【正文】 （調(diào)頻 — 調(diào)寬）。低廉、節(jié)能、高效、 靜音以及高可靠性的變頻產(chǎn)品成為趨勢，各種新型的 PWM 控制芯片不斷涌現(xiàn)。 與微處理技術(shù) 典型 PWM 調(diào)速控制芯片特點(diǎn)隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，其與 PWM 技術(shù)相結(jié)合，形成了各類特色的控制方案，主要可分為以下幾類 ： (1)采用單一的通用微處理器 (單片機(jī) )來產(chǎn)生 SPWM。 (2)采用專用大規(guī)模集成電路產(chǎn)生 SPWM 信號。 14 (3)采用微處理器和專用大規(guī)模集成電路相結(jié)合的方式，可以兼具靈活、簡單、易于開發(fā)、功能勿、一展的特點(diǎn)，如 Siemens 公司的 SEL4520,Mitel公司的SA4828 等，但成本較高。此類芯片內(nèi)部集成有 PWM 發(fā)生器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、EPROM/EEPROM 或快速可擦寫存儲器 FlashMemory 等適用于電動淚 L 調(diào)速的外圍硬件設(shè)備，大大減少 CPU 的十預(yù)時間，保證 CPU 可以實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的控制功能。特別是高速運(yùn)算能力 DSP 核的嵌入常見的如 TI 公司的 TM5320F24X 系列、 AD 公司的 ADMCF32X 系列，使得此類芯片完全可以實(shí)現(xiàn)高性能的控制算法，如磁場定向控制、無速度傳 感器矢量控制等 [8]。但 內(nèi)部功耗大，轉(zhuǎn)換效率低，一般只有45％；體積大，重量重，不便于微型化和小型化；必須具有較大的輸入和輸出濾波電容；輸出電壓動態(tài)范圍小，線性調(diào)整率低；輸出電壓不能高于輸入電壓 [9]。 經(jīng)過比較 篩選和論文要求參數(shù)指標(biāo)，本設(shè)計(jì)采用開關(guān)電源做為智能穩(wěn)壓電源的主電路。振蕩脈沖 的 負(fù)半周到來，電源調(diào)整管的基極 或可控硅的控制極電壓低于原來的設(shè)置電壓，電源調(diào)整管截止， 310V 電源 被關(guān)斷，開關(guān)變壓器次級沒電壓，這時各電路所需的工作電壓就靠次級 電 路整流后的濾波電 容放電來維持。將此電壓加在 LM2576可調(diào)端便可實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出。系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示 ： 16 圖 31 智能穩(wěn)壓電源系統(tǒng)原理圖 本智能穩(wěn)壓電源 系統(tǒng)主要由 AT89C51 單片機(jī)、 整流濾波電路 、 PWM 控制電路、穩(wěn)壓輸出電路、可調(diào)輸出電路、 鍵盤輸入電路和顯示電路等部分組成。 5V/177。 圖 32 橋式整流電路 濾波是為了降低輸出電壓的脈動分量，得到較為平滑的直流電源，常有的濾波電路有電容濾波、 RC（ LC） ∏型的濾波形式。有了電荷，兩極板之間就有電壓 UC=Q/C。時間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量，經(jīng)過濾波后，輸出電壓的紋波減小，直流成分得到提高。電路圖如 33 所示 ： 18 圖 33 PWM 控制電路圖 從圖 33可以看出，反饋采樣電壓不是取自輸出電壓，而是取自變壓器 T 原邊側(cè)的 Vcc,Vcc 的波動直接反應(yīng)了電感電流的變化，所以有較快的響應(yīng)速度。所以，這個電壓控制環(huán)可以獲得較高的電壓調(diào)整率。同樣，負(fù)載的變化帶來電感電流的變化，誤差放大器也起到改善負(fù)載調(diào)整率的作用 [5]。 當(dāng) VIN 低于 16V 時，整個電路耗電緊 1mA,即電路的啟動電壓為 16V，啟動電流為 1mA，此時，處于待機(jī)狀態(tài)。啟動電壓和關(guān)斷閥智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 19 值電壓相差 6V，是為了防止電路在閥值電壓附近工作時，反復(fù)出現(xiàn)啟動 /關(guān)斷的跳動。芯片正常工作時的電流為 11mA～ 15mA。引腳 8在芯片內(nèi)部接在電壓基準(zhǔn)的 5V電壓上， 5V 電壓要通過 R402對 C404充電。當(dāng) UC3842 用來驅(qū)動功率 MOS 管時，開關(guān)頻率可高達(dá) 500KHz，一般用在 250KHz 左右，開關(guān)穩(wěn)壓電源工作更穩(wěn)定。 輸出級為圖騰柱式輸出電路，輸出晶體管的平均電流為177。 1A 的峰值電流?；蛘邔⒁_ 1 上的電壓降到 1V 以下，實(shí)現(xiàn)輸出關(guān)斷。所以，實(shí)現(xiàn)了逐個脈沖的電流限制。 脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路通過 UC3842 和外圍電路實(shí)現(xiàn)。 PWM 控制 器采用 UC3842 集成電路， UC3842 是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。 UC3842 可以直接驅(qū)動 MOS 管、 IGBT 等，適合于制 20～ 80W 小功率開關(guān)電源。 PWM 電路控制功率推動電路，進(jìn)而驅(qū)動開關(guān)變壓器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓經(jīng)電壓反饋電路矯正得到穩(wěn)定的輸出電壓 ；電壓取樣電路將采集的電壓信息送至單片機(jī)，從而顯示當(dāng)前電壓值。 