DC-DC電源設(shè)計

1、摘 要開關(guān)穩(wěn)壓電源具有外圍電路簡單、電源效率高等優(yōu)點,在各種電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，而DC-DC變換器則是開關(guān)穩(wěn)壓電源的重要分支。本系統(tǒng)是DC-DC升壓式可調(diào)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，它由時基電路NE555構(gòu)成一個低頻振蕩器，輸出周期性脈沖控制開關(guān)元件的通斷，并以此控制電感上磁能和電能的互相轉(zhuǎn)換，在電感兩端產(chǎn)生一自感應(yīng)電壓，此自感電壓與電源電壓串聯(lián)起來一起向負(fù)載提供電流，此電路輸出的電壓大于電源電壓，為一升壓式開關(guān)電源。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 ，可以改變NE555的振蕩周期，同時也改變了輸出波形的占空比，從而改變電感的儲能大小，最終改變了輸出電壓值 。在主電路后面為了方便直觀的看出電路的輸出結(jié)果，因此另外

2、設(shè)計了由數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC0804控制的單片機顯示電路。關(guān)鍵詞：DC-DC變換器，NE555，數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC0804Abstractswitch-regulated power supply,which has many advantages such as simplicity of its peripheral circuit and high efficiency of its power supply,has been widely applied in all kinds of electronic products,and Dc-Dc changer/converter is its

3、main branch .This system is a Dc-Dc booster-adjustable switch-regulated power supply,in which the time-base circuit NE555 composes the low-prequencyoscillator and output period ic impulse to control the cut-in and cut-off of the switching elements,and by this control the exchanging between magnetic

4、and eletrical energy on the indultion .on the ends of induction comes into being self-induction voltage ,which is concatenated with supply voltage ,and they together provide the load with electricity .The voltage output through the circuit is bigger than the supply voltage .Its a booster switch powe

5、r supply .By adjusting , it is posssible to adjust the resistance andchange the oscillating period of NE555 acessible at the same time ,change the duty ratio of the output wave from .As a result, change the stored energy of induction and to make it convient and intuitionistic to read the output resu

6、lt of the circui,t .Inaddition MCU controlled by a digital-analog conversion ADCO804 is designed behind the main circuit to show the circuit . Keywords:DC-DC converter,NE555, digital-analog conversion ADC0804目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc200471775 第1章引言 PAGEREF _Toc200471775 h 1 HYPERLINK l _T

7、oc200471776 第2章 升壓變換器工作原理 PAGEREF _Toc200471776 h 3 HYPERLINK l _Toc200471777 2.1 概述 PAGEREF _Toc200471777 h 3 HYPERLINK l _Toc200471778 升壓變換器的工作原理 PAGEREF _Toc200471778 h 3 HYPERLINK l _Toc200471779 第3章 升壓變換器電路設(shè)計 PAGEREF _Toc200471779 h 6 HYPERLINK l _Toc200471780 主電路設(shè)計換器 PAGEREF _Toc200471780 h 6

8、HYPERLINK l _Toc200471781 3.1.1 Boost變的能量傳輸分析 PAGEREF _Toc200471781 h 6 HYPERLINK l _Toc200471782 3.1.2 主電路參數(shù)設(shè)計 PAGEREF _Toc200471782 h 15 HYPERLINK l _Toc200471783 3.2 控制電路 PAGEREF _Toc200471783 h 16 HYPERLINK l _Toc200471784 3.2.1 555震蕩電路 PAGEREF _Toc200471784 h 16 HYPERLINK l _Toc200471785 3.2.2

9、本系統(tǒng)的控制電路 PAGEREF _Toc200471785 h 17 HYPERLINK l _Toc200471786 第4章 顯示電路設(shè)計 PAGEREF _Toc200471786 h 18 HYPERLINK l _Toc200471787 單片機電路 PAGEREF _Toc200471787 h 18 HYPERLINK l _Toc200471788 4.1.1 AT89S52簡介 PAGEREF _Toc200471788 h 18 HYPERLINK l _Toc200471789 4.1.2 震蕩電路 PAGEREF _Toc200471789 h 20 HYPERLIN

10、K l _Toc200471790 4.1.3 四位八段共陽數(shù)碼管 PAGEREF _Toc200471790 h 21 HYPERLINK l _Toc200471791 4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0804的應(yīng)用 PAGEREF _Toc200471791 h 22 HYPERLINK l _Toc200471792 4.3 分壓電路 PAGEREF _Toc200471792 h 22 HYPERLINK l _Toc200471793 單片機驅(qū)動程序 PAGEREF _Toc200471793 h 23 HYPERLINK l _Toc200471794 第5章 總結(jié) PAGEREF _To

11、c200471794 h 25 HYPERLINK l _Toc200471795 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc200471795 h 26 HYPERLINK l _Toc200471796 致 謝 PAGEREF _Toc200471796 h 27 HYPERLINK l _Toc200471797 文英文資料原文 PAGEREF _Toc200471797 h 28 HYPERLINK l _Toc200471798 中文譯文 PAGEREF _Toc200471798 h 36第章引言隨著電子技術(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

12、的工作、生活的關(guān)系日益密切。而電源是電子設(shè)備的動力心臟,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、小和高效率為發(fā)展的新方向。DC/DC變換器的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢可以概括為以下方面:(1)高頻化、小型化、薄型化、輕量化為提高開關(guān)頻率,必須采用高速開關(guān)器件,這是縮小電源體積、減輕重量、提高功率密度、改善動態(tài)響應(yīng)的重要技術(shù)途徑。高頻化還可以使開關(guān)電源的動態(tài)品質(zhì)得到改善。開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲能元件(磁性元件和電容)決定的,因此,小型化實質(zhì)上就是盡可能減小其其中儲能元件的體積。(2)高效率作為電源,效率是重要的關(guān)鍵指標(biāo)之一。高頻化的結(jié)果,

