智能穩(wěn)壓電源設(shè)計說明

1、智能穩(wěn)壓電源設(shè)計57 / 64摘 要本設(shè)計的開關(guān)電源由脈沖寬度調(diào)制器（PWM）和雙極型三極管構(gòu)成，介紹了基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字化控制的可調(diào)開關(guān)穩(wěn)壓電源，系統(tǒng)以UC3842、LM2576為核心，其中固定輸出部分分別為±5V、±15V，可調(diào)部分由高性能單片機(jī)為控制核心，通過調(diào)節(jié)LM2576-ADJ端，實現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字化可調(diào)，輸入采用鍵盤方式，輸出電壓采用LCD顯示，實現(xiàn)指標(biāo)紋波系數(shù)Um5mU，穩(wěn)定度V0/ V0×1001，步進(jìn)0.1，該系統(tǒng)穩(wěn)定性好、精度高、成本低、效率高、其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的線性可調(diào)穩(wěn)壓電源，大大改善了傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源的性能，簡單易用，非常適

2、合一般的教學(xué)和科研使用。關(guān)鍵詞:開關(guān)電源；穩(wěn)壓；51MCU；A/D；D/AABSTRACTThe design of the switching power supply from the pulse width modulator (PWM) and bipolar transistor structure, introduced the AT89C51 microcontroller based digital control of adjustable switching power supply, system UC3842, LM2576 as the core, some of w

3、hich were fixed output ± 5V, ± 15V, adjustable to control in part by high-performance microcontroller core, by adjusting the LM2576-ADJ-side, to achieve the digital output voltage adjustable, the input mode with the keyboard, the output voltage with LCD display, to achieve targets ripple f

4、actor Um 5mU, stability V0 / V0 × 100% 1%, step 0.1, the system has good stability, high accuracy, low cost, high efficiency, its performance is far superior to the traditional linear adjustable power supply, greatly improved the performance of traditional power supply, easy to use, suited for

5、general use in teaching and research.Keyword:switching power supply；regulators；51MCU；A/D；D/A目 錄摘要IABSTRACTII第一章前言11.1 研究的目的和意義11.2 穩(wěn)壓電源的分類11.2.1 線性電源分類21.2.2 開關(guān)電源的分類21.3 穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo)31.3.1 特性指標(biāo)31.3.2 技術(shù)指標(biāo)41.4穩(wěn)壓電源的發(fā)展51.5 研究主要容7第二章開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理82.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理82.1.1開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本原理框圖82.1.2開關(guān)電源的控制方式82.2 開關(guān)電源常見電路9

6、2.3 開關(guān)電源器件122.3.1 開關(guān)晶體管122.3.2 PWM控制器13第三章智能穩(wěn)壓電源的硬件設(shè)計153.1 穩(wěn)壓電源方案論證153.2 系統(tǒng)工作原理153.3 整流濾波電路163.4 PWM控制電路173.4.1 PWM控制電路設(shè)計173.4.2 UC3842簡介193.5 穩(wěn)壓輸出電路213.5.1 穩(wěn)壓輸出電路設(shè)計213.5.2 LM2576開關(guān)穩(wěn)壓集成電路223.6 可調(diào)輸出電路233.6.1 可調(diào)輸出電路設(shè)計233.6.2 運(yùn)算放大器LM358243.6.3 DAC0832模塊電路253.7 MCU控制電路263.7.1 MCU控制電路設(shè)計263.7.2 AT89C51簡介2

7、73.7.3鎖存器74LS573293.8 AD轉(zhuǎn)換電路293.8.1 AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計293.8.2 AD轉(zhuǎn)換電路原理293.9 LCD液晶顯示電路303.9.1 LCD液晶顯示電路設(shè)計313.10 按鍵電路設(shè)計323.10.1 鍵盤原理323.10.2 鍵盤與單片機(jī)接口電路32第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計344.1 主體流程圖344.2 鍵盤掃描與鍵值顯示354.3 液晶初始化394.4 輸出采樣函數(shù)404.5 誤差調(diào)整414.6 延時函數(shù)42結(jié)束語43致44參考文獻(xiàn)45附錄一程序清單47附錄二智能穩(wěn)壓電源電路設(shè)計圖55附錄三智能開關(guān)電源使用說明書56第一章 前言1.1 研究的目的和意義電源是給所有

