基于單片機(jī)的ATX電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key word1引言21.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求32.整體方案設(shè)計(jì)和論證42.1ATX電源工作原理42.2整體方案設(shè)計(jì)與論證62.2.1整體方案設(shè)計(jì)62.2.2整體方案的論證62.3各模塊的介紹82.3.1直流電源模塊82.3.2單片機(jī)模塊82.3.3數(shù)據(jù)采集模塊92.3.3開(kāi)關(guān)模塊132.3.4顯示模塊183.硬件電路203.1電源模塊203.2單片機(jī)模塊213.3AD模塊223.4與電腦電源的銜接模塊224.軟件設(shè)計(jì)244.1系統(tǒng)總的流程圖244.2CD4051控制子程序244.3AD轉(zhuǎn)換子程序254.4顯示子程序265.調(diào)試285.1AD芯片與下載線的影

2、響285.2AD的時(shí)序285.3AD數(shù)據(jù)高低位295.4CD4051的正常工作電壓296.結(jié)論30參考文獻(xiàn)30致謝32附錄33基于單片機(jī)的ATX電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)摘 要本文主要闡敘了用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)ATX電源智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方法。該智能檢測(cè)儀是對(duì)電腦電源的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)，判斷其性能好壞的一款產(chǎn)品。設(shè)計(jì)思路是利用AD芯片對(duì)ATX電源實(shí)際輸出電壓進(jìn)行采集，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將數(shù)據(jù)和結(jié)果在顯示模塊顯示。本設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)采集ATX電源+5V、+12V、+3.3V幾個(gè)大功率輸出端口的電壓，判斷ATX電源的的性能。本產(chǎn)品能很準(zhǔn)確的檢測(cè)出ATX電源的實(shí)際帶負(fù)載能力，為ATX電源實(shí)際性能檢測(cè)提供

3、了有力依據(jù)。關(guān)鍵詞單片機(jī)；AD芯片；LCD;ATX電源The Design of ATX Power Supply Smart Detector Based MCUAbstractThis article illustrates the reclassification of 51 MCU with smart detector ATX power supply design. The detector is intelligent computer power supply output voltage for testing to determine their quality of a

4、product. The idea of design is to use the AD chip ATX power supply output voltage to the actual collection, through MCU system the data processing and data and results in the display module. Acquisition of this design can achieve ATX power supply +5 V, +12 V, +3.3 V several high-power output voltage

5、 and judge the performance of the ATX power supply, This product can detect the ATX power supply with the actual load capacity very accurately, providing a strong basis for the actual performance test of the ATX power supply. Key wordMCU;AD chip; LCD;ATX power supply引言電源是電腦能夠運(yùn)行的動(dòng)力之源，在電腦運(yùn)行的過(guò)程中我們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)

6、到它的重要性。如果電源性能不佳，輕則機(jī)器時(shí)不時(shí)給你來(lái)個(gè)反復(fù)啟動(dòng)、仿制處于半夢(mèng)半醒之間，重則讓整部機(jī)器為此獻(xiàn)身。即使你機(jī)器配備的是品質(zhì)優(yōu)良的電源，但隨著不斷地給機(jī)器添置新的硬件和外設(shè)，這個(gè)電源是否還能擔(dān)當(dāng)起重任呢？我們又如何選擇合適的電源呢？打開(kāi)電源的外殼后一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的用戶能夠了解電源的工藝水平，但并不能估算出電源輸出的實(shí)際功率，而且大多數(shù)經(jīng)銷(xiāo)商是不會(huì)給用戶這樣的機(jī)會(huì)的，所以電源的輸出功率、各端的最大輸出電流等指標(biāo)通常都標(biāo)注在電源的銘牌上。我們?cè)趺粗肋@些指標(biāo)是否屬實(shí)呢？市場(chǎng)上出現(xiàn)了許許多多的大功率電源，200W400W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

