數(shù)字化小功率高壓電源設(shè)計(jì)DOC

1、引言11.傳統(tǒng)的高壓電源升壓方式21.1 變壓器升壓原理22系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)5高壓電源的整體設(shè)計(jì)53各模塊單元設(shè)計(jì)53.1.功率場效應(yīng)管的驅(qū)動控制5功率MOSFET的工作原理7單片機(jī)的選擇7單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)9單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)9鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)10顯示模塊設(shè)計(jì)10功率整流二極管123.9 過載采樣13報(bào)警指示133.11 A/D 轉(zhuǎn)換133.12 高壓發(fā)生電路設(shè)計(jì)143.13 串行接口通信154.數(shù)字化小功率高壓電源的電路原理圖及軟硬件設(shè)計(jì)16數(shù)字化小功率高壓電源整體電路圖及各部分接線圖164.2 高壓逆變硬件設(shè)計(jì)16單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)185主回路仿真實(shí)驗(yàn)18仿真軟件介紹185.2 數(shù)字化小功率高壓

2、電源系統(tǒng)仿真196總結(jié)217.致謝21參考文獻(xiàn)21附錄23數(shù)字化小功率高壓電源設(shè)計(jì)摘要:高壓直流電源在科學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)中有著普遍的應(yīng)用，光學(xué)儀器，醫(yī)療設(shè)備，質(zhì)譜分析，靜電噴涂，激光器，x射線衍射儀和其他有些分析成像射線類儀器中很重要部件。傳統(tǒng)的高壓電源很多都采用線性技術(shù)，缺點(diǎn)是這種結(jié)構(gòu)形式使電源變換損失功率增多，體積大，重量沉，操作和維修都不方便。由于電源技術(shù)的快速發(fā)展，人們對于高壓電源的智能化和數(shù)字化程度、轉(zhuǎn)換的效率和帶負(fù)載能力提出了更高的要求。設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化小型高壓電源。該電源由單片AT89C51機(jī)控制，利用黑白電視機(jī)中的高壓包和一些簡單易購的元件來制作高壓發(fā)生器實(shí)現(xiàn)升

3、壓輸出直流，該電源源具有通用性強(qiáng)、輸出可調(diào)范圍寬、制性能優(yōu)良等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞： 高壓電源；數(shù)字控制；單片機(jī)Digital low-power high-voltage power supply designABSTRACTHigh voltage DC power supply in the scientific and industrial production has a broad application, Optical instruments, medical equipment, mass spectrometry, electrostatic spraying, laser, X

4、ray diffraction and some other analysis imaging ray instrument in an important and indispensable component.The traditional high voltage power supply with linear technique, the structure causing the power transform efficiency is low, large volume, heavy weight, inconvenient repair operation.With the

5、power of technology development, people on the high-voltage power supply intelligent degree, conversion efficiency and load ability raised taller requirement.Design of a microcontroller based intelligent miniature high voltage power supply.The power supply is composed of STC89C51 single chip microco

6、mputer control,UseofFBTand some simple components to make available high voltage generator to achieve step-up DC output.The high voltage power supply with high universality, adjustable output range, high precision, good control performance characteristics.Key word:High voltage power supply; digital

7、control ;MCU引言小體積高壓電源在高能離子能量分析器和小功率X光管供電等方面有重要的應(yīng)用, 這些應(yīng)用對高壓電源提出特殊要求:(1) 輸出電壓值高, 一般在+ 30+ 50kV；(2) 高壓的穩(wěn)定性好, 一般要求輸出波動的范圍是千分之幾；(3) 輸出高壓范圍比較寬, 而且能連續(xù)可調(diào)；(4) 體積小、輸入功率較低, 適合野外操作等；根據(jù)這四點(diǎn)要求, 文中使用全集成化的電路設(shè)計(jì)出穩(wěn)定并且可靠的新型數(shù)字化高壓電源, 該電源具有功率損耗低、體積小、重量輕、絕緣性能強(qiáng)等特點(diǎn), 而且輸出的高壓能連續(xù)可調(diào),穩(wěn)定性好?，F(xiàn)在的研究現(xiàn)狀是20世紀(jì)70年代世界的電源史上出現(xiàn)了一場革命，即20kHz的開關(guān)頻率

8、融合脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)在電源市場的應(yīng)用。到現(xiàn)在為止，電源頻率已經(jīng)能達(dá)到數(shù)百赫茲，使用先進(jìn)的準(zhǔn)諧振技術(shù)幾乎能達(dá)到兆赫茲水平。以減少結(jié)構(gòu)體積和性能要求高電壓變壓器，濾波電容器，電抗器，高壓電容器等電子元件，使高壓電源體積減少。高頻電源，高壓電源體積輕，便于攜帶，實(shí)用性和易用性，大大減少并有明顯改善。世界正在大力開發(fā)新的高壓高頻電源供應(yīng)，包括電力新理論，新的模塊化電路，新型電子設(shè)備，以滿足電子設(shè)備的小型化，高效率和高性能的發(fā)展要求，目前，國外高壓直流電源已經(jīng)比較成熟，已生產(chǎn)出小型，高效，智能高壓直流電源斯佩爾曼，像Classman高電壓電源公司。在20世紀(jì)70年代開始，美國有些公司將直流電直接逆

9、變成500Hz的中頻方波送給高壓發(fā)生器，從而減少了尺寸和重量。日本國家開始使用開關(guān)電源技術(shù)，將電流整流逆變到3kHz范圍的中頻電流，然后升壓。到了20世紀(jì)80年代，高壓電源技術(shù)的的大幅度發(fā)展，西門子公司研究了手機(jī)鏡頭大功率的晶體管開關(guān)元件，電源開關(guān)頻率在20kHz以上。而且將干式變壓器技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)用于高頻高壓電源，省去了高壓變壓器油箱，使變壓器的系統(tǒng)體積減小。我國高壓開關(guān)電源的技術(shù)雖然已取得了很大的進(jìn)步，但跟國外一些技術(shù)很是沒得比的，尤其是大功率高壓開關(guān)電源技術(shù)仍處研究和開放中。雖然高頻高壓電源的研發(fā)工作已經(jīng)取得了很多的進(jìn)展，但是在電壓恒定、紋波系數(shù)等指標(biāo)方面仍然與理想中有很大的差別，與國外同