8、電子設(shè)備電路系統(tǒng)提供能源的部件，是必不可少的。目前使用的穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立器件組成，其體積大，效率低，可靠性差，操作使用起來不方便，自我的保護(hù)功能不夠，因而發(fā)生故障的幾率高。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子、電器設(shè)備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷朝著小型化、高效率、低成本、高可靠性、低電磁干擾、模塊化和智能化方向發(fā)展，以單片機(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計制造出來的新一代智能型穩(wěn)壓電源不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，性能卓越，而且由于單片機(jī)具有計算和控制能力，利用它對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計算，從而可排除和減少由于干擾信號和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低

9、了模擬電路的要求1。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。1.2 穩(wěn)壓電源的分類目前穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式分有串聯(lián)

10、穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源；按電路類型分有簡單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源對于品種繁多的穩(wěn)壓電源可以從不同角度去分。下面以線性電源和開關(guān)電源做介紹。1.2.1線性電源分類線性電源一般可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型，按穩(wěn)壓方式分，有參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整型電源。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡單，主要是利用元件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓。比如，一只電阻和一只穩(wěn)壓二極管即可構(gòu)成參數(shù)穩(wěn)壓器。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源具有負(fù)反饋閉環(huán)，是閉環(huán)自動調(diào)整系統(tǒng)，它的優(yōu)點是技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，設(shè)計簡單與制造。缺點是體積大，效率低2。1.2.2開關(guān)電源的分類開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/

11、DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)與生產(chǎn)工藝在國外均已技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，并已得到用戶的認(rèn)可，但是AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以下闡述。1.DC/DC變換DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。DC/DC變換類型是開關(guān)電源變換的基本類型，它通過控制開關(guān)通、斷時間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能量對開關(guān)波形進(jìn)行微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬帶與頻率。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式，二是頻率調(diào)制方式。其具體的電路由以下幾類：（1）Buck電路降

12、壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性一樣。（2）Boost電路升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性一樣。（3）Buck-Boost電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。（4）Cuk電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓Ui,極性相反，電容傳輸。當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司

13、最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為（200-300）kHz，功率密度已達(dá)到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%左右3。2.AC/DC變換AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UL、CCEE等）與EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波與使用符合安全標(biāo)

14、準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。1.3 穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo)直流穩(wěn)壓電源的指標(biāo)有兩類：一類是特性指標(biāo)；另一類是技術(shù)指標(biāo)或質(zhì)量指標(biāo)2。1.3.1特性指標(biāo)（1）最

15、大輸出電流：它主要取決于主調(diào)整管的最大允許消散功率和最大允許工作電流。（2）輸出電壓和電壓調(diào)節(jié)圍按照負(fù)載的要求來決定。（3）效率穩(wěn)壓電源本身就是個變換器，在能量轉(zhuǎn)換時有能量損耗，這就存在轉(zhuǎn)換效率問題。（4）保護(hù)特性在穩(wěn)壓電源中，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過載或短路時，會使調(diào)整管損壞，因此，電源中須有快速響應(yīng)的過流、短路保護(hù)電路。1.3.2 技術(shù)指標(biāo)電壓調(diào)整率（Su）：當(dāng)市電電網(wǎng)變化時（±10的變化時在規(guī)定允許圍），輸出直流電壓也相應(yīng)變化。而穩(wěn)壓電源就應(yīng)盡量減小這種變化。電壓穩(wěn)定度表征電源對市電電網(wǎng)變化的抑制能力。表征電源對市電電網(wǎng)變化的控制能力也用電壓調(diào)整率Su表示。其電壓調(diào)整率Su的定義：當(dāng)電網(wǎng)變