7、們到底該如何選擇？很多人只是單純的用萬(wàn)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。市場(chǎng)上很難找到一款檢測(cè)電腦電源功率的電子產(chǎn)品。在網(wǎng)上找，費(fèi)了很大力氣才找到深圳的一家公司有類(lèi)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。目前單片機(jī)應(yīng)用廣泛，利用單片機(jī)可以設(shè)計(jì)出一款價(jià)格低廉適用性強(qiáng)的檢測(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。1.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)一款單片機(jī)ATX電源智能檢測(cè)儀，能檢測(cè)出ATX電源的輸出功率是否達(dá)到要求。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

8、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。（2）采樣ATX電源+5V USB1 +5V USB2輸出端子在帶小功率負(fù)載時(shí)所能提供的電壓，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。（4）LCD顯示模塊能對(duì)采樣的數(shù)據(jù)及處理后的結(jié)果進(jìn)行循環(huán)顯示。2.整體方案設(shè)計(jì)和論證2.1ATX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(guò)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(guò)整流和濾波得到高壓直流電。

9、接著通過(guò)開(kāi)關(guān)電路把高壓直流電轉(zhuǎn)成高頻脈動(dòng)直流電，再送高頻開(kāi)關(guān)變壓器降壓。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。圖.1PC電源流程框圖如圖2.1 PC電源流程框圖所示，電源內(nèi)部的大致流程為：高壓市頻交流輸入一、二級(jí)EMI濾波電路（濾波） 全橋電路整流(整流)+大容量高壓濾波電容(濾波) 高壓直流 開(kāi)關(guān)三極管 高頻率的脈動(dòng)直流電 開(kāi)關(guān)變壓器（變壓） 低壓高頻交流 低壓濾波電路（整流、濾波） 穩(wěn)定的低壓直流輸出。 開(kāi)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(kāi)電源后看到的主散熱片上的兩個(gè)晶體管就是開(kāi)關(guān)管。高頻開(kāi)關(guān)變壓器同樣是整個(gè)電路中的核心部件，講

10、究的是鐵氧體的效率、磁芯截面積的大小和磁隙的寬度，截面積過(guò)小的變壓器容易產(chǎn)生磁飽和而無(wú)法輸出較大的功率，各個(gè)繞組的匝數(shù)直接影響輸出的電壓，通常我們無(wú)法具體的掌握這些參數(shù)，所以無(wú)法準(zhǔn)確的判斷變壓器到底能輸出多大的功率。另外，開(kāi)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+3.3VDC和+5VDC就是這樣，所以當(dāng)+3.3VDC輸出最大電流時(shí)+5VDC就無(wú)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。在主變壓器旁邊的兩個(gè)小變壓器也有各自的作用，其中一個(gè)將開(kāi)關(guān)電路控制信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行工作，同時(shí)還可以將開(kāi)關(guān)管工作的高壓區(qū)和集成電路

11、工作的低壓區(qū)進(jìn)行物理隔離。另外一個(gè)完全是一套獨(dú)立的小型開(kāi)關(guān)電源，這就是我們所說(shuō)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(guò)+5VSB端輸出到主板來(lái)實(shí)現(xiàn)喚醒功。開(kāi)關(guān)電源向電腦提供+5V、+12V、+3.3V、-12V、-5V、+5V USB1、+5V USB2 七個(gè)端口，其中+5V、+12V、+3.3V端口需帶的起電腦的大功率負(fù)載，才能保證電腦正常運(yùn)行。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。我們就是要檢測(cè)這些特殊的端口，來(lái)檢測(cè)ATX電源的實(shí)際負(fù)載能力。2.2整體方案設(shè)計(jì)與論證 2.2.1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(kāi)關(guān)

