【正文】 00W—— 400W 的電源到處都是，有雜牌的還有名牌的，面對(duì)這么多行行色色的產(chǎn)品，作為消費(fèi)者，我們到底該如何選擇？很多人只是單純的用萬用表檢測(cè)下空載情況下電腦電源是否正常，根本不清楚電源的實(shí)際負(fù)載能力。在網(wǎng)上找，費(fèi)了很大力氣才找到深圳的一家公司有類似的產(chǎn)品而且價(jià)格昂貴！針對(duì)這種情況，我們很有必要設(shè)計(jì)個(gè)合適的電腦電源檢測(cè)儀。它有很大的市場(chǎng)前景， 并 可以很有力的打擊假冒偽劣產(chǎn)品，保護(hù)我們消費(fèi)者的利益。具體要求如下： （ 1） 采樣 ATX電源 +12V、 +5V、 +3V輸出端子在帶大功率負(fù)載時(shí)所能提供的電壓，單片機(jī)根據(jù)這個(gè)電壓值判斷電源輸出功 率是否符合要求，并在 LCD顯示模塊顯示數(shù)據(jù)和處理后的結(jié)果。 （ 3） ATX 電源 12V、 5V 用指示燈表示正常與否。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 4 2. 整體方案設(shè)計(jì)和論證 ATX 電源工作原理 檢測(cè)電腦電源，自然很有必要知道電腦電源的工作原理，以下是對(duì)電腦電源的簡(jiǎn)要介紹： PC 電源的工作流程 ： 當(dāng)市電進(jìn)入電源后，先通過扼流線圈和電容濾波去除高頻雜波和干擾信號(hào)，然后經(jīng)過整流和濾波得到高壓直流電。最后濾除高頻交流部份，這樣最后輸出供電腦使用的相對(duì)純凈的低壓直流電。 開關(guān)管的品質(zhì)直接決定了電源的穩(wěn)定性，它也是電源中主要的發(fā)熱元件，拆開電源后看到的主散熱片上的兩個(gè)晶體管就是開關(guān)管。另外，開關(guān)變壓器的輸出端雖然很多，但其中的某些輸出端使用的卻是相同的繞組，比如 + 和 +5VDC就是這樣，所以當(dāng) + 輸出最大電流時(shí) +5VDC 就無法輸出很大的電流了，就是由于這個(gè)原因我們不能將電源各個(gè)輸出端的功率進(jìn)行簡(jiǎn)單的累加。另外一個(gè)完全是一套獨(dú)立的小型開關(guān)電源，這就是我們所說的待機(jī)電路，其輸出的電壓為電源的主電路供電，同時(shí)通過 +5VSB 端輸出到主板來實(shí)現(xiàn)喚醒功。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 6 以上介紹了 ATX 電源的基本工作原理及一些特殊的輸出端口。 整體方案設(shè)計(jì)與論證 整體方案設(shè)計(jì) 單片機(jī) ATX 電源智能檢測(cè)儀由直流電源模塊，單片機(jī)模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，開關(guān)模塊，負(fù)載模塊，顯示模塊幾個(gè)部分組成。 圖 ATX 電源智能檢測(cè)儀設(shè)計(jì)框圖 整體方案簡(jiǎn)敘 : 通過單片機(jī)控制開關(guān)模塊來輪流選通場(chǎng)效應(yīng)管 IRF32055,打開場(chǎng)效應(yīng)管后 ,負(fù)載開始工作 , 在打開負(fù)載端口的期間，負(fù)載會(huì)迅速加熱。 整體方案的論證 （ 1）電源供電 直流電源模塊作為給單片機(jī)、 AD 芯片、 LED 顯示提供正常工作 單 片 機(jī) 模 塊 開關(guān)模塊 IRF32055 數(shù)據(jù)采集模塊（ A/D） 負(fù)載模塊 顯示模塊 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 7 電壓的電路，在一般產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中都是不可或缺的，但 單片機(jī) ATX電源智能檢測(cè)儀檢測(cè)的是一個(gè)有源器件，而且能提供 +5V、 +12V 的電壓，那么我們是否能就只對(duì)這個(gè)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理來提供各個(gè)模塊的正常工作電壓呢？答案是在被檢測(cè)的 ATX 電源本身是一個(gè)工作在正常狀況下可以實(shí)現(xiàn)為各個(gè)模塊提供工作電壓，但是當(dāng) ATX 電源在非正常工作狀態(tài)下或不工作狀態(tài)下，就會(huì)導(dǎo)致 ATX 電源智能檢測(cè)儀工作不正?；虿还ぷ鳌? （ 2） AD 測(cè)量范圍的處理 由于接觸到的 AD 芯片都只能采樣 05V 的電壓，那采樣 12V 就不能直接實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)通過加分壓電路的方法把采樣電壓降的測(cè)量范圍以內(nèi)，在通過但片機(jī)內(nèi)部處理，折算出實(shí)際的電壓?？?慮到這些，設(shè)計(jì)就采用只采樣而不做大功率測(cè)試的采樣方法，把大功率負(fù)載換成適當(dāng)?shù)碾娮?，在采樣檢測(cè)判斷是否能輸出相應(yīng)的電壓。如果強(qiáng)行輸入負(fù)電壓信號(hào)可能會(huì)導(dǎo)致芯片損壞，即使沒有損壞，微處理器讀到的數(shù)據(jù)也只有正電壓部分是正確的，負(fù)電壓部分 將被認(rèn)為是 0V。