16、化10時輸出電壓相對變化量得百分比。 (1-1)式 (1-1)中Su值越小，表示穩(wěn)壓性能越好。(2)阻（rn）：當(dāng)負(fù)載電流變化時，電源的輸出電壓也會發(fā)生變化，變化數(shù)值越小越好。阻正是表征電源對負(fù)載電流變化的抑制能力。電源阻rn的定義：當(dāng)市電電網(wǎng)電壓不變化情況下，電源輸出電壓變化量UO與輸出電流變化量IO之比，即 （1-2）顯然，rn越小，抑制能力越強(qiáng)。（3）電流調(diào)整率（SI） 電流調(diào)整率是指輸入電壓Ui恒定的情況下，負(fù)載電流IL從零變到最大時，輸出電壓UO的相對變化量的百分?jǐn)?shù)，即 （1-3）從（1-3）可以看出，SI越小，說明電流的調(diào)整率越好。（4）紋波系數(shù)（SO） 電源輸出電壓中，存在著紋波

17、電壓，它是輸出電壓中包含的交流分量。如果紋波電壓太大，對音響設(shè)備可能產(chǎn)生雜音，對電視就可能產(chǎn)生圖像扭動、滾動干擾等。輸出電壓中的交流分量的大小，常用紋波系數(shù)SO表示，即 （1-4）式中Umn輸出電壓流分量基波最大值；Uo輸出電壓中的直流分量。由式（1-4）可知，So越小說明紋波干擾越小。（5）溫度系數(shù) 溫度系數(shù)是用來表示輸出電壓溫度的穩(wěn)定性。在輸入電壓Ui和輸出電流Io不變的情況下，由于環(huán)境溫度T變化引起輸出電壓Uo的漂移量Uo，稱為溫度系數(shù)ST，即 （1-5）越小，說明電源輸出電壓隨溫度變化而產(chǎn)生的漂移量越小，電源工作就越穩(wěn)定。1.4穩(wěn)壓電源的發(fā)展隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越

18、來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術(shù)比較成熟，并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點。但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45左右4。另外，由于調(diào)整

19、管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。20世紀(jì)50年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。在近半個多世紀(jì)的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)與設(shè)備中。20世紀(jì)80年代，計算機(jī)全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機(jī)的電源換代。20世紀(jì)90年代，開關(guān)電源在電子、電器設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。開關(guān)型穩(wěn)壓電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。以功率晶體管（GT

20、R）為例，當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零；當(dāng)開關(guān)管截止時，其集電極電流為零。所以其功耗小，效率可高達(dá)7095。而功耗小，散熱器也隨之減小。開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。此外，開關(guān)工作頻率為幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此開關(guān)電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點。另外，由于功耗小，機(jī)溫升低，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動圍220±10，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓在110260伏圍變化時，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。開關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)

21、展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來的效益是使開關(guān)電源裝置空前地小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源與保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。目前市場上開關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫；采用MOSFET的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百千赫。為提高開關(guān)頻率，必須采用高速開關(guān)器件。對于兆赫以上開關(guān)頻率的電源可利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式。它可以極提高開關(guān)速度，理論上開關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。1.5 研究主要容設(shè)計一個具有設(shè)置功能、步進(jìn)功能和顯示功能的開關(guān)

22、穩(wěn)壓電源，其指標(biāo)為：輸出電壓：±5V ±15V輸出電流：Io2A紋波系數(shù)：Vm5mV穩(wěn)定度：Vo/Vo×1001任意可預(yù)置輸出，步進(jìn)0.1 V第二章 開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理2.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理2.1.1開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本原理框圖交流電壓經(jīng)整流電路與濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。開關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截止區(qū)?？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制與基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關(guān)

23、電源用集成電路?？刂齐娐酚脕碚{(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖2-1所示：圖2-1 開關(guān)電源基本電路框圖2.1.2開關(guān)電源的控制方式開關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實際的應(yīng)用中，調(diào)寬式使用得較多，在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源5。圖2-2調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓?？捎晒接嬎?，即Uo=Um×T1/T式中Um為矩形脈沖最大電壓值；T為