12、模塊，負(fù)載模塊，顯示模塊幾個(gè)部分組成。關(guān)系圖如下。單片機(jī)模塊開(kāi)關(guān)模塊IRF32055數(shù)據(jù)采集模塊（A/D）負(fù)載模塊顯示模塊圖2.2 ATX電源智能檢測(cè)儀設(shè)計(jì)框圖整體方案簡(jiǎn)敘:通過(guò)單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)模塊來(lái)輪流選通場(chǎng)效應(yīng)管IRF32055,打開(kāi)場(chǎng)效應(yīng)管后,負(fù)載開(kāi)始工作, 在打開(kāi)負(fù)載端口的期間，負(fù)載會(huì)迅速加熱。單片機(jī)再控制AD芯片不斷的對(duì)提供負(fù)載工作的端口電壓進(jìn)行采集，并將采集到的模擬值進(jìn)行處理，然后再把采集到的數(shù)據(jù)和處理后的結(jié)果顯示。2.2.2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

13、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(lái)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?。所以直流電源模塊是必須的，只有加上了直流電源為各個(gè)模塊提供正常的工作電壓，才能使ATX電源智能檢測(cè)儀持續(xù)穩(wěn)定的工作。（2）AD測(cè)量范圍的處理由于接觸到的AD芯片都只能采樣0-5V的電壓，那采樣12V就不能直接實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)通過(guò)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(guò)但片機(jī)內(nèi)部處理，折

14、算出實(shí)際的電壓。（3）采樣選擇ATX電源智能檢測(cè)儀主要是檢測(cè)ATX電源的帶負(fù)載能力，看它到底能輸出多大的功率，而+5V USB1、+5V USB2輸出端本身并不是大功率輸出端口。考慮到這些，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)碾娮瑁诓蓸訖z測(cè)判斷是否能輸出相應(yīng)的電壓。（4）負(fù)電壓采樣ATX電源輸出-12V、-5V兩個(gè)負(fù)電壓，由于接觸到的AD芯片都只能采樣正電壓，就拿ADC0809來(lái)說(shuō)如果要輸入負(fù)電壓信號(hào)的話，在輸入AD之前應(yīng)該在這個(gè)信號(hào)上疊加一個(gè)合適的正電壓信號(hào)，使得輸入AD的信號(hào)全部在0V以上，然后在微處理器的程序中減去疊加上的正電壓信號(hào)。如果強(qiáng)行輸入負(fù)電壓信號(hào)

15、可能會(huì)導(dǎo)致芯片損壞，即使沒(méi)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。2.3各模塊的介紹2.3.1直流電源模塊本設(shè)計(jì)需向芯片提供+5V電壓及+12V電壓，用最簡(jiǎn)單的7812及7805穩(wěn)壓電路即可滿足要求。市電進(jìn)入后經(jīng)15V變壓器整形濾波后向7812提供輸入端。2.3.2單片機(jī)模塊本設(shè)計(jì)的核心控制芯片就是單片機(jī),該模塊的功能:實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制.單片機(jī)種類(lèi)繁多,應(yīng)該選擇最合適的單片機(jī),要熟練掌握它的功能且靈活應(yīng)用.本設(shè)計(jì)選擇的是AT89C51。優(yōu)點(diǎn):控制方便,性能穩(wěn)定,資源豐富。AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（F

16、PEROMFalsh 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)。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)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。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MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。MCS-51系列單片機(jī)的引腳圖如下圖2.3 MCS-51系列單片機(jī)的引腳圖2.3

17、.3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(guò)該數(shù)據(jù)判斷電源的輸出功率是否滿足要求。本模塊采用ADC0809芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，下面對(duì)該芯片進(jìn)行介紹。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。（1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)圖2.4 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(kāi)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。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)

18、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)。（2）引腳結(jié)構(gòu)圖2.5 ADC0809引角圖圖2.6 實(shí)物圖IN0IN7：8條模擬量輸入通道ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。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。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選

19、擇表如下表所示。表2.1CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。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)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提

20、供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。（3）ADC0809應(yīng)用說(shuō)明ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。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。2.3.3開(kāi)關(guān)模塊該模塊要實(shí)現(xiàn)的功能：提供單片機(jī)選擇具體讓某塊負(fù)載工作的端口。該模塊可有用開(kāi)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)電路加上開(kāi)關(guān)管構(gòu)成。（1）開(kāi)關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)的選擇方案1：選擇普通三極管，如9012、90

