【正文】 過流保護(hù)程序流程圖 ......................................... 20 AD0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖 ................................... 21 TLV5638 數(shù)模轉(zhuǎn)換程序流程圖 .................................. 21 第六章 繪制 PCB、實(shí)物制 作與調(diào)試 ......................... 22 Altium designer 09 繪制原理圖軟件簡介 ....................... 22 利用 Altium designer 09 繪制原理圖 .......................... 23 硬件電路的制作 ............................................. 23 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 共 4 頁 調(diào)試 ....................................................... 23 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ................................................... 24 參考文獻(xiàn) ............................................... 25 致 謝 ............................................... 26 附錄一 電路原理圖 ...................................... 27 附錄二 程序清單 ........................................ 29 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 共 43 頁 第一章 穩(wěn)壓電源設(shè)計闡述 本次畢業(yè)設(shè)計，主要是完成開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的供電系統(tǒng)，在電阻負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)，使電源滿足相應(yīng)的要求。 基本要求 （ 1） 輸出電壓 UO 可調(diào)范圍： 20V～ 30V，最大輸出電流 IOmax： 。 ，當(dāng)排除過流故障后，電源能自動恢復(fù)為正常狀態(tài)。 （ 3）盡量提高變換器的效率。開關(guān)電源是一種比較新型的電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源 ， 其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿 ， 但功 率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。因此 ， 用工作頻率為 20 kHz 的 PWM 開關(guān)電源替代線性電源 ， 可大幅度節(jié)約能源 ， 從而引起了人們的廣泛關(guān)注 ， 在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)為 20kHz 革命。因此 ， 對開關(guān)電源提出了小型輕量要求 ，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。這一切高新要求便促進(jìn)了開關(guān)電源的不斷發(fā)展和進(jìn)步。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 共 43 頁 第二章 方案論證 本題要設(shè)計并制作一個開關(guān)穩(wěn)壓電源，要求輸出電壓 U0 可調(diào)其范圍為： 20V— 30V,最大輸出電流為 I0max=。 單片機(jī)控制模塊 方案一：采用 51 芯片 AT89C51 作為主控制臺，通過行列式鍵盤直接接入 51芯片并使用液晶顯示器控制輸入頻率與幅度。其中方波信號被送至分頻電路分頻。當(dāng)改變幅度時，很難達(dá)到題目所要求的范圍。由于 2051 是精簡型，所以 P 口變得很少，這樣一來可利用資源比較緊張，只能做一些簡單的產(chǎn)品。 方案三：采用 SCT89C52 作為主控芯片，該單片機(jī)是 51單片機(jī)中增強(qiáng)型單片機(jī)，它體積小，工作穩(wěn)定可靠，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得本設(shè)計能 G更加 順利地完成。 電源控制核心模塊 方案一 ：根據(jù)輸入輸出電壓的要求，部分輸出電壓值包含在輸入電壓范圍內(nèi)，即要對輸入電壓實(shí)現(xiàn)升壓或是降壓功能，因此我們采用 兩級的非隔離型的 DC/DC變換 來解決這一問題，將電壓升高到最大要求輸出值，控制降壓值，實(shí)現(xiàn)不同輸出，進(jìn)而解決了即升又降的問題。 第 4 頁 共 43 頁 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 21 方案一框圖 升壓 Boost 型 DCDC變換器拓?fù)鋱D的基本原理如下圖 22所示。 開關(guān)閉合的時間越長，電感中的電流也就越大，磁儲能也就越多，開關(guān)斷開期間向輸出端饋送的能量越多，因此輸出端的電壓也就越高。同樣，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時 (變高或變低 )也可以通過改變占空比達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的 ， 輸入電壓 Vin 與輸出電壓Vo 的關(guān)系： Vo/Vin=1/(1d) 公式（ 21） 。 圖 23 Buck 型 DCDC 變換器拓?fù)鋱D S是受控制電路決定的周期性導(dǎo)通的開關(guān)， L為降壓電感， VD為續(xù)流二極管，C 為濾波電容。當(dāng)開關(guān)斷開時，由于輸出電流的連續(xù)，二極管 VD 變?yōu)閷?dǎo)通，電感削磁，電感減少的磁通為： 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 43 頁 (Vo)*Toff。 方案二 ： 直接做升降壓的 Buck— Boost 非隔離型的 DC/DC 變換，以 MSP430單片機(jī)為控制中心；單片機(jī)產(chǎn)生的 PWM 直接控制開關(guān)管，片內(nèi)的 AD（模數(shù)轉(zhuǎn)換）對輸出電壓、電流進(jìn)行進(jìn)行采樣，經(jīng)處理后用 LED顯示，同時也對采樣回來的數(shù)據(jù)結(jié)合算法控制 PWM 的輸出占空比，從而實(shí)現(xiàn)了電壓的穩(wěn)定輸出。 圖 24 Buck— Boost 型 DCDC 變換器拓?fù)鋱D S是受控制電路決定的周期性導(dǎo)通的開關(guān)， L為降壓電感， VD為續(xù)流二極管，C為濾波電容。當(dāng)開關(guān)斷開時，電感削磁，電感減少的磁通為： (Vo)*Toff。 但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。0D1。其內(nèi)部的 FET 開關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數(shù) (,2 或 3)倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。由于電路是開關(guān)工作的，電荷泵結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一定的輸出紋波和 EMI(電磁干擾 )并且?guī)ж?fù)載的能力較差。 而且 51 單片機(jī)我們已經(jīng)能夠熟練的使用 ，因此 我們選擇方案一 。