市電進(jìn)入后經(jīng) 15V 變壓器整形濾波后向 7812 提供輸入端。 優(yōu)點(diǎn) :控制方便 ,性能穩(wěn)定 ,資源豐富 。 AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 MCS51 系列單片機(jī)的引腳圖如 下 圖 MCS51 系列單片機(jī)的引腳圖 數(shù)據(jù)采集模塊 該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì) ATX 電源輸出的電壓進(jìn)行采集，通過該數(shù)據(jù)判斷電源的輸出功率是否滿足要求。 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 10 （ 1） ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié) 圖 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 由上圖可知， ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。 表 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻 率為 500KHZ， VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。 初始化時(shí)，使 ST 和 OE 信號(hào)全為低電平。 在 ST 端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào)。 當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。該模塊可有用 開關(guān)功能實(shí)現(xiàn)電路加上開關(guān)管構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn)：易于控制。方案 2：選擇模擬開關(guān)芯片。 理想的多路開關(guān)其開路電阻為無窮大，其導(dǎo)通時(shí)的電阻為零此外，還希望它切換速度快，噪音小，壽命長(zhǎng)，工作可靠。常用的多路開關(guān)有 CD4051(八選 1)、菜單 4052（雙四選 1 ）、 cd4067（十六八選 1）等。 下面是對(duì) CD4051 芯片的詳細(xì)介紹： 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 14 CD4051 引腳圖 如下： 圖 CD4051 引角圖 功能圖 如下 ： 圖 CD4051功能圖 CD4051是 8通道多路開關(guān)，由邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼器和 8個(gè)開關(guān)電路組成。當(dāng) INH為高電平時(shí)，不論從 A、B、 C端輸入何值， 8個(gè)通道均不通；當(dāng) INH為低電平時(shí)，允許由 A、 B、C端輸 入 3位二進(jìn)制數(shù)，在 8路通道中選擇一路將輸入和輸出接通。 CD4051是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛使用的模擬開關(guān)，直流供電電源為 VDD =5～ 15V，輸入電壓 UIN =0～ VDD ，它所能傳送的數(shù)字信號(hào)電位變化范圍為 3～ 15V，模擬信號(hào)峰峰值為 15V，當(dāng) VEE 接負(fù)電源時(shí)，正、負(fù)模擬電壓均可通過。 10nA。比如當(dāng) VDD10V 時(shí)，要給 A賦高于 6V 的電壓才認(rèn)為是 A至 1了。 （ 2） 開關(guān)管的選擇 開關(guān)管的要求： 必須能承受大功率。 希望它切換速度快，噪音小，壽命長(zhǎng)，工作可靠。 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管不同 ,它是一種電壓控制器件 (晶體管是電流控制器件 ),其特性更象電子管 ,它具有很 高的輸入阻抗 ,較大的功率增益 ,由于是電壓控制器件所以噪聲小 。 當(dāng) Vgs=0時(shí) Id(漏極電流 )=0,只有當(dāng) Vgs 增加到某一個(gè)值時(shí)才開始導(dǎo)通 ,有漏極電流產(chǎn)生 。 本設(shè)計(jì)是給 Vgs 提供足夠大的電壓，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大區(qū)， Ids完全取值于 Rds。 以下通過圖片來描述 IRF3205 場(chǎng)效應(yīng)管 與 Id 的關(guān)系 , 與Id 的關(guān)系 。 利用這點(diǎn)可以很好的解決當(dāng) 為 時(shí)向 ATX 電源提供大功率負(fù)載的問題 。 足以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求 。 顯示模塊 該模塊的功能 :實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到信號(hào)的及時(shí)顯示 方案 1:用 LED 做時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示 。 