21、13等。優(yōu)點(diǎn)：易于控制。缺點(diǎn)：浪費(fèi)單片機(jī)的管腳資源，穩(wěn)定性差。方案2：選擇模擬開(kāi)關(guān)芯片。優(yōu)點(diǎn)：易于控制，節(jié)約單片機(jī)管腳資源，產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，穩(wěn)定性好，易于采購(gòu)。理想的多路開(kāi)關(guān)其開(kāi)路電阻為無(wú)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。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中多采用集成電路多路開(kāi)關(guān)，其種類(lèi)、型號(hào)都比較多，有8通道、16通道、甚至32通道的。常用的多路開(kāi)關(guān)有CD4051(八選1)、菜單4052（雙四選1 ）、cd4067（十六八選1）等。本設(shè)計(jì)選擇的是CD4051芯片。下面是對(duì)CD4051芯片的詳細(xì)介紹：CD4051引腳圖如下：圖2.7 CD4051引角圖功能圖如下：圖2

22、.8 CD4051功能圖CD4051是8通道多路開(kāi)關(guān)，由邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼器和8個(gè)開(kāi)關(guān)電路組成。CD4051的引腳如圖2.7所示，圖中C、B、A是二進(jìn)制的控制輸入端，INH是允許輸入端。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允許雙向使用，改變圖中IN/OUT和OUT/IN的接法，可以實(shí)現(xiàn)“多到一”或“一到多”的轉(zhuǎn)換。 CD4051是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛使用的模擬開(kāi)關(guān)，直流供電電源為VDD =515V，輸入電壓UIN =0VDD ，它所能傳送的數(shù)字信號(hào)電位變化

23、范圍為315V，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(guò)。接通電阻小，一般小于80， 斷開(kāi)電阻高，在VDD -VEE =10V時(shí)，泄漏電流的典型值為10nA。CD4051應(yīng)用上有個(gè)非常值得注意的地方，那就是VDD的大小會(huì)影響到芯片對(duì)選通管腳的選擇端口A、B、C電壓高低的識(shí)別。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。當(dāng)VDD=8V時(shí)，只要給A賦5V ，A就至1。（2）開(kāi)關(guān)管的選擇開(kāi)關(guān)管的要求：1、必須能承受大功率。2、開(kāi)路電阻為無(wú)窮大，其導(dǎo)通時(shí)的電阻為幾乎為零。3、希望它切換速度快，噪音小，壽命長(zhǎng)，工作可靠。對(duì)于這樣苛刻的要求也只有場(chǎng)效應(yīng)管方能勝

24、任。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。場(chǎng)效應(yīng)管是一種單極型晶體管,它只有一個(gè)P-N結(jié),在零偏壓的狀態(tài)下,它是導(dǎo)通的,如果在其柵極(G)和源極(S)之間加上一個(gè)反向偏壓(稱柵極偏壓)在反向電場(chǎng)作用下P-N變厚(稱耗盡區(qū))溝道變窄,其漏極電流將變小,反向偏壓達(dá)到一定時(shí),耗盡區(qū)將完全溝道夾斷,此時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài),此時(shí)的反向偏壓我們稱之為夾斷電壓,用Vpo表示,它與柵極電壓Vgs和漏源電壓Vds之間可近以表示為Vpo=Vps |Vgs|,這里|Vgs|是Vgs的絕對(duì)值。當(dāng)Vg

25、s=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(kāi)始導(dǎo)通,有漏極電流產(chǎn)生。并稱開(kāi)始出現(xiàn)漏極電流時(shí)的柵源電壓Vgs為開(kāi)啟電壓。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。本設(shè)計(jì)選擇了IRF3205，下面是對(duì)IRF3205的詳細(xì)介紹：IRF3205是大功率場(chǎng)效應(yīng)管, 開(kāi)路電阻為無(wú)窮大，其導(dǎo)通時(shí)的電阻為幾乎為零,切換速度快,只要應(yīng)用得當(dāng),能長(zhǎng)時(shí)間工作。以下通過(guò)圖片來(lái)描述IRF3205場(chǎng)效應(yīng)管與Id的關(guān)系, 與Id的關(guān)系。圖2.9 在室溫25攝氏度下典型的輸出特性圖10 在175攝氏度下典型的輸出特性從以上2圖可以看出與Id的關(guān)系基本不受溫度的影響,且