10、類技術(shù)水平也有不小的差距，我們?nèi)孕枰黾涌蒲辛Χ葋泶龠M(jìn)更廣泛的高頻高壓電源的使用，在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)療，環(huán)保等領(lǐng)域尤其重要。1.傳統(tǒng)的高壓電源升壓方式1.1 變壓器升壓原理從工頻交流電源得到交流供電，然后經(jīng)過高壓隔離升壓變壓器升壓后，得到高電壓交流電，再通過整流濾波最后輸出直流高電壓。它有很多接線方式比如半波整流、全波整流、橋式整流、倍壓整流、多相整流等。1全波倍壓電路全波倍壓電路原理 如圖1。圖1全波整流電壓電路 （a）正半周（b）負(fù)半周(1)正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，電容器C1充電到Vm，其電流路徑及電容C1的極性如上圖（a）所示。負(fù)半周時(shí)，D1截止，D2導(dǎo)通，電容器C2充電到Vm，其電

11、流路徑及電容C2的極性如上圖（b）所示。 (2)由于C1與C2串聯(lián)，故輸出直流電壓，V0=Vm。如果沒有自電路抽取負(fù)載電流的話，電容器C1及C2上的電壓是2Vm。如果自電路抽取負(fù)載電流的話，電容器C1及C2上的電壓是與由全波整流電路饋送的一個(gè)電容器上的電壓同樣的。不同之處是，實(shí)效電容為C1及C2的串聯(lián)電容，這比C1及C2單獨(dú)的都要小。這種較低的電容值將會使它的濾波作用不及單電容濾波電路的好。優(yōu)缺點(diǎn)：這類整流電路優(yōu)點(diǎn)是接線簡單，缺點(diǎn)是所用設(shè)備、組件的電壓較高，體積、重量和占地面積大，一般只能作為試驗(yàn)室內(nèi)使用。最大缺陷就是帶負(fù)載能力差，帶負(fù)載后電壓掉得厲害2.N倍壓電路半波倍壓電路的推廣形式，它能

12、產(chǎn)生輸入峰值的的三倍或四倍的電壓。根據(jù)線路接法的發(fā)式可看出，如果在接上額外的二極管與電容器將使輸出電壓變成基本峰值（Vm）的五、六、七、甚至更多倍。（即N倍）原理如圖2。圖2 N倍壓的工作原理(1)負(fù)半周時(shí)，D1導(dǎo)通，其他二極管皆截止，電容器C1充電到Vm，其電流路徑及電容器的極性如圖（a）所示。(2)正半周時(shí)，D2導(dǎo)通，其他二極管皆截止，電容器C2充電到2Vm，其電流路徑及電容器的極性如上圖（b）所示。(3)負(fù)半周時(shí)，D3導(dǎo)通，其他二極管皆截止，電容器C3充電到2Vm，其電流路徑及電容器的極性如上圖（c）所示。(4)正半周時(shí)，D4導(dǎo)通，其他二極管皆截止，電容器C4充電到2Vm，其電流路徑及電

13、容器的極性如上圖（d）所示。所以從變壓器繞線的頂上量起的話，在輸出處就可以得到Vm的奇數(shù)倍，如果從變壓器的繞線的底部量起的話，輸出電壓就會是峰值電壓的Vm偶數(shù)倍。優(yōu)缺點(diǎn):這種電路能提高直流電壓的輸出的幅度，是帶負(fù)載能力越來越差。因此只能用于小電流電路。綜上原因可知傳統(tǒng)的高壓電源存在設(shè)備重、體積大、精度低、效率低等這些缺點(diǎn)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代電源技發(fā)展的市場。隨著開關(guān)元件的研發(fā)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于高壓開關(guān)電源技術(shù)之中。采用高壓電源技術(shù)產(chǎn)生比工頻高上千倍頻率的方波或正弦波可以大幅度減小高壓電源的體積和重量，并且提高高壓電源的輸出電壓精度、輸出電壓功率，實(shí)現(xiàn)自動化控制，高壓

14、電源發(fā)展趨勢重要性就在于此。隨著這幾年電子電力技術(shù)的快速發(fā)展，如MOSFET，IGBT等新一代電子器件的應(yīng)用，高頻逆變技術(shù)的逐步成熟，出現(xiàn)了數(shù)字智能化高壓電源，與其相比它突出的優(yōu)點(diǎn)是：儲能少、重量輕、效率高、體積小、響應(yīng)速度快、設(shè)計(jì)與制造周期短。由于其優(yōu)越的特點(diǎn)，如今已逐步代替了傳統(tǒng)高壓的電源。50/60 Hz交流電流首先通過整流后得到相應(yīng)的直流電，經(jīng)過高頻逆變、高頻變壓器、整流器輸出高壓，進(jìn)行誤差信號的進(jìn)一步處理產(chǎn)生IGBT功率開關(guān)管的PWM控制信號并通過負(fù)載電壓反饋信號與指定電壓信號相比較，采用閉環(huán)反饋來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確控制。開關(guān)電源技術(shù)的數(shù)字高壓電源具有紋波系數(shù)低、重量輕、保護(hù)速度快、

15、體積小、穩(wěn)定性高、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此它必將在高壓電源中有著更廣泛的應(yīng)用?；诟哳l逆變數(shù)字化高壓電源的工作原理如圖3:圖3基于高頻逆變高壓電源示意圖2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)高壓電源的整體設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)圖如圖4，將從高壓側(cè)得到的電壓輸入單片機(jī)，經(jīng)功率管驅(qū)動送入高頻逆變器。將高壓發(fā)生電路得到的交流電壓進(jìn)行過載采樣和A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)并將結(jié)果用LCD顯示出來。同時(shí)串行通信接口與單片機(jī)的信息進(jìn)行持續(xù)交換。報(bào)警顯示 LCD顯示過載采樣高壓發(fā)生電路單片機(jī)輸入串行通信接口驅(qū)動控制A/D轉(zhuǎn)換圖4高壓電源的整體設(shè)計(jì)圖4 高壓電源整體設(shè)計(jì)3各模塊單元設(shè)計(jì)3.1.功率場效應(yīng)管的驅(qū)動控制使用M0SFET功率管比使用雙極型晶