缺點(diǎn) :浪費(fèi) CPU資源 。 優(yōu)點(diǎn) : 控制簡(jiǎn)單 ,價(jià)格低廉 ,易于購買 ,可以有效的節(jié)約 CPU資源 。缺點(diǎn) :浪費(fèi)單片機(jī)斷口 。 下面是 LCD1602 進(jìn)行詳細(xì)資料 。接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，但對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 19 因此通常使用一個(gè) 10K 的電位器來調(diào)整對(duì)比度，或者直接串接一個(gè)電阻到地； RS： MCU 寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。 R/W 為高電平時(shí)，讀取數(shù)據(jù)； R/W 為低電平時(shí)，寫入數(shù)據(jù)； E： LCD模塊使能信號(hào)控制端。 D0－ D7： 8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。本充電器就是采用 4 位數(shù)據(jù)傳送方式； BLA： LED 背光正極。 根據(jù)資料 ,只要對(duì)各端口進(jìn)行準(zhǔn)確的控制 ,可以很容易的實(shí)現(xiàn)讀寫 。硬件電路圖如下： 圖 直流電源 市電經(jīng)過 15V 的交流變壓器后進(jìn)行整流穩(wěn)壓可得到 +12V、 +5V電壓。單片機(jī)要工作的基本條件都必須有，它包括晶振、電源等。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 22 AD 模塊 AD 模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì) ATX 電源輸出電壓的采集，具體電路如下： 圖 AD 模塊 本模塊采用 IN1－ IN5 這 5 個(gè) 模擬量輸入通道 ，對(duì) ATX 電源各個(gè)端口輸出電壓進(jìn)行采集，單片機(jī)給出控制 地址輸入 信號(hào) A、 B、 C 和控制 信號(hào) OE、 ST 控制其工作狀況， 數(shù)據(jù) 通過 IN1－ IN7 傳送給單片機(jī)。 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 23 具體接口如下圖所示： 圖 電源接口 其中需注意的是 :必須將 4腳的針 同時(shí)插上，保證連接。其他的端口有多輸出端子，可以只接一個(gè)。B1=0。} break。B1=1。} break。B1=0。} break。B1=1。} break。B1=1。} break。B1=0。} break。B1=1。} break。B1=0。} break。} } INH=0。F=1。} break。F=0。} break。F=1。} break。F=0。} break。F=0。} break。F=0。} } OE=0。 ST=1。 OE=1。 delay1m(200)。p20=p37。p22=p35。//數(shù)據(jù)高低位互換 p24=p33。p26=p31。 x1=P2。 if(y1||y16)。enable()。 case 2:DATA=0xc0+y1。break。 } } } void enable(void) { RS=0。 E=0。 E=1。 RW=0。 delay15(1)。 } 基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 28 5. 調(diào)試 AD 芯片與下載線的影響 調(diào)試 AD 過程中， OE端口直接用 P1^7 來控制，因?yàn)?OE端口會(huì)硬件拉低，使得下載線端口出現(xiàn)異常，怎么也燒不進(jìn)程序，開始以為是因?yàn)閿嗦?、晶振等問題引起。 AD 的時(shí)序 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 根據(jù)以上的資料編寫出 ADC0809 的啟動(dòng)程序段如下： OE=0。 ST=1。 OE=1。經(jīng)反復(fù)調(diào)試、排查后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)橐陨铣绦蛑粏?dòng)的 AD 而并沒有判斷 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束，所以在啟動(dòng) AD 以后不能馬上讀基于單片機(jī)的 ATX 電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 29 到正確的數(shù)據(jù)，要判斷 AD 轉(zhuǎn)化結(jié)束或做一個(gè)足夠長(zhǎng)的延時(shí)后才能讀到正確的數(shù)據(jù)。低位的變動(dòng)本來影響不大，但放到高位就對(duì)數(shù)據(jù)的值產(chǎn)生了很大的影響，這本來是硬件的原因引起，但由于該軟件遠(yuǎn)比改硬件方便，只要在軟件中把數(shù) 據(jù)做一次高低位互換的處理就解覺了。這主要是 CD4051 的工作的壓沒有給好引起的，由于本產(chǎn)品在 CD4051 形成通路時(shí)要達(dá)到的電壓是 7V，這就要求 C