26、只要大于1V, Id足可以超過(guò)15A。利用這點(diǎn)可以很好的解決當(dāng)為3.3V時(shí)向ATX電源提供大功率負(fù)載的問(wèn)題。圖2.11 典型的傳輸特性從上圖可看出,只要6V, Id能有可達(dá)到100A。足以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。圖1.12 開(kāi)關(guān)時(shí)間波形從上圖可以看出IRF3205易于控制,且開(kāi)關(guān)時(shí)間短。2.3.4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。優(yōu)點(diǎn):控制簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,易于購(gòu)買(mǎi)。缺點(diǎn):浪費(fèi)CPU資源。方案2:用LCD做靜態(tài)顯示。優(yōu)點(diǎn): 控制簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,易于購(gòu)買(mǎi),可以有效的節(jié)約CPU資源。可以顯示字符。缺點(diǎn):浪費(fèi)單片機(jī)斷口;本設(shè)計(jì)采用的是LCD1602。下面是LCD

27、1602進(jìn)行詳細(xì)資料。表2.2 1602B引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2雙向數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3雙向數(shù)據(jù)口3VL對(duì)比度調(diào)節(jié)11D4雙向數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5雙向數(shù)據(jù)口5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6雙向數(shù)據(jù)口6E模塊使能端14D7雙向數(shù)據(jù)口7D0雙向數(shù)據(jù)口15BLK背光源地8D1雙向數(shù)據(jù)口16BLA背光源正極VDD：電源正極，4.55.5V，通常使用5V電壓；VL：LCD對(duì)比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為05V。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(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，因此通常使用一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度，或者直接串接一個(gè)電阻到地

28、；RS：MCU寫(xiě)入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要寫(xiě)入指令時(shí)，使RS為低電平；MCU要寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，使RS為高電平；R/W：讀寫(xiě)控制端。R/W為高電平時(shí)，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時(shí)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)；E：LCD模塊使能信號(hào)控制端。寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，需要下降沿觸發(fā)模塊。D0D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4D7接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式；BLA： LED背光正極。需要背光時(shí)，BLA串接一個(gè)限流電阻接VDD，BLK接地，實(shí)測(cè)該模塊的背光電流為50mA左右；BLK： LED背光地端。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(xiě)

29、。3.硬件電路3.1電源模塊電源模塊采用的是最常用的7812、7805穩(wěn)壓電路。硬件電路圖如下：圖3.1 直流電源市電經(jīng)過(guò)15V的交流變壓器后進(jìn)行整流穩(wěn)壓可得到+12V、 +5V電壓。3.2單片機(jī)模塊 單片機(jī)模塊主要是起控制作用，具體電路圖如下：圖3.2 單片機(jī)控制模塊為了便于畫(huà)圖，本設(shè)計(jì)主要是用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來(lái)繪圖。單片機(jī)要工作的基本條件都必須有，它包括晶振、電源等。上圖中CON16是LCD顯示模塊。3.3AD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3.3 AD模塊本模塊采用IN-1IN-5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

30、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(guò)IN1IN7傳送給單片機(jī)。3.4與電腦電源的銜接模塊從廢舊的主板上拆下與電源銜接的20針座子，因?yàn)樵摻涌诎穗娔X電源出來(lái)的所有需要檢測(cè)的電壓。具體接口如下圖所示： 圖4.4 電源接口其中需注意的是:必須將3、4腳的針同時(shí)插上，保證連接。電腦電源才會(huì)啟動(dòng)。其他的端口有多輸出端子，可以只接一個(gè)。4.軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總的流程圖開(kāi)啟信號(hào)？初始化各模塊，K=1AD采集+K=5？開(kāi)始 結(jié)束數(shù)據(jù)處理顯示圖4.1 系統(tǒng)流程圖4.2CD4051控制子程序void cd4051()switch(ccd) case(1):A1=1;B1=0;C1=0;