16、體管可得到更多的好處。特別當(dāng)器件用在高頻時(shí)(一般在100kHz或更高)，M0SFET的突出優(yōu)點(diǎn)更會顯現(xiàn)出來。所以M0SFET工作頻率一般都很高，必須采用一些預(yù)防措施來設(shè)計(jì)，把高頻時(shí)出現(xiàn)的問題，如寄生振蕩等應(yīng)于消除。M0SFETT管在高頻工作時(shí)，防止振蕩，必須注意兩點(diǎn)。首先，M0SFET各端點(diǎn)的連接線長度盡可能減少，尤其是柵極引線。但是若無法讓引線剪短，則可按圖5所示，靠近柵極處串聯(lián)一個(gè)小電阻以便抑制寄生振蕩。第二，由于M帕FET的輸入阻抗高，為了避免正反饋所引起的振蕩，驅(qū)動電源的阻抗必須較低。特別是，M0SFET的直流輸入阻抗非常高，但是它的交流輸入阻抗是隨頻率變化而改變的。因此，M0SFET

17、的驅(qū)動波形的上升和下降時(shí)間，與驅(qū)動脈沖發(fā)生器的阻抗有關(guān)。另一個(gè)重要的事情是：氧化硅層之間的M0SFET的壓力柵的耐壓是有限的，如果實(shí)際的電壓數(shù)值超過元件的額定值，將會被擊穿，造成永久性的損壞。實(shí)際的柵源電壓最大值在2030V之間。值得注意的是，雖然實(shí)際電壓是20V，我們要細(xì)致分析看是否可能會出現(xiàn)因?yàn)榧纳姼幸鸬碾妷杭彼偕仙a(chǎn)生的尖峰從而引起擊穿M0SFET的硅氧化層問題。為了方便起見，我采用直接驅(qū)動式：(1)用TTL工驅(qū)動M0SFET 如圖6,但如果M0SFET中的有些晶體管，工作經(jīng)線性區(qū)間，達(dá)到飽和需要一段較長時(shí)間，使M0SFET的性能不可能達(dá)到最佳狀態(tài)的，可如圖5所示，在TTL器件與M0

18、SFET之間加上Tr1、Tr2，可減少開關(guān)的上升與下降時(shí)間。圖5MOSFET作為開關(guān)工作在共源板的結(jié)構(gòu)圖圖6 用TIL器件驅(qū)動MOSFET功率MOSFET的工作原理截止：漏源極間加上正電源，柵源之間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，無電流從漏源極之間流過。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓，電流不會從柵極流過因?yàn)闁艠O是絕緣的。但柵極的正電壓會將它下面P區(qū)中的空穴推開，將P區(qū)中的少子電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當(dāng)正電壓大于開啟電壓或閾值電壓時(shí)，由于柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，反型層形成N溝道而使PN結(jié)消失是因?yàn)镻型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，漏極和源極就導(dǎo)電。單片機(jī)的選擇單片

19、機(jī)是將CPU、存儲器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、I/O接口電路和必要的外設(shè)集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)既小巧又完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。單片機(jī)具有機(jī)構(gòu)簡單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，此外，單片機(jī)易于擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、穿行I/O口，為應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來極大的方便，而且單片機(jī)工作電壓低，功耗也低，在許多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用并發(fā)揮了巨大的作用。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，本設(shè)計(jì)采用AT89C51型號單片機(jī)，其引腳圖如下圖7：圖7 AT89C51單片機(jī)引腳排列圖AT89C51是一

20、種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，通常也被稱為單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，其可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次,即可重復(fù)寫入程序約1000次，且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的輸出管腳和指令集相兼容。ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，因其將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中。AT89C51具有以下功能：4K字節(jié)Flash 閃速存儲器， 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，128字節(jié)內(nèi)部RAM，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，32 個(gè)I/O 口線，全雙工串行通信口，時(shí)鐘電路以及片內(nèi)振蕩器。同時(shí)，AT89C51支持兩種軟件可選的節(jié)電工作

21、模式，并可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位?？臻e方式停止CPU的工作，但允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器，RAM，中斷系統(tǒng)及串行通信口繼續(xù)工作。AT89C51各引腳功能如下：VCC ：AT89C51 電源的正極輸入端，接+5V電壓。 GND ：電源接地端。 RST ：AT89C51 的復(fù)位信號輸入端，高電平工作，當(dāng)要對芯片復(fù)位時(shí)，只要將RST輸入端保持2個(gè)機(jī)器周期以上高電平，單片機(jī)即完成復(fù)位初始化操作，使得單片機(jī)內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成初始的已知狀態(tài)。XTAL1 和XTAL2：時(shí)鐘引腳，外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，

22、此兩引腳端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于外接時(shí)鐘脈沖信號。ALE/PROG ：AT89C51的地址鎖存允許信號輸出端。在訪問外存儲器時(shí)，作用為鎖存低8位的地址信號。當(dāng)單片機(jī)上電，正常工作時(shí)，ALE端就以時(shí)鐘振蕩頻率的1/16固定頻率周期性地向外輸出正脈沖信號。該端的第二功能PROG為當(dāng)對片內(nèi)帶有4KB EPROM的8751單片機(jī)燒寫程序時(shí)，此引腳作為編程脈沖的輸入端。PSEN ：AT89C51的程序存儲允許輸出端，低電平有效。PSEN信號是片外程序存儲器的讀選通信號。CPU從外部程序存儲器取指令時(shí)，PSEN信號自動產(chǎn)生負(fù)脈沖，作為外部程序存儲器的選通信號。在讀片外程序存儲器