在 PWM 控制過程中 , 單片機(jī)可實(shí)時檢測 ADC 端口上電流的大小 , 并根據(jù)電流大小與設(shè)定值進(jìn)行比較 , 以決定 PWM 占空比的調(diào)整方向， 單片機(jī)利用 ADC 的端口和PWM 的寄存器可以任意設(shè)定電流的大小。具有 8 腳封裝的 UC3842 芯片各引腳功能如下：腳 1 為誤差放大器輸出，用于環(huán)路補(bǔ)償；腳 2 是誤差放大器的反相輸入，通常通過一個電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出，起電壓反饋?zhàn)饔?；腳3 為電流取樣引腳，脈寬調(diào)制器使用 此信息終止輸出開關(guān)的導(dǎo)通，保護(hù)開關(guān)管不致過流損壞；腳 4 用于定時，通過時間電阻 RT 連接至參考輸出引腳 8 以及時間電容 CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)，振蕩頻率為 f=（ RT CT），工作頻率可達(dá) 500kHz；腳 5 是控制電路和電源的公共地；腳 6 是輸出驅(qū)動開關(guān)管的方波引腳，為圖騰柱式輸出，可直接驅(qū)動功率管 MOSFET 的柵極；腳 7 是控制集成電路的正電源（ Vcc）；腳 8 是參考輸出引腳，它通過電阻 RT 向電容 CT 提供充電電流。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 21 穩(wěn)壓輸出電路 穩(wěn)壓輸出電路設(shè)計(jì) 根據(jù)論文要求需要得到兩組固定輸出分別為 15V/+15V 和 5V/+5V，由于兩組輸出原理完全相同，在這里只介紹 15V/+15V。電路圖如 35 所示： 圖 35 穩(wěn)壓輸出電路圖 從電路圖 35 可以看出，該電路輸入電容 C20 C202 一般應(yīng)大于 100uF,安裝時要求盡量靠近 LM2576 輸入引腳，其耐壓值應(yīng)與最大輸入電壓匹配。輸出電容 C20C204 輸出電容值根據(jù)： C≥ 13300Vin/Vout L 計(jì)算。 L 是經(jīng)計(jì)算并查表選出的電感 L2O L202 的值，輸出電容選擇 25V/100uF 極性電解電容。 本設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓輸出電路選用的是 LM2576 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出 ，由 LM2576 特性可知，LM2576 有 、 5V、 12V、 15V 四種固定輸出可選擇，輸出電流為 3A，因此可直接滿足論文輸出電壓和輸出電流指標(biāo)；紋波系數(shù)大小主要是由輸出電容 C20C204 和 LM2576 決定，輸出電容越大，紋波系數(shù)就越小，本設(shè)計(jì)把輸出電容值選擇為 1000uF，那么紋波就會小于 5mV； 輸出電壓穩(wěn)定度通過試驗(yàn)得知空載時輸出電壓分別為 5V、 15V，滿載時輸出電壓分別為 5V、 15V，穩(wěn)定度小于 1％ ，所以都滿足論文指標(biāo)。4 ％； （ 3） 最少只需要 4個外圍組件， 3A 的 輸出大電流應(yīng)用電路 （ 4） 較寛的輸入電壓范圍， HV 型號甚至可達(dá) 40V～ 60V； （ 5） 內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生 52KHz 固定頻率； （ 6） 可用 TTL 電平關(guān)閉輸出，低功耗待機(jī)模式，典型待機(jī)電流為 50μA ； （ 7） BUCK 式降壓器，較高的轉(zhuǎn)換效率； （ 8） 過熱和過流保護(hù)； （ 9） 可實(shí)現(xiàn) BuckBoost 式正 負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器。 （ 3） SD— 電路地； （ 4） FEEDBACK— 反饋端； 電子 （ 5） ON/OFF—控制端，高電平有效，待機(jī)靜態(tài)電流僅為 75μA 可調(diào)輸出電路 可調(diào)輸出電路設(shè)計(jì) 本 設(shè) 計(jì) 的 可 調(diào) 范 圍 在 5V 到 +5V，電路主要由運(yùn)算放大器 LM358和LM2576開關(guān)穩(wěn)壓集成電路組成。由于 DAC0832 是電流型 DA 芯片，所以需要對其進(jìn)行 I— V 變換，此電路中 I— V 變換通過 LM358 實(shí)現(xiàn)，然后將其相應(yīng)輸出電壓加至 LM2576ADJ的可調(diào)端（ 4 腳），變可得到相應(yīng)輸出電壓。 運(yùn)算放大器 LM358 LM358 內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 ? 直流電壓增益高 (約 100dB)。 ? 電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)；雙電源 (177。 15V)。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 25 ? 低輸入偏流。 ? 共模輸入電壓范圍寬，包括接地。 ? 輸出電壓擺幅大（ 0 至 ) 。 直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換采用通用芯片 DAC0832。 DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。 26 DI0DI78位寄存器DAC8位D/A轉(zhuǎn)換器8位輸入寄存器......amp。amp。 一般情況下為了簡化接口電路，使第二級 8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 MCU 控制電路 MCU 控制電路設(shè)計(jì) 主要由 AT89C51 和鎖存器 74LS573 組成，其中 P0 口作為液晶顯示器LCD1602 的數(shù)據(jù)口， P1 口作為 AD0801 及 DAC0832 的數(shù)據(jù)口，此時 P1 口采用分時復(fù)用技術(shù)。 