31、break;case(2):A1=0;B1=1;C1=0; break;case(3):A1=0;B1=0;C1=1; break;case(4):A1=0;B1=1;C1=1; break;case(5):A1=1;B1=1;C1=1; break;case(6):A1=0;B1=0;C1=0; break;case(7):A1=1;B1=1;C1=0; break;case(8):A1=1;B1=0;C1=1; break;default:INH=1;INH=0;4.3AD轉(zhuǎn)換子程序void ad()switch(cad) case(1):A=1;F=1;C=0; break;case(2

32、):A=0;F=0;C=1; break;case(3):A=0;F=1;C=0; break;case(4):A=1;F=0;C=0; break;case(5):A=1;F=0;C=1; break;default:A=0;F=0;C=1;OE=0; /啟動(dòng)ST=0;ST=1;ST=0;OE=1; delay1m(200); delay1m(200); /結(jié)束 P2=0xff;p20=p37;p21=p36;p22=p35;p23=p34;/數(shù)據(jù)高低位互換p24=p33;p25=p32;p26=p31;p27=p30; x1=P2;4.4顯示子程序void setxy(char x,cha

33、r y) /*X=行(12)，Y=列(116)*/uchar c;if(y16);elseswitch(x)case 1:DATA=0x80+y-1;enable();break;case 2:DATA=0xc0+y-1;enable();break;default:break;void enable(void)RS=0;RW=0;E=0;delay15(5);E=1;void enable1(void)RS=1;RW=0;E=0;delay15(1);E=1;5.調(diào)試5.1AD芯片與下載線的影響調(diào)試AD過(guò)程中，OE端口直接用P17來(lái)控制，因?yàn)镺E端口會(huì)硬件拉低，使得下載線端口出現(xiàn)異常，怎么也

34、燒不進(jìn)程序，開(kāi)始以為是因?yàn)閿嗦?、晶振等?wèn)題引起。后來(lái)才在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)是OE端口會(huì)硬件拉低引起的。5.2AD的時(shí)序ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。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)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。根據(jù)以上的資料編寫(xiě)出ADC0809的啟動(dòng)程序段如下：OE=0; /啟動(dòng)ST=0;ST=1;ST=0;OE=1; 但是在啟動(dòng)了AD以后，用單片機(jī)去讀AD輸出的數(shù)據(jù)

35、，怎么也的不到正確的數(shù)據(jù)。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(méi)有判斷AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，所以在啟動(dòng)AD以后不能馬上讀到正確的數(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)。5.3AD數(shù)據(jù)高低位在AD的調(diào)試過(guò)程中還出現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，有很大的變化，但又在幾個(gè)固定的值中變化的情況，這個(gè)現(xiàn)象看來(lái)古怪，但也有規(guī)律，這主要是由于數(shù)據(jù)的高低位搞反了，而低位數(shù)據(jù)本身就會(huì)有變動(dòng)導(dǎo)致的。低位的變動(dòng)本來(lái)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(lái)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(jué)了。5.4CD4051的正常工作電壓CD

36、4051是8通道多路開(kāi)關(guān),在調(diào)試的過(guò)程中遇到了不管給什么控制電平都選通第0路的現(xiàn)象。這主要是CD4051的工作的壓沒(méi)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CD4051的工作電壓一定要比7V高，所以在設(shè)計(jì)中采用了12V的直流電給CD4051供電，而此時(shí)CD4051默認(rèn)的高低電平就和普通的TTL電平不同了，它把7V以下的都認(rèn)為是低電平。又由于CD4051的通道選擇是由單片機(jī)直接控制，所以不管單片機(jī)給的是什么控制電平CD4051都選通第0路。為了降低CD4051默認(rèn)的高電平就必須降低它的工作電壓，又考慮到CD4051的工作電壓一定要比7V高，所以設(shè)置CD4051