24、矩形脈沖周期；T1為矩形脈沖寬度。從上式可以看出，當(dāng)Um 與T不變時，直流平均電壓Uo將與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。2.2 開關(guān)電源常見電路1降壓（串聯(lián)）式開關(guān)電源降壓式開關(guān)電源的典型電路如圖2-3所示。當(dāng)開關(guān)管VT1 導(dǎo)通時，二極管VD1 截止，輸人的整流電壓經(jīng)VT1和L向充電，這一電流使電感中的儲能增加。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，電感感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD1釋放電感中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定6。圖2-3 降壓式開關(guān)電源

25、0;這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極管即可實現(xiàn)。2升壓（并聯(lián)）式開關(guān)電源升壓式開關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖2-4所示。當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時，電感儲存能量。當(dāng)開關(guān)管VT1 截止時，電感感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關(guān)電源。  圖2-4 升壓式開關(guān)電源3自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如2-5所示。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關(guān)電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。圖2-5 自激式開關(guān)電源當(dāng)接入電源后在R1給開關(guān)管VT1提供啟動電

26、流，使VT1開始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使VT1 很快飽和。與此同時，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，致使VT1退出飽和區(qū)，Ic 開始減小，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使VT1 迅速截止，這時二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器初級繞組中的儲能釋放給負(fù)載。在VT1截止時，L2中沒有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣，由變壓器的次級繞組向負(fù)

27、載輸出所需要的電壓。自激式開關(guān)電源中的開關(guān)管起著開關(guān)與振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。4推挽式開關(guān)電源推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖2-6所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。電路使用兩個開關(guān)管VT1和VT2，兩個開關(guān)管在外激勵方波信號的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器次級統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。圖2-6 推挽式開關(guān)電源 這種電路的優(yōu)點是兩個開關(guān)管容易驅(qū)動，主要缺點是開關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功

28、率較大，一般在100-500圍。5反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源的典型電路如圖2-7所示。這種電路又稱為升降壓式開關(guān)電源。無論開關(guān)管VT1之前的脈動直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。  圖2-7 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，電感L 儲存能量，二極管VD1 截止，負(fù)載RL靠電容C上次的充電電荷供電。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，電感中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，同時給電容充電。2.3 開關(guān)電源器件2.3.1 開關(guān)晶體管開關(guān)晶體管部含有兩個PN結(jié)，外部通常為三個引出電極的半導(dǎo)體器件。它對電信號有放大和開關(guān)等作用，應(yīng)用十分

29、廣泛。輸入級和輸出級都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管-晶體管邏輯電路，書刊和實用中都簡稱為TTL電路，它屬于半導(dǎo)體集成電路的一種，其中用得最普遍的是TTL與非門。TTL與非門是將若干個晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上，封裝成一個獨(dú)立的元件。半導(dǎo)體三極管是電路中應(yīng)用最廣泛的器件之一，在電路中用“V”或“VT”（舊文字符號為“Q”、“GB”等）表示。 半導(dǎo)體三極管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET）。晶體管有三個極；雙極性晶體管的三個極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極 (Base) 和集電極（Collector）；場效應(yīng)晶體管

30、的三個極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。晶體管因為有三種極性，所以也有三種的使用方式，分別是發(fā)射極接地（又稱共射放大、CE組態(tài)）、基極接地、集電極接地。最常用的用途應(yīng)該是屬于訊號放大這一方面，其次是阻抗匹配、訊號轉(zhuǎn)換等，晶體管在電路中是個很重要的組件，許多精密的組件主要都是由晶體管制成的。 三極管的導(dǎo)通，三極管處于放大狀態(tài)還是開關(guān)狀態(tài)要看給三極管基極加的直流偏置，隨這個電流變化，三極管工作狀態(tài)由截止-線性區(qū)-飽和狀態(tài)變化而變， 如果三極管Ib（直流偏置點）一定時，三極管工作在線性區(qū)，此時Ic電流的變化只隨著Ib的交流信號變化，Ib繼續(xù)升高，三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)