MCU 的 P2 口作為液晶 AD0801 和 74LS573 的控制端口， P3 口作為用戶鍵盤輸入端口。 AT89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。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 AT89C51 是一種高效微控制器， AT8920C51 是他的精簡版，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案此外， AT89C51有PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。當(dāng)使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。 AD 轉(zhuǎn)換電路 AD 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) AD 轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換由于采用的是 8 位并行 AD 轉(zhuǎn)換芯片 AD0801，所以只需將其數(shù)據(jù)口與 MCU 的 P1口進(jìn)行連接即可。根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理，常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器可分為兩種，雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 所謂雙積分就是進(jìn)行一次 A/D 轉(zhuǎn)換需要兩次積分。輸入電壓越大反向積分時間越長，用高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)測此時間，即可得到相應(yīng)于輸入電壓的數(shù)字量。 2. 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器工作原理 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器由 D/A 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)和控制邏輯等幾部分組成。 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確率，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制技術(shù)，通過 A／ D 轉(zhuǎn)換器 ADC0801 對輸出進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，如果輸出誤差較大便可通過單片機(jī)自動調(diào)整輸出。其數(shù)據(jù)口與 MCU 的 P0 口連接，控制口 RS 和LCDEN 分別接 MCU 的 、 口， 圖 312 LCD 液晶顯示電路圖 液晶顯示器 (LCD)英文全稱為 Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng) 色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。 LCD 顯示器還通過液晶控制透光度的技術(shù)原理讓底板整體發(fā)光，所以它做到了真正的完全平面。完全沒有輻射的優(yōu)點(diǎn)，即使長時間觀看 LCD 顯示器屏幕也不會對眼睛造成很大傷害。 目前相 比 CRT 顯示器， LCD 顯示器圖像質(zhì)量仍不夠完善。 按鍵電路設(shè)計(jì) 鍵盤原理 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預(yù)主要手段。 （ 1） 編碼鍵盤 :由硬件邏輯電路完成必 要的鍵識別工作與可靠性措施。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對于主機(jī)任務(wù)繁重之情況，采用 8279 可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤統(tǒng)是很實(shí)用的方案。它主要有 :獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。由于械觸點(diǎn)的的 彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合和斷開的瞬間均有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為 51Oms，這是一個很重要的參數(shù)，抖動過程引起電平信號的波動，有可能令CPU 誤解為多次按鍵操作，從而引起誤處理。按鍵的消抖，通常有軟件、硬件兩種消除方法，本文采用的是軟件消抖動。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線 在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。主要包括主程序、 AD 轉(zhuǎn)換相關(guān)程序 、鍵盤數(shù)據(jù)采集程序和顯示程序等部分。 接著系統(tǒng) 采樣輸出 的 電壓 值 ， 讓 輸出 的 電壓 值 與輸入電壓值 的大小 進(jìn)行比較，由 誤差 調(diào)整 模塊 調(diào)整輸出電壓 值 ， 一 直到輸入電壓 與 輸出電壓相等 為止 。 主程序 編寫 如下 : main() { init()。 vout=0xff。 suo_c=0。 if(P3!=0xf0) { shuch