23、讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次PSEN信號。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN信號，在存取外部數(shù)據(jù)時(shí)，也不產(chǎn)生PSEN信號。 EA/VPP ：程序存儲器地址允許輸入端。當(dāng)EA為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng)PC中的值超過0FFFH時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令；當(dāng)EA為低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對8031單片機(jī)而言，EA必須接低電平。在8751中，當(dāng)對片內(nèi)EPROM編程時(shí)，該端接21V的編程電壓。P0 ：P0 口(P0.0P0.7)是一個(gè)8位雙向輸入/輸出端口，其漏極開路，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。P0 口的每一個(gè)端

24、口可以驅(qū)動8個(gè)LSTTL負(fù)載。當(dāng)單片機(jī)外部不進(jìn)行擴(kuò)展而僅單片使用時(shí)，該輸入輸出端口則可作一般雙向I/O口用。P1 ：P1 口(P1.0P1.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，僅作為輸入輸出端口使用。其輸出可以驅(qū)動 4個(gè)LSTTL負(fù)載。P2：P2口(P2.0P2.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，當(dāng)存取外部程序存儲器時(shí)，它是用作高8位地址。P2口每一個(gè)引腳可以驅(qū)動4個(gè)LSTTL負(fù)載。當(dāng)單片機(jī)外部不進(jìn)行擴(kuò)展而僅單片使用時(shí)，則作一般雙向I/O口使用。P3：P3P3.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口，為準(zhǔn)雙向并行I/O口。此外

25、P3口還提供外部隨機(jī)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂?，外部中斷控制、?jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及串行通信等特殊功能。其特殊功能引腳分配如表一。表一 AT89C51單片機(jī)P3口特殊功能分配表RXD串行通信輸入TXD串行通信輸出INT0外部中斷0輸入，低電平有效INT1外部中斷1輸入，低電平有效T0計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0輸入端T1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1輸入端WR外部RAM的寫選通信號端，低電平有效RD外部RAM的讀選通信號端，低電平有效單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)所需要的時(shí)鐘信號，單片機(jī)在時(shí)鐘信號控制下各部件之間同步協(xié)調(diào)工作。根據(jù)產(chǎn)生方式的不同，分為內(nèi)部和外部兩種時(shí)鐘電路。在AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高

26、增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)，外部的脈沖信號是經(jīng)XTAL2引腳注入，由于XTAL2端邏輯電平不是TTL的，故需外接一個(gè)上拉電阻，外接信號應(yīng)為時(shí)鐘頻率低于12MHz的方波信號。本設(shè)計(jì)只用到一個(gè)單片機(jī)，單片機(jī)時(shí)鐘電路采用內(nèi)部振蕩電路，其接線原理圖如圖8所示。在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，在引腳XALT2上輸出3V左右的正弦波。通常，電容和取30pF左右，主要作用是幫助振蕩器起

27、振，晶體的頻率范圍是1.212MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快，在通常情況下，AT89C51使用的振蕩頻率為6MHz或12MHz，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用12MHz振蕩頻率。圖8單片機(jī)振蕩電路單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位時(shí)單片機(jī)的初始化工作，復(fù)位后中央處理器CPU和單片機(jī)內(nèi)的其他功能部件都處在一定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。一般在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，或是斷電、發(fā)生故障后都要復(fù)位。在單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘頻率為12MHz，每個(gè)機(jī)器周期為1s，則只需2s以上時(shí)間的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。若該引腳持續(xù)保持高電

28、平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。常用的復(fù)位電路有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位；另一種是按鍵復(fù)位。上電復(fù)位電路利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的。在接通電源的瞬間，RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，充電電流減小，RST引腳的電位逐漸下降，高點(diǎn)平只要能保持足夠的時(shí)間，單片機(jī)就可進(jìn)行復(fù)位操作。按鍵復(fù)位電路除具有上電復(fù)位功能之外，還可通過按鍵復(fù)位。在本設(shè)計(jì)中，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，原理圖如圖9所示。圖9 按鍵復(fù)位電路如圖9，單片機(jī)需要復(fù)位時(shí)，只需按下圖中的按鍵，此時(shí)電源經(jīng)經(jīng)電阻的分壓，在RST引腳上產(chǎn)生一個(gè)高電平，單片機(jī)就進(jìn)行了復(fù)位操作。復(fù)位后不會改變片內(nèi)RAM中低于128B的內(nèi)容,但是特殊功能寄存器SFR的值被

29、初始化。鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)鍵盤電路可分為矩陣式、獨(dú)立式鍵盤等鍵盤電路。在按鍵較少，操作速度較高或程序設(shè)計(jì)較為簡單的情況下，可選擇獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤各按鍵獨(dú)立，每個(gè)按鍵分別接一根輸入/輸出線，每個(gè)輸入/輸出線上的按鍵工作狀態(tài)不會干擾到其他輸入/輸出線上的工作狀態(tài)。所以通過對輸入/輸出線上電平的檢測就可以很容易地判斷哪個(gè)按鍵被按下了。獨(dú)立式鍵盤電路每一個(gè)按鍵開關(guān)占用一根I/O口線，當(dāng)所需按鍵數(shù)較多時(shí)，就會占用較多的I/O口線。因此在按鍵較多的情況下，通常多采用矩陣式鍵盤電路，它由列線和行線組成，按鍵位于列線和行線的交點(diǎn)上。我設(shè)計(jì)的電路用按鍵（+ ）調(diào)電壓，（+）按鍵就是增加電壓，（）按鍵就是減小

30、電壓。用指示燈作為電源開關(guān)按鍵。如圖10圖10 按鍵顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊可采用4位數(shù)碼管顯示，也可采用LCD液晶顯示器顯示。數(shù)碼管顯示亮度大，顯示的比較清晰完整，能夠?qū)㈦姍C(jī)的轉(zhuǎn)速完整的顯示出來，但功耗較大，顯示的信息少。液晶顯示是一種極低功耗、抗干擾能力強(qiáng)的顯示器，可顯示的信息較多，美觀大方有利于人與系統(tǒng)的交互及顯示內(nèi)容的擴(kuò)展。本設(shè)計(jì)使用LM016L液晶顯示,如圖11所示。LM016L液晶顯示器具有功能較強(qiáng)且簡單的指令集，可以實(shí)現(xiàn)顯示字符的移動和光標(biāo)閃爍等功能，可采用4位或8位并行傳輸這兩種方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與LM016L進(jìn)行通訊,如圖11所示。圖11 LM016L液晶LM016L液晶模塊的引腳功