31、，此時三極管的Ic不再變化，三極管將工作在開關(guān)狀態(tài)。2.3.2 PWM控制器1.PWM控制器發(fā)展20多年來，集成開關(guān)電源沿著集成化方向發(fā)展，首先是對開關(guān)電源的核心單元控制電路實現(xiàn)集成化。1977年國外首先研制成脈寬調(diào)制（PWM）控制器集成電路，美國摩托羅拉公司、硅通用公司、尤尼德公司等相繼推出一批PWM芯片，典型產(chǎn)品有MC3520,SG3524,芯片。90年代以來，國外又研制出開關(guān)頻率達(dá)1MHZ的高速PWM、PFM90（脈沖頻率調(diào)制）芯片，典型產(chǎn)品有UC1825、UC1864。一般時間控制法有三種，即脈沖寬度控制（調(diào)寬PWM）、脈沖頻率控制（PFM）和混合式控制（調(diào)頻調(diào)寬）。用的比較多的還是P

32、WM, 近幾年變頻調(diào)速技術(shù)獲得不斷的進(jìn)步和發(fā)展特別是在家用電器行業(yè)方面的應(yīng)用。低廉、節(jié)能、高效、靜音以與高可靠性的變頻產(chǎn)品成為趨勢，各種新型的PWM控制芯片不斷涌現(xiàn)。數(shù)字化的PWM控制芯片相對模擬PWM控制芯片(如TL494,SG3525,UC3844等)，因其抗干擾、抗溫漂等方面的優(yōu)點成為主流產(chǎn)品7。2.PWM與微處理技術(shù)典型PWM調(diào)速控制芯片特點隨著微處理器技術(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。該方案只須采用單個芯片，功能強(qiáng)、靈活、易于，但所有的PWM信號的產(chǎn)生均需占用CPU大量的工作時間，軟件

33、開發(fā)周期長，通用性差，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。(2)采用專用大規(guī)模集成電路產(chǎn)生SPWM信號。如Mullard公司的HEF4752,無須微處理器配合，屬于純硬件實現(xiàn)方法，使用簡單，省去編寫軟件的麻煩，開發(fā)周期短，但欠靈活性，難以實現(xiàn)更多的功能。(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，如Siemens公司的SEL4520,Mitel公司的SA4828等，但成本較高。(4)采用專用調(diào)速控制芯片。此類芯片部集成有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

34、減少CPU的十預(yù)時間，保證CPU可以實現(xiàn)更多復(fù)雜的控制功能。這類芯片很多，如東芝公司的八位單片機(jī)TMP88CK49/CM49,Motorola公司的八位單片機(jī)MC68HC708MP16,Intel公司的16位微處理器8XC196MC。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。第三章 智能穩(wěn)壓電源的硬件設(shè)計3.1 穩(wěn)壓電源方案論證方案一：采用線性電源做為主電路，技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定設(shè)計與制造簡單，輸出紋波電壓低，電磁干擾低。但部功耗大，轉(zhuǎn)換效率

35、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)圍小，線性調(diào)整率低；輸出電壓不能高于輸入電壓9。方案二：采用開關(guān)電源作為主電路，效率高，體積小，能夠處理較高的電源密度，拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)可用于傳遞單個或多個輸出電壓。經(jīng)過比較篩選和論文要求參數(shù)指標(biāo)，本設(shè)計采用開關(guān)電源做為智能穩(wěn)壓電源的主電路。3.2 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理: 220V交流電壓經(jīng)過整流，濾波后輸出310V直流電壓，通過在控制極（可控硅）上加上PWM脈沖信號來完成功率極的飽和和截止，通過開關(guān)變壓器傳到次級，再通過變壓比將電壓降低為一個-18V/+18V的工作電壓供各個電路工作。振蕩脈沖

36、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。接著通過濾波穩(wěn)壓電路分別得到-15V/+15V和-5V/+5V兩組固定輸出電壓，可調(diào)輸出電路是通過鍵盤輸入，經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后控制DA轉(zhuǎn)換器輸出對應(yīng)的電壓信號，因為LM2576-ADJ輸出Vo=（1+Vadj）*1.23。將此電壓加在LM2576可調(diào)端便可實現(xiàn)可調(diào)輸出。由于本系統(tǒng)DA變換電路用的是電流型DA芯片,所以需要經(jīng)過LM358進(jìn)行I-V變換。系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示：220V輸入整流濾