37、的工作電壓為8.2V，這樣才讓CD4051正常工作。6.結(jié)論本論文通過(guò)單片機(jī)控制AD芯片、模擬開(kāi)關(guān)的方法，對(duì)如何輪流向電腦電源提供大功率負(fù)載問(wèn)題進(jìn)行了研究；介紹了硬件的原理以及連接的方法，軟件的設(shè)計(jì)流程以及部分代碼，并在附錄1給出了完整的電路圖，經(jīng)調(diào)試可實(shí)現(xiàn)電腦電源的負(fù)載能力檢測(cè)。硬件部分設(shè)計(jì)保證了單片機(jī)能很好的在ATX電源加上大功率負(fù)載下進(jìn)行輪流的AD采集，其中場(chǎng)效應(yīng)管IRF3205是起到主要的開(kāi)關(guān)作用的開(kāi)關(guān)作用，保證大功率負(fù)載能輪流工作。而CD4051起到了單片機(jī)與負(fù)載之間的控制銜接作用。軟件部分的設(shè)計(jì)跟硬件完美配合實(shí)現(xiàn)了ATX的實(shí)際負(fù)載能力檢測(cè)。我們知道只要合理的控制AD的時(shí)序便能很好的

38、實(shí)現(xiàn)AD采集，合理的安排整個(gè)檢測(cè)的流程，便能實(shí)現(xiàn)完全的系統(tǒng)的檢測(cè)。軟件的設(shè)計(jì)就是通過(guò)不斷的控制CD4051及AD采集并將采集結(jié)果經(jīng)過(guò)處理送到LCD1602進(jìn)行顯示并做報(bào)警處理。整個(gè)產(chǎn)品的使用非常簡(jiǎn)單，只要把ATX電源的接頭接入相應(yīng)的座子，上電后本產(chǎn)品將自動(dòng)完成所有測(cè)試，并在顯示模塊顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果。參考文獻(xiàn)1 李華等編著.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993:12-45.2 張立科.單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐M.北京：人民郵電出版社，2005:165-178.3 張凱等編著.MCS-51單片機(jī)綜合系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)M.北京：科學(xué)出版社，1996:68-115.

39、4 朱宇光編著.單片機(jī)應(yīng)用新技術(shù)教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2000:115-164.5 余永權(quán)編著.89系列FLASH單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2000:12-14.6 樓然苗，李光飛編著.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003:45-62.7 李東生編著.PROTEL 99SE電路設(shè)計(jì)技術(shù)入門(mén)與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2002:118-169.8 張有順編著.MCS-51/96系列單片機(jī)簡(jiǎn)明教程M.北京：中國(guó)脊梁出版社,1998:43-58.9 Holux. GR-87MQKQua Manual. ,1995,23(8): 72102.10

40、 Siemens. TC35i module note. ,2001,33(8): 150176. 11 潘永雄，沙河，劉向陽(yáng)編著.電子線路CAD實(shí)用教程（第二版）M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003:48-119.附錄：#include #include #include intrins.h#include math.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DATA P2sbit E=P07;sbit RS=P05;sbit RW=P06;sbit A=P13;sbit F=P14;sbit C=P15;

41、sbit ST=P16;sbit OE=P04;sbit di=P10; sbit zs=P11; sbit go=P12;sbit A1=P00; sbit B1=P01; sbit C1=P02; sbit INH=P03;sbit p30=P30; sbit p31=P31; sbit p32=P32; sbit p33=P33;sbit p34=P34; sbit p35=P35; sbit p36=P36; sbit p37=P37; sbit p20=P20; sbit p21=P21; sbit p22=P22; sbit p23=P23;sbit p24=P24; sbit p25=P25; sbit p26=P26; sbit p27=P27;int x,x1,x2=0,s1=3,s2=2,s3=0,ss1=3,ss2=1,ss3=1,ss4=0,begin,cad,ccd;int i=0,j=0,k=0,flag=0,xx1=250,a1=0,a2=0,a3=0;int cnt ,scnt, second;uchar *p,*p1,*p2,*p3;void lcd();void delay15(uchar);void enable(void);void e