31、能如下表二所示：表二 LM016L液晶模塊的引腳功能引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3VEELM016L液晶顯示模塊的對比度調(diào)整端，接地時(shí)對比度最高，接VCC時(shí)對比度最弱。4RS寄存器選擇端，低電平時(shí)選擇指令寄存器，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器。5R/WR/W為讀寫控制信號線，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作。6EE為使能端，下降沿使能7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、

32、雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）LM016L寄存器控制如表三：表三 LM016L寄存器控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01都busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)關(guān)于LM016L的讀寫控制，這里不作詳述，液晶電路的接口電路設(shè)計(jì)為：AT89C51的P0口作為數(shù)據(jù)的輸出端，并在P0口上接上拉電阻以提高P0口的驅(qū)動能力，P2.0和P2.1，作為控制信號的輸出端功率整流二極管在開關(guān)電源中常見

33、的功率整流管有：快恢復(fù)二極管、超快恢復(fù)二極管、肖特基二極管以及同步整流管等。整流用的功率二極管作為高頻ACDC或DCDC開關(guān)變換器輸出的，具有正向壓降小、反向漏電流小、反向恢復(fù)的時(shí)間少等特點(diǎn)。對于在高頻下工作的功率二極管，在建立其等效電路模型時(shí)，必須考慮引線及器件的寄生參數(shù)的作用。圖12表示一個(gè)功率二極管的等效電路程型。圖中D為一個(gè)理想二極管，L代表封裝引線電感，Cj為結(jié)電容，Rp為并聯(lián)電阻(高阻值)，B1為引線電阻。圖12 二極管的電路模型圖13 二極管的正向恢復(fù)過程從關(guān)斷到導(dǎo)通的過渡過程中，二極管有一個(gè)正向恢復(fù)過程，如圖13，其持續(xù)時(shí)間稱為正向恢復(fù)時(shí)間他tfr；在正向恢復(fù)過程中，二極管電流

34、ID由零上升到IF，而二極管電壓VD階躍上升到正向恢復(fù)電壓(峰值)Vfrm，其典型值在5v至20v之間，但在略時(shí)間內(nèi)Tfr時(shí)間內(nèi)VD又從Vfrm衰減到穩(wěn)態(tài)正向電壓Vdf，因此，正向恢復(fù)過程中，二極管的正向功耗比穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通損耗要大，并且，正向恢復(fù)電壓Vfrm (其值比Vdf大得多)加到電路中的其它元器件上可能會產(chǎn)生故障。過載采樣過電壓保護(hù)：是為了防止被保護(hù)元件的完全絕緣而采取的方法，就是整定電壓小于元件絕緣擊穿電壓或被保護(hù)元件上出現(xiàn)高于整定電壓時(shí)，過電壓保護(hù)動作就是對地放電，達(dá)到消除過電壓對保護(hù)元件的危害。常見的過電壓保護(hù)器和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理類似，是通過采樣電路把輸出電壓的信號和基準(zhǔn)電路做比較，

35、然后，由開關(guān)管做關(guān)斷電路。 保護(hù)器一般是用在電壓要求范圍很窄，且容易損壞的電路上欠壓保護(hù)：由于短路故障等原因，線路電壓會在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大幅度降低甚至消失的現(xiàn)象。它會給線路和電器設(shè)備帶來損傷。例如：使電動機(jī)疲倒、堵轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生數(shù)倍于額定電流的過電流，燒壞電動機(jī)；當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)，大量電動機(jī)的自起動又會使電動機(jī)的電壓大幅度下降，造成危害。以兩個(gè)比較器分別比較被測電壓與過壓和欠壓基準(zhǔn)電壓，當(dāng)出現(xiàn)過壓或欠壓時(shí)，比較器的輸出將D觸發(fā)器置位為0狀態(tài)，繼電器由受D觸發(fā)器的Q輸出端控制的NPN晶體管驅(qū)動，當(dāng)D觸發(fā)器處于0狀態(tài)時(shí)繼電器斷開。D觸發(fā)器的Q非端輸出作為一個(gè)與非門的一路輸入，與非門的另一路輸入為時(shí)鐘信號。

36、與非門的輸出送計(jì)數(shù)器作為輸入，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，用其某一位的輸出腳作為D觸發(fā)器的置1信號，D觸發(fā)器被置1后，繼電器恢復(fù)接通，同時(shí)D觸發(fā)器的Q非端輸出變?yōu)?，鎖住時(shí)鐘信號通過與非門的輸出，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)設(shè)定值和時(shí)鐘頻率共同決定了繼電器切斷供電的時(shí)間。報(bào)警指示報(bào)警指示包括：欠壓指示、過壓指示，采用發(fā)光二極管作為指示燈由單片機(jī)控制。A/D 轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)化電路。亦稱“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡稱“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。 A/D變換由三個(gè)部分組成：抽樣、量化和編碼。多數(shù)情況下，量化和編碼是一起進(jìn)行完成的。抽樣是將模擬信號在

37、時(shí)間上離散化過程；量化是將模擬信號在幅度上離散化的過程；編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來表示的過程。功能模塊如圖14圖14 A/D轉(zhuǎn)換功能模塊2 高壓發(fā)生電路設(shè)計(jì)（1）目前實(shí)驗(yàn)室高壓發(fā)生電路的設(shè)備主要有：感應(yīng)線圈、靜電感應(yīng)起電機(jī)。但由于他們體積跟重量都比較大，不方便使用。我們就要想一些辦法來制作一種簡單、方便且電壓至少達(dá)到萬伏以上的高壓發(fā)生器。本人發(fā)現(xiàn)可以利用黑白電視機(jī)中的高壓包和一些簡單易購的元件來制作高壓發(fā)生器，簡單而方便。圖15是多級一次升壓一體化行輸出變壓器的等效電路，圖中c1是各線圈的分布電容,C2是各線圈對地的寄生電容，VD1VD3是各段高壓整流二極管，各段感應(yīng)電壓經(jīng)