37、波PWM調(diào)制過流保護(hù)功率推動電路(MOSFET)開關(guān)變壓器濾波穩(wěn)壓±5V/±15V固定輸出電壓調(diào)整可調(diào)輸出輸出檢測單片機(jī)鍵盤輸入顯示可調(diào)輸出部分圖3-1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。3.3 整流濾波電路整流就是把交流電變成脈動的直流電的過程，整流的基本器件是二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦约纯砂呀涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動的直流電，橋式整流電路如圖3-2所示。圖3-2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

38、、RC（LC）型的濾波形式。電容是一個能儲存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓UC=Q/C。在電容量不變時，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時間常數(shù)。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。3.4 PWM控制電路3.4.1 PWM控制電路設(shè)計本設(shè)計PWM控制電路主要由UC3842和一些基本元件組成，220V交流電壓經(jīng)過上述橋式整流電路整流，濾波后輸出310V直流電壓，經(jīng)過UC3842調(diào)整與穩(wěn)壓濾波后得到一個穩(wěn)定的-18V/+18V的工作電壓。電路圖如3-3所示

39、：圖3-3 PWM控制電路圖從圖3-3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。Vcc的波動通過R413，R409和R403組成的分壓電路，輸送到E/A誤差放大器反相輸入端，調(diào)整輸出脈沖寬度。所以，這個電壓控制環(huán)可以獲得較高的電壓調(diào)整率。電壓調(diào)整率可達(dá)到10-4量級。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)開關(guān)管V出現(xiàn)過電流時，電阻R404上測得的過電流信號，輸送到電流測定比較器的同相輸入端，只要R404的電壓達(dá)到1V，電流測定比較器動作，通過PWM鎖存器使開關(guān)管關(guān)斷

40、，實現(xiàn)過流保護(hù)功能。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)。而電路的關(guān)斷閥值為10V。啟動電壓和關(guān)斷閥值電壓相差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。當(dāng)電路一旦恢復(fù)正常工作，由輔助繞組進(jìn)行對UC3842的供電。芯片正常工作時的電流為11mA15mA。振蕩器的振蕩頻率由引腳8和引腳4之間的電阻器R402，引腳4到地的電容器C404來決定。引腳8在芯片部接在電壓基準(zhǔn)的5V電壓上，5V電壓要通過R402對C404充電。Fosc約為40KHz。當(dāng)UC3842用來驅(qū)動功率MOS管時，開關(guān)頻率可高達(dá)500KH

41、z，一般用在250KHz左右，開關(guān)穩(wěn)壓電源工作更穩(wěn)定。電阻器R413和電容器C411構(gòu)成軟啟動電路，當(dāng)C411上的充電電壓達(dá)到啟動電壓時，電路啟動，啟動電流緊為1mA。輸出級為圖騰柱式輸出電路，輸出晶體管的平均電流為±200mA，最大可以輸出±1A的峰值電流。若要使輸出關(guān)斷，可以將引腳3上的電壓升到1V以上，通過電流測定比較器將輸出關(guān)斷?；蛘邔⒁_1上的電壓降到1V以下，實現(xiàn)輸出關(guān)斷。以上兩種關(guān)斷輸出的方法都是使電流測定比較器輸出高電平，PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)斷輸出端直到下一個周期的時鐘脈沖將PWM鎖存器重新置位。所以，實現(xiàn)了逐個脈沖的電流限制。3.4.2 UC3842簡介為

42、了精確控制開關(guān)電路的電壓輸出，系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制的控制方式調(diào)節(jié)開關(guān)管的工作狀態(tài)。脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路通過UC3842 和外圍電路實現(xiàn)。通過采樣反饋電路改變開關(guān)占空比，來控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉的脈寬，從而使輸出電壓穩(wěn)定10。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。假如由于某種原因使輸出電壓升高時，脈寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬度，亦即占空比D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。UC3842可以直接驅(qū)動MOS管、IGBT等，適合于制2080W小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計巧妙，由主電源電壓直接啟動，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)