雖然功率低，控制簡單，但卻只能顯示數(shù)字和一些簡單的字符，沒有較好的人機(jī)界面。1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了 160 個不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字 這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符 都有一個固定的代碼 。它的特點(diǎn)是顯示字跡清楚，價格相對便宜。 方案三： 12864 液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示 1602 液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示 8*4 個中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。 方案論證：從題目要求以及以上方案來看，我們選擇方案 三 比較 理想 。這種方式占用系統(tǒng)的資源較多，而且效率低， 程序的編寫量大而復(fù)雜。這種方法在開關(guān)數(shù)量多的情況下可以節(jié)省很多的接口，并且提高系統(tǒng)接口的利用率。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 經(jīng)過仔細(xì)的分析與論證，決定系統(tǒng)各模塊的最終方案如下： 控制模塊：采用 STC98C52 控制； 顯示模塊：采用 LCD12864 顯示； 鍵盤輸入模塊：采用 4*4 矩陣式鍵盤輸入 電壓值 ； 開關(guān)電源控制核心 模塊： 做兩級的非隔離型的 DC/DC 變換 ， 先升壓后降壓 ； 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 43 頁 第三章 總體設(shè)計及模塊簡介 本 開關(guān)穩(wěn)壓電源的 設(shè)計基于 LM258 LM2576 升降壓模塊 ， 采用 Boost 升壓降壓電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。 STC89C52 單片機(jī)通過控制 LM2576 產(chǎn)生 不同的電壓 ，經(jīng) 濾波 后輸出，并通過 LCD12864 液晶模塊和鍵盤 按鍵進(jìn)行人機(jī)交互。 圖 31 系統(tǒng)的總體框圖 用戶從 控制 面板上按鍵輸入命令，數(shù)據(jù)將顯示在 LCD12864 上，并將命令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，再由單片機(jī)控制 LM2576 芯片輸出 電壓 ，并通過后級 控制電路調(diào)整電壓誤差 ，最后輸出所需的 電壓。 STC89C52 的介紹 STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時鐘 /機(jī)器周期和 6時鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3 個 16 位定時器 /計數(shù) 器。這些器件的固定輸出電壓有 ,5V,12V,15V 以及還有可調(diào)節(jié)輸出的型號，可調(diào)節(jié)輸出型號輸出電壓范圍在線性和負(fù)載條件下 可調(diào)（ HV 型號的 57V）最大正負(fù) 4%，低功耗。 LM2576 系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下： ● 最大輸出電流： 3A。 ● 輸出電壓： 、 5V、 12V、 15V和 ADJ(可調(diào) )等可選 。 ● 轉(zhuǎn)換效率： 75%～ 88%(不同電壓輸出時的效率不同 )。 ● 工作溫度范圍： 40℃ ～ +125℃ ● 工作模式：低功耗 /正常兩種模式可外部控制 。 ● 所需外部元件：僅四個 (不可調(diào) )或六個 (可調(diào) )。 ● 封裝形式： TO220 或 TO263。 圖 33 LM2576 的內(nèi)部框圖 第 10 頁 共 43 頁 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） LM2576 內(nèi)部包含 52kHz 振蕩器、 基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。將輸出電壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出同內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓值 進(jìn)行比較，若電壓有偏差，則可用放大器控制內(nèi)部振蕩器的輸出占空比，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。 LM2587 簡介 LM2587 系列穩(wěn)壓器是專為回掃、步升 (升壓 )和正激轉(zhuǎn)換器應(yīng)用而設(shè)計的單片集成電路。這些穩(wěn)壓器所需外圍元件最少，性價比高，而且簡單易用。 同時還給出了元件的選型指南，包括二極管、電容器、一系列標(biāo)準(zhǔn)電感器以及與這些開關(guān)穩(wěn)壓器配合工作的回掃式變壓器。為電源開關(guān)提供保護(hù)的包括限流和限熱電路以及一個欠壓鎖定電路。其他特性包括軟啟動模式和電流模式控制，其中軟啟動可以降低啟動過程中的浪涌電流，電流模式控制可以提供改善的輸入電壓拒絕、輸出負(fù)載瞬態(tài)和逐周期限流。 4%的輸出電壓容差。 4%的系統(tǒng)輸出電壓容差 典型應(yīng)用電路： 圖 34 LM2587典型應(yīng)用電路 LCD12864 的簡介 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4位 /8位并行、 2 線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。 也可完成圖形顯示 。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點(diǎn) 陣的圖形液晶模塊。每次傳輸數(shù)據(jù)由 16位的數(shù)據(jù)組成一幀，其中 4位控制命令字， 12位輸出數(shù)據(jù)。同時內(nèi)置片上電壓參考源，該參考源最大能達(dá)到 1mA的電流，因此也可以將其作為整個系統(tǒng)的參考源，減少了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。 TLV5638的引腳配置如圖 35所示。 圖 41 信號產(chǎn)生與控制電路 P0 口： P0口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0端口寫 “1” 時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下 ， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。對 P1 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使 用。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 （ ） 和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入 （ ） ，在 flash 編程和校驗(yàn)時 ， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 在 flash 編程和校驗(yàn)時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為6MHz。電容取 30PF 左右。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。對外接電容 C C8 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里采用電 容 30pF，晶振采用 。上電復(fù)位電容充電來實(shí)現(xiàn)。按鍵電平復(fù)位