38、VD1VD3整流、C1與C2濾波。圖15 高壓發(fā)生器的電路(2)高壓電路路的上作原理及義特點(diǎn)行輸出電路在逆程掃描期間，逆程電容上充得很高的反峰電壓。由于行輸出變壓器初級繞組與行偏轉(zhuǎn)線圈并聯(lián)，所以在行逆程期間，它兩端也感應(yīng)產(chǎn)生約8倍10倍Ec的反峰電壓。例如，采用+12v電源的有自舉升壓的行輸出電路，反峰電壓可達(dá)190v左右。利用行輸出變壓器將反峰電壓升壓后，再經(jīng)過整流濾波電路，即可獲得顯像管各電極需要的高壓和中壓，以及末級釋放電路需要的中壓。同時(shí)還提供AFC比較脈沖、行消隱脈沖與AGC鍵控脈沖等。對于采用70v、100v供電的大屏幕電視機(jī)來說，通道電路和顯像燈絲等處所需要的+12v直流電壓也由

39、行輸出變壓器提供。這里行輸出變壓器實(shí)際是一個(gè)工作在行頻脈沖的變壓器，整流濾波電路與一般半波整流電路的形式基本一樣。不同的是，由于脈沖電壓頻率較高，所以濾波電容可小些，而整流二極管的高頻性能要好些。行輸出變壓器的鐵心采用錳鋅鐵氧體制成的一對U形磁心。這種磁心導(dǎo)磁率高、損耗小。U形磁心外套一個(gè)低壓議和一個(gè)高壓包，它們的絕緣性能很好。為了減少漏感，低、高壓包同裝在磁心一側(cè)。在高壓包的塑封盒上端裝有硅堆套，內(nèi)裝高壓整流硅堆。把芯片和單片機(jī)等材料準(zhǔn)備好后接下來就是制作與調(diào)試，開始要制作電路板，由于真正的電路板制作繁瑣且不一定能順利完成,這里我們就到市面上買萬能板，直接用萬用版來代替。首先要畫整體電路圖，

40、設(shè)計(jì)電子元件的布局和電路板上導(dǎo)線的走勢， 畫完圖紙檢查一遍就進(jìn)入焊接環(huán)節(jié)了。慢慢來，先把元件都放在板子上位置對好，再把導(dǎo)線整體好，看看是不是符合整體設(shè)計(jì)，然后決定是否要不要修改。但是在布線的過程中發(fā)現(xiàn)如果有的導(dǎo)線放不下去，那就只有重新修改整體圖了，這一過程需要花一些的時(shí)間。另外，我們要注意的是在布線的時(shí)候一定要盡量使剪好的導(dǎo)線平直。上面的過程就緒之后就來焊接了。有一定的焊接經(jīng)驗(yàn)，那么這一過程還是比較順利的。掌握好一些技巧和稍微謹(jǐn)慎就能將板子焊接好。焊完后還要把多余的導(dǎo)線剪去。那么高壓發(fā)生器就制作完成了。最后是調(diào)試，要是電路沒有接錯，元件都焊實(shí)，那就幾乎沒問題。實(shí)物就出來了。3.13 串行接口通

41、信串口通信的兩種最基本的方式：同步串行通信方式和異步串行通信方式。1.異步通信在異步通信中，數(shù)據(jù)通常以字符為單位組成數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳送。發(fā)送端和接收端由各自的時(shí)鐘來控制發(fā)送和接收。在異步通信中，幀格式一般是由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位組成，詳細(xì)介紹如下：(1)起始位：是字符的開始，起始位用“0”以表示數(shù)據(jù)發(fā)送的開始。(2)數(shù)據(jù)位：緊跟起始位之后，他由58位數(shù)據(jù)組成，低位在前高位在后。(3)奇偶校驗(yàn)位：位于數(shù)據(jù)位之后，用于保證串行通信的可靠性。(4)停止位：該位是字符的最后一位，用“1”表示，用于向接收端表示一個(gè)字符已經(jīng)發(fā)送完畢。在發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后發(fā)送端信號變成空閑位，為高電平。在數(shù)據(jù)的發(fā)送過程中

42、，兩幀數(shù)據(jù)之間可以有空閑位也可以沒有空閑位，可以有一個(gè)也可以有多個(gè)空閑位。異步通信的優(yōu)點(diǎn)不需要時(shí)鐘同步，所需連接設(shè)備簡單，其缺點(diǎn)是每傳送一個(gè)字符都包括了起始位、校驗(yàn)位和停止位，故而傳送效率比較低。同步通信方式中一次傳送一個(gè)數(shù)據(jù)包，包括同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符。其中同步字符位于幀頭，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符傳送的開始；數(shù)據(jù)字符位于同步字符后面，數(shù)據(jù)字符的長度由通信雙方?jīng)Q定；校驗(yàn)字符位于數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的末尾，用于接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送過程中的正確性檢驗(yàn)。其中同步字符可以采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也可以由通信雙方自己確定。例如，在單同步字符幀結(jié)構(gòu)中，同步字符通常采用ASCII碼中的SYN(即16H)。同步通信的數(shù)據(jù)傳輸速率

43、較高，但是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘嚴(yán)格同步，發(fā)送端通常把時(shí)鐘脈沖同時(shí)傳送到接收端。波特率是異步通信的重要指標(biāo)。用于表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，波特率定義為每秒鐘傳送的二進(jìn)制位的比特?cái)?shù)。在很多應(yīng)用場合下，我們都希望單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能夠與其它系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)、PLC或另一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng))通信，51單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)異步串行通信口(UART)，應(yīng)用這個(gè)UART，我們可以很方便地與一切具有UART接口的其它系統(tǒng)進(jìn)行通信。要在兩個(gè)不同的系統(tǒng)中進(jìn)行通信，必須保證它們具有相同的通信協(xié)議和相同的波特率，而且能夠按照通信的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為此需要設(shè)計(jì)串行通信程序。51單片機(jī)的UART接口是一個(gè)全雙工的串行接口，它能同時(shí)發(fā)送