43、計中“簡潔至上”的原則。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。采用PWM控制的優(yōu)點是: 簡化了硬件電路,降低了硬件成本; 在PWM 控制過程中, 單片機(jī)可實時檢測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。UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個引腳，引腳圖如圖3-4：圖3-4 UC3842引腳圖UC3842部主要包括：5V 基準(zhǔn)

44、電壓源、振蕩器、誤差放大器、過流檢測電壓比較器、PWM鎖存器、輸入欠壓鎖定電路。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，起電壓反饋作用；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以與時間電容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=1.8/（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

45、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。UC3842還包括過壓、欠壓保護(hù)電路，當(dāng)供電電源電壓低于10V時，芯片停止工作。3.5 穩(wěn)壓輸出電路3.5.1穩(wěn)壓輸出電路設(shè)計根據(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一樣，在這里只介紹15V/+15V。該電路是通過PWM控制電路產(chǎn)生的-18V/+18V傳送給兩片LM2576開關(guān)穩(wěn)壓集成電路從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的，輸出兩組穩(wěn)定電壓。電路圖如3-5所示：圖3-5 穩(wěn)壓輸出電路圖從電路圖3-5可以看出，該電路輸入電容C201、C202

46、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。此處選用耐壓值為25V/100uF或35V/100uF的極性電解電容。輸出電容C203、C204輸出電容值根據(jù)：C13300Vin/Vout×L計算。Vin為最大輸入電壓，Vout是LM2576的輸出電壓。L是經(jīng)計算并查表選出的電感L2O1、L202的值，輸出電容選擇25V/100uF極性電解電容。二級管D201、D202的額定電流值應(yīng)大于負(fù)載電流的1.2倍，考慮到負(fù)載短路的情況，二級管的額定電流值應(yīng)大于LM2576的最大電流限制，二極管反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓1.25倍，所以此處選用SB5

47、40。本設(shè)計的穩(wěn)壓輸出電路選用的是LM2576實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，由LM2576特性可知，LM2576有3.3V、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C203、C204和LM2576決定，輸出電容越大，紋波系數(shù)就越小，本設(shè)計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)。3.5.2LM2576開關(guān)穩(wěn)壓集成電路1.LM2576的特性:(1)有3.3V、5V、12V、15V和可調(diào)電

48、壓輸出多種系列11；（2）輸出電壓可調(diào)圍1.23V37V (HV型號的可達(dá)57V)，負(fù)載電壓的輸出容差最大為±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）較寛的輸入電壓圍，HV型號甚至可達(dá)40V60V；（5）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50A；（7）BUCK式降壓器，較高的轉(zhuǎn)換效率；（8）過熱和過流保護(hù)；（9）可實現(xiàn)Buck-Boost式正-負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器。2.LM2576引腳功能說明:（1）N輸入電壓端，為減小輸入瞬間電壓和給調(diào)節(jié)器提供開關(guān)電流，此接腳應(yīng)接旁路電容CIN；（2）PUT穩(wěn)壓輸出端，輸出高

49、電壓為（VINVSAT），輸出低電壓為-0.5V。（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75A3.6 可調(diào)輸出電路3.6.1可調(diào)輸出電路設(shè)計本設(shè)計的可調(diào)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。電路圖如3-6所示:圖3-6 可調(diào)輸出電路本設(shè)計歩進(jìn)要求0.1，只需要100個點就可滿足-5V到5V的可調(diào)，而DAC0832有256個點完全滿足設(shè)計要求；可預(yù)置輸出可通過鍵盤直接輸入，由圖3-6可看出，當(dāng)用戶從鍵盤輸入需要設(shè)定的電壓值后，由單片機(jī)AT89C51輸出并控制DAC0832進(jìn)行DA轉(zhuǎn)

50、換。由于DAC0832是電流型DA芯片，所以需要對其進(jìn)行IV變換，此電路中IV變換通過LM358實現(xiàn)，然后將其相應(yīng)輸出電壓加至LM2576-ADJ的可調(diào)端（4腳），變可得到相應(yīng)輸出電壓。AD轉(zhuǎn)換中可能出現(xiàn)誤差，為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，該部分電路采用閉環(huán)控制方式，對輸出進(jìn)行實時監(jiān)測。3.6.2運(yùn)算放大器LM358LM358部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器， 適合于電源電壓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)。它的使用圍包括傳感放大器、直流增益 模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合12

