，那么端口被外部的電路拉低時將會輸出電流。(PD7..PD0)端口D是8位的雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部的上拉電阻。如果熔絲位RSTDISBL沒有編程，PC6可作為復(fù)位輸入引腳。PC6的電氣特性不同于端口C的其他引腳。作為輸入引腳使用時，如果內(nèi)部的上拉電阻有使能，當(dāng)端口被外部的電阻拉低時將會輸出電流。(PC5..PC0)端口C是7位雙向I/O口，具有可編程內(nèi)部上拉電阻。而通過時鐘來選擇熔絲位設(shè)置，PB6可以作為正方向振蕩放大器或者時鐘操作電路輸入端。當(dāng)用作輸入使用的時候，如果內(nèi)部的上拉電阻使能，此時端口被外部電路拉低，將會輸出電流。(PB7..PB0)端口B是8位雙向的I/O口，而且具有可編程內(nèi)部上拉電阻。圖3 1 Atmega8的引腳圖Atmega8的引腳說明如下： 數(shù)字電路電源。Atemga8現(xiàn)有MLF、PDIP和TQFP三種封裝形式，其中MLF屬于超小型表貼封裝，左上角圓形標(biāo)記處為引腳序號的起點(diǎn)和終點(diǎn)；PDIP是一種雙列直插式塑料封裝，28引腳分成左右兩排；TQFP是超薄方形扁平塑料封裝，32條引腳線均勻地分布在正方形的四條邊上，截角處為引腳序號起點(diǎn)。因此，Atmega8達(dá)到接近1MIPS/MHz的性能，運(yùn)行的速度比普通的CISC單片機(jī)要高出10倍。Atmega8為一款采用CMOS工藝生產(chǎn)的低功耗的單片機(jī)，并且基于AVR RISC的結(jié)構(gòu)的8位的單片機(jī)。但是采用的封裝為小引腳（DIP 28和TQFP/MLF32），因此其價格較便宜，并且AVR單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)自帶的可編程特性，使得不需要購買昂貴的編程器和仿真器亦可以進(jìn)行單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計，同時，也是為單片機(jī)的初學(xué)者提供了非常方便以及簡捷的學(xué)習(xí)開發(fā)環(huán)境。整流濾波電路開關(guān)變換電路整流濾波電路控制電路輔助電源四位數(shù)碼管取樣電路鍵盤輸出圖2 2單片機(jī)控制開關(guān)電源系統(tǒng)框圖3 系統(tǒng)核心器件選擇Atmega8是由ATMEL公司在2002年的第一季度推出的一款新型的AVR高檔單片機(jī)。當(dāng)閉環(huán)的時候，開關(guān)電源自動進(jìn)行脈寬調(diào)制，當(dāng)系統(tǒng)讀取到鍵盤預(yù)置的電壓變化時，先將鍵盤輸入值和從輸出端的取樣值進(jìn)行比較，假設(shè)當(dāng)前鍵盤輸入值為10V，從輸出端取樣出的值為6V，差值為4V，而系統(tǒng)就會根據(jù)這個差值，更新脈寬提高PWM脈沖的占空比，從而使得輸出端電壓上升為10V；同樣的，當(dāng)鍵盤輸入值為6V，輸出端的取樣值為10V，差值為4V，系統(tǒng)會根據(jù)這個誤差值更新脈沖的寬度，將PWM脈沖的占空比減小以使輸出的電壓變小，這就是系統(tǒng)的脈寬調(diào)制過程。當(dāng)鍵盤上有輸入動作的時候，單片機(jī)就會到檢測鍵盤的輸入動作，同時修改相應(yīng)的占空比，在經(jīng)過其內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換模塊采樣輸出電壓，單片機(jī)根據(jù)采樣電壓值與鍵盤的輸入動作再次修改PWM脈沖的占空比，從而使輸出電壓變得穩(wěn)定。工頻的交流電經(jīng)過變壓器降壓，再經(jīng)過整流濾波電路將輸出電壓分成了兩路，其中的一路電壓通過穩(wěn)壓與濾波電路輸出+5V的電壓以提供給單片機(jī)，而另一路電壓則作為開關(guān)變換部分的輸入電壓。綜合以上分析，本次設(shè)計選擇方案三控制方案，使用Atmega8單片機(jī)，采用4位數(shù)碼管顯示輸出電壓值、輸出電流值以及鍵盤預(yù)置電壓值等，本設(shè)計要求輸出電壓值是可以調(diào)節(jié)的，所以設(shè)定預(yù)置值時需要從鍵盤輸入，實現(xiàn)輸入不同的電壓值，輸出端口就可以輸出不同的電壓值。方案二分析：單片機(jī)中只是輸出一個基準(zhǔn)電壓，沒有加入反饋控制，這樣仍要使用專門的控制芯片，單片機(jī)的作用非常的小，而且價格比較昂貴，電源的成本增加，削弱了單片機(jī)本身的作用，浪費(fèi)了單片機(jī)大量的I/O口的資源，成