44、和接收數(shù)據(jù)。51單片機(jī)的UART接口有4種工作方式，需要通過對特殊功能寄器SCON的設(shè)置來定義串行口的操作方式和控制它的某些功能，來實(shí)現(xiàn)串行通信的信號傳輸。4.數(shù)字化小功率高壓電源的電路原理圖及軟硬件設(shè)計(jì)數(shù)字化小功率高壓電源整體電路圖及各部分接線圖如圖16圖16 整體接線器4.2 高壓逆變硬件設(shè)計(jì)逆變電路由開關(guān)管、高頻變壓器等組成，當(dāng)脈沖為高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)過初級線圈通過開關(guān)管流向地，電能轉(zhuǎn)化為磁能儲存在變壓器中。當(dāng)觸發(fā)脈沖為低電平時(shí)，開關(guān)管截止，儲存的能量經(jīng)二極管對電容充電，這樣就完成了一個(gè)周期的我高頻震蕩。高頻信號經(jīng)過升壓變壓器并由倍壓電路整流后輸出。單端反激開關(guān)電源變壓器本質(zhì)

45、上是一個(gè)耦合電感, 它有著儲能和變壓傳遞能量等工作。其中主要電路是反激電路如下圖17。T為反激式變壓器。當(dāng)TOPSwiteh截止時(shí)原邊磁通量減少, 原邊電壓反向副邊二極管導(dǎo)通存儲在變壓器中的能量傳遞給負(fù)載并同時(shí)給CI充電。此時(shí)T能起到能量的傳遞作用相當(dāng)一個(gè)普通的變壓器。當(dāng)TOPSwitch 導(dǎo)通時(shí)變壓器原邊有電流流過就產(chǎn)生感應(yīng)電壓, 由于副邊與原邊同名端相反副邊二極管截止, 能量儲存在原邊線圈中, 負(fù)載由電容供電, 此時(shí)變壓器T就相當(dāng)與一個(gè)電感。圖17單擊反激式電源電圖根據(jù)原邊電流是否減少到零, 反激變壓器一般工作在二種工作模式下: (1)電流連續(xù)模式:當(dāng)S開通時(shí)，N2繞組中的電流尚未下降到零

46、。輸出的電壓關(guān)系：(2)電流斷續(xù)模式：S開通前，N2繞組中的電流已經(jīng)下降為0。輸出電壓高于式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，U。趨向于無窮。因此，反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開路狀態(tài)。兩種模式下的原邊電流波形如圖18所示。(a )電流斷續(xù)模式, Krp1(b )電流斷續(xù)模式, Krp=1圖18 變壓器工作在不同模式下的電流波形反激變壓器的的優(yōu)點(diǎn)：反激型電路的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，能夠較簡單地實(shí)現(xiàn)從一個(gè)電源中得到多路輸出。這是因?yàn)槎罅骶€圈這個(gè)元件同時(shí)起變壓、儲能、隔離三個(gè)作用，而且，對于所有的輸出都是共同的，這樣只需一個(gè)二極管和一個(gè)電容器就可以得到另外不同的一個(gè)直流電壓輸出。晶體管反激變換

47、器分為：單晶體管反激變換器、雙晶體管反激變換器。單晶體管反激變換器，在管子關(guān)斷時(shí)，開關(guān)晶體管的集電極有可能承受至少34倍于輸入電壓vs的電壓。 但是這種晶體管造價(jià)較高，可以換成雙晶體管反激變換器。4.3單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)有了硬件電路這個(gè)平臺，還需要結(jié)合一定的軟件才能使系統(tǒng)有效的執(zhí)行預(yù)期功能。軟件的研發(fā)主要是針對本單元核心處理器的編程，使其在各條指令的控制下，有序高效的完成各項(xiàng)任務(wù)。為了改進(jìn)系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性，在數(shù)據(jù)處理程序中對PWM的占空比規(guī)定了上下限，以防連續(xù)采樣時(shí)出現(xiàn)較大偏差，另外若出現(xiàn)意外情況，單片機(jī)會及時(shí)關(guān)斷PWM，以防輸出電流或電壓過大而損壞晶體管。圖18是軟件設(shè)計(jì)的基本流程：圖18

48、 軟件設(shè)計(jì)圖5主回路仿真實(shí)驗(yàn)Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還具有圖形顯示的功能，可以實(shí)時(shí)地顯示出各條線路上變化的信號，并且是以圖形的形式顯示，簡潔清晰。Proteus中的虛擬儀器儀表本身具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如輸出阻抗極低、輸入阻抗極高，盡可能地減少了儀器對測量結(jié)果的影響，Proteus軟件為了方便的對電路進(jìn)行測試還提供多種測試信號，這些測試信號包括數(shù)字信號和模擬信號，軟件還提供SPICE仿真、PCB設(shè)計(jì)與Schematic Drawi

49、ng功能，同時(shí)Proteus還可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，其中可以仿真的單片機(jī)有PIC、AVR、51系列等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備（示波器、led、373等）的仿真。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、AD/DA、LED、LCD、鍵盤、馬達(dá)、部分IIC器件、部分SPI器件，程序編譯支持Keil和MPLAB等編譯器。因此，一套電子仿真軟件、一本虛擬實(shí)驗(yàn)教程，再加上一臺計(jì)算機(jī)，就可相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。以軟代硬、以虛代實(shí)，一個(gè)完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室就得以建立起來了。在此基礎(chǔ)上，我們就可以在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)字電路、模擬電路、電工基礎(chǔ)等課程，并能夠?qū)﹄娐吩O(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試

50、等進(jìn)行研究。KeilC51軟件是標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)而編譯的C語言開發(fā)環(huán)境,同時(shí)此軟件還保留了匯編代碼快速,高效的特點(diǎn)。Keil C51編譯軟件的功能不斷增強(qiáng)，使我們可以和CPU本身及其衍生產(chǎn)品更加貼近。Keil C51已完全集成到uVision4的開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：項(xiàng)目管理器，匯編器，編譯器，調(diào)試器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。uVision4 IDE可為它們提供靈活而單一的開發(fā)環(huán)境。KeilC51軟件提供功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具和豐富的庫函數(shù)，全Windows操作界面。另外，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，我們就能感受到KeilC51生成的目標(biāo)代碼執(zhí)行效率很高，多數(shù)