51、。LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。其引腳圖引腳功能如圖3-7所示：圖3-7 LM258引腳圖引腳功能圖LM358主要特性(Features)如下： l 部頻率補(bǔ)償。 l 直流電壓增益高(約100dB)。 l 單位增益頻帶寬(約1MHz)。 l 電源電壓圍寬：單電源(330V)；雙電源(±1.5一±15V)。 l 低功耗電流，適合于電池供電。 l 低輸入偏流。 l 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。 l 共模輸入電壓圍寬，包括接地。 l 差模輸入電壓圍寬，等于電源電壓圍。 l 輸出電壓擺幅大（0至Vcc-1.5V) 。 主要參數(shù)如下：l 輸入偏置電流45 nAl

52、輸入失調(diào)電流50 nAl 輸入失調(diào)電壓2.9mVl 輸入共模電壓最大值VCC1.5 Vl 共模抑制比80dBl 電源抑制比100dB3.6.3DAC0832模塊電路D/A轉(zhuǎn)化器的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬信號，經(jīng)放大與驅(qū)動加到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，對被控制對象實施控制。直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換采用通用芯片DAC0832。DAC0832的原理框圖如圖3-8所示。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以與輸入控制電路四部分組成。8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制；8位D/A轉(zhuǎn)換器輸出

53、與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)13。圖3-8 DAC0832原理框圖當(dāng)WR2和XFER同時有效時，8位DAC寄存器端為高電平“1”，此時DAC寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是輸入寄存器Q端的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“0”時，第一級8位輸入寄存器Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級8位DAC寄存器中，以便第三級8位DAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換9。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。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個寄存器都分別接成受控方式。

54、3.7 MCU控制電路3.7.1 MCU控制電路設(shè)計主要由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與DAC0832的數(shù)據(jù)口，此時P1口采用分時復(fù)用技術(shù)。當(dāng)進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換時，將數(shù)據(jù)輸入74LS573，并將其鎖存，以保證AD轉(zhuǎn)換輸出不影響DA轉(zhuǎn)換。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。電路圖如3-9所示3-9 MCU控制電路圖3.7.2 AT89C51簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)12。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦

55、除只讀存儲器（FPEROMFalsh 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)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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與PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C51引腳圖如圖3-10所示:圖3-10

56、 AT89C51引腳圖AT89C51主要性能參數(shù)：l 與MCS-51兼容 l 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器l 壽命：1000寫/擦循環(huán) l 數(shù)據(jù)保留時間：10年 l 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz l 三級程序存儲器鎖定 l 128×8位部RAM l 32可編程I/O線 l 兩個16位定時器/計數(shù)器 l 5個中斷源 l 可編程串行通道 l 片振蕩器和時鐘電路 3.7.3鎖存器74LS573原理：74LS573 的八個鎖存器都是透明的D 型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時，Q 輸出將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持

57、，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入13。3.8 AD轉(zhuǎn)換電路3.8.1 AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計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?？刂贫朔謩e連接單片機(jī)P2.4、P2.5，其接口電路如圖3-11所示圖3-11 AD轉(zhuǎn)換電路圖3.8.2AD轉(zhuǎn)換電路原理在我們所測控的信號中均是連續(xù)變化的物理量，通常需要用計算機(jī)對這些信號進(jìn)行處理，則需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能接受的數(shù)字量。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。1. 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器工作原理雙積分A/D轉(zhuǎn)換器采用間接測量的方法，它將被測電壓轉(zhuǎn)換成時間常數(shù)T，雙積分A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)，積分器，比較器，計數(shù)器和控制邏輯等部分組成14。所謂雙積分就是進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換需要兩次積分。電路先對被測的輸入電壓Vx進(jìn)行固定時間(T0)的正向積分，然后控制邏輯將積分器的輸入端通過