51、語句生成的匯編代碼很緊湊，且易于理解。這一點(diǎn)在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)出使用高級語言的優(yōu)勢。當(dāng)電路設(shè)計(jì)完成之后，為了保證電路設(shè)計(jì)的正確性，減少在電路板上調(diào)試時(shí)的難度，將Keil C51編譯生成的*.HEX 文件載入Proteus軟件，即可實(shí)現(xiàn)電路仿真。5.2 數(shù)字化小功率高壓電源系統(tǒng)仿真圖19 整流前仿真圖整流前波形如圖19，為正弦波形。圖20 整流后仿真圖整流后波形如圖20，波形為方波。圖21 高壓發(fā)生電路電壓仿真波形圖經(jīng)過高壓發(fā)生電路之后的波形圖如圖21，波形為峰值較大的正弦波形。6總結(jié)本次設(shè)計(jì)可以說讓我再次回顧了大學(xué)四年所學(xué)的知識，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，幾乎每天都會解決掉一些問題，但同

52、時(shí)也會遇到新的問題，因此這段時(shí)間過得充實(shí)為忙碌，經(jīng)常到圖書館和電子閱覽室借閱資料，解決問題的同時(shí)也在不斷豐富和充實(shí)自己，使自己以前所學(xué)的知識得以升華。通過此次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少東西，并且在遇到不懂得問題時(shí)，不斷明白了自己所學(xué)的課本上的知識是有限的，很多時(shí)候還是要通過不斷的查閱資料才能弄懂畢業(yè)設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容，圖書館和互聯(lián)網(wǎng)是我們補(bǔ)充課外知識的很不錯的選擇。由于本次設(shè)計(jì)，電路圖是自己在不斷查閱資料后設(shè)計(jì)的，所以在此過程的剛開始也出現(xiàn)了一些問題，其中電路圖在設(shè)計(jì)中途換過兩次，最后在不斷完善后最終確定的。本設(shè)計(jì)中用到了單片機(jī)，直流電機(jī)，PID控制和脈寬調(diào)制等，因此在設(shè)計(jì)過程中，我又一次對單片機(jī)，電機(jī)

53、及電力拖動，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和電力電子方面的知識進(jìn)行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，并在此基礎(chǔ)上將各學(xué)科的內(nèi)容融合在一起以運(yùn)用到自己的設(shè)計(jì)中。本論文歷經(jīng)選題、總體規(guī)劃設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、軟硬件調(diào)試與測試最終成型。由于本人是第一次接觸高壓開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中還存在一些可以進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化的地方。本文所述的數(shù)字化小功率高壓電源，采用單端式開關(guān)電路，設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化小型高壓電源。該電源由單片AT89C51機(jī)控制，利用黑白電視機(jī)中的高壓包和一些簡單易購的元件來制作高壓發(fā)生器實(shí)現(xiàn)升壓輸出直流，該電源源具有通用性強(qiáng)、輸出可調(diào)范圍寬、制性能優(yōu)良等特點(diǎn)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程可以說是讓我

54、更好的學(xué)以致用，將以前所學(xué)的很多理論知識應(yīng)用于實(shí)踐中去，并養(yǎng)成了在實(shí)踐中遇到問題，盡量去使用自己所學(xué)的理論去解釋。同時(shí)學(xué)會了用Proteus軟件繪制電路原理圖，并通過Keil C51編程實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的仿真，理解了整個(gè)系統(tǒng)的工作過程和各單元的相互聯(lián)系。做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程艱辛而又漫長，但充實(shí)而又豐富，也為自己以后做此類設(shè)計(jì)以及其他課題提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，不僅自己付出了很多心血，也得到了很多老師和同學(xué)的幫助和支持，為我創(chuàng)造了很多有利條件，在這里，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的開始，老師給了我很多幫助，指導(dǎo)我了解了本課題的相關(guān)知識，并在當(dāng)我設(shè)計(jì)遇到困難時(shí)，及時(shí)的給予幫助和鼓勵，給

55、了我莫大的信心。同時(shí)，對其他學(xué)科的學(xué)習(xí)成果也體現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計(jì)里，為我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了非常重要的作用。在此，還要感謝幫助我的同學(xué)，在我遇到困難時(shí)給予我耐心的幫助。再次對在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)至上我最真摯的謝意。參考文獻(xiàn)1周向紅.51系列單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008:177-191頁2黎書生，周功業(yè)，汪驚奇一種單片機(jī)控制的新型開關(guān)逆變電源的設(shè)計(jì)J電子工程師，2002，28(1)：33-35頁3胡漢才編著.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社.1996:100-105頁4韋和平,現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子技術(shù)，2005年28卷

56、18期， 102- 105頁5王兆安，黃俊.，電力電子技術(shù)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2009年1月第四版：132-165頁6曲學(xué)基，王增福，曲敬鎧穩(wěn)定電源電路設(shè)計(jì)手冊北京：電子工業(yè)出版社，20037器件、電路及應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社，19928張占松. 蔡宣三. 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)M (修訂版) . 北京:電子工業(yè)出版社. 2004. 99冀飛,王順喜，高壓直流電源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用，農(nóng)村電氣化，2004年第8期，P34P3510張文利，高壓大功率開關(guān)電源技術(shù)的研究，碩士論文，中國科學(xué)院電工研究所，中國科學(xué)院研究生院，2003年1月11 楊旭，裴云慶，王兆安，開關(guān)電源技術(shù)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年1月12 葉慧貞,楊興洲.開關(guān)穩(wěn)壓電源.國防工業(yè)出版社.1990,P50.13 趙效敏.開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.上?？茖W(xué)普及出版社,1994.P8-18，P135.14鄭尊標(biāo).數(shù)字化智能電源模塊研究.浙江大學(xué)碩士論文,2001,P57.15 張占松，蔡宣三.開關(guān)電源原理的與設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社.1