13、使開關(guān)損耗以及無源元件的損耗增加,所以上世紀(jì)80年代以來,軟開關(guān)變換技術(shù)始終是電源技術(shù)研究的熱門課題。它理論上可使開關(guān)損耗降為零,達(dá)到高效率的功率變換。(3)低噪聲開關(guān)電源的缺點之一是噪聲大.單純地追求高頻化,噪聲也會隨之增大,采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù),在原理上既可以提高頻率有可以降低噪聲,盡可能地降低噪聲影響是開關(guān)電源的另一發(fā)展方向。(4)大電流傳輸DC/DC變換器在系統(tǒng)中實現(xiàn)的是能量轉(zhuǎn)換功能,是將電池輸入能量以不同的電平轉(zhuǎn)換到不同的部分?，F(xiàn)代高速系統(tǒng)在瞬時需要傳輸很大的能量,所以DC/DC芯片需要提高高達(dá)1A級的電流。特別是開關(guān)管,需要能夠快速響應(yīng),在短時間內(nèi),從關(guān)斷條件下轉(zhuǎn)變?yōu)閭鬏敶箅娏?/p>

14、,或在大電流條件下迅速關(guān)斷。(5)高可靠性開關(guān)電源使用的元件比連續(xù)工作電源少了數(shù)十倍,因此提高了可靠性。從壽命角度出發(fā),電解電容、光耦合器等器件的壽命決定這電源的壽用較少的器件,提高集成度,提高平均無故障時間。 目前電子系統(tǒng)電壓的轉(zhuǎn)換大多依靠DC-DC變換器,尤其是升壓變換器,它能在電池供電不足時將低電壓轉(zhuǎn)換成高電壓,維持設(shè)備正常工作。本文的任務(wù)就是理解并設(shè)計一個升壓變換器，并使達(dá)到以下指標(biāo)：額定輸入：5V輸出范圍：11V/輸出紋波電壓：80mv本文工作：先理解DC-DC開關(guān)電源的工作原理，然后構(gòu)建整機原理框圖,之后再設(shè)計各個電路單元，通過研究各電路的技術(shù)和算法得出電路中使用的元器件的參數(shù)，并

15、通過仿真軟件（Protus）仿真來驗證算法的正確性，最后用Protel 99se畫出原理圖和PCB版圖，開板做出實物。第2章 升壓變換器工作原理2.1 概述在使用電池供電的便攜設(shè)備中，都是通過直流升壓電路獲得電路中所需要的高電壓，這些設(shè)備包括： 、傳呼機等無線通訊設(shè)備、照相機中的閃光燈、便攜式視頻顯示裝置、電蚊拍等電擊設(shè)備等等,本課題設(shè)計的升壓變換器就應(yīng)用于這些領(lǐng)域。雖然DC-DC變換器種類繁多，但他們的工作原理基本一致，即都是利用控制電路產(chǎn)生受誤差信號調(diào)制的開關(guān)信號去控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，再利用電感、電容及二極管的儲能和釋能作用實現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時，能及時的將變化反饋到控制電

16、路，使得開關(guān)管的導(dǎo)通占空比得到調(diào)整，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。 升壓變換器的工作原理升壓變換器的主電路，如圖21所示：圖2-1 升壓變換器電路主要元件包括：輸入電電源Vin,電感L,開關(guān)管Q,二極管D,電容C,負(fù)載R ，開關(guān)脈沖信號,具體工作過程如下：理想的開關(guān)管Q2是沒有電壓降的，但實際上，開關(guān)通常利用半導(dǎo)體器件，如BJT、MOSFET、功率晶體管來實現(xiàn)，它是有壓降的，導(dǎo)通時的二極管也存在壓降。將開關(guān)脈沖源加到開關(guān)管上,當(dāng)脈沖為高電平時,開關(guān)Q2開始飽和導(dǎo)通（ton時間內(nèi)），V1通過L、Q2形成回路，電感中的電流iL即為回路電流。由于電感電流不能突變，其兩端會產(chǎn)生極性為左正右負(fù)的自感電勢，存儲

17、能量，二極管D截止，iL開始從最小值線性增加，經(jīng)過ton時間，Q2從飽和導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止時刻，電感電流達(dá)到最大值，增量為： (2-1)當(dāng)Q2截止時，iL同樣不能突變，電感的反沖現(xiàn)象使得電感兩端電壓非常大，D導(dǎo)通，存儲在L中的能量通過D、C、RL回路釋放，回路電流iL從最大值開始線性減小，再經(jīng)過toff時間，Q2從截止重新變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通， iL減少至最小值，減少量為： (2-2)如圖2-2所示，開關(guān)上的脈沖源信號周期性的變高和變低,在其為高電平時，功率開關(guān)管導(dǎo)通，電感電流線性上升；當(dāng)其為低電平時，功率開關(guān)管關(guān)斷，二極管導(dǎo)通，電感電流線性下降，并周期性的重復(fù)，如圖2-3所示：圖2-2 功率開關(guān)管柵極上的

18、脈沖信號示意圖圖2-3 電感電流的周期性變化示意圖穩(wěn)態(tài)時，iL在ton內(nèi)的正增量與在toff內(nèi)的負(fù)增量數(shù)值相等， 即 = 得：其中 為開關(guān)管Q上的脈沖周期。在理想情況下，故 (2-3)其中，D為開關(guān)管導(dǎo)通占空比.式(1-3)表明，升壓型DC-DC變換器的輸出電壓與開關(guān)脈沖占空比成正比關(guān)系，而且總是高于輸入電壓。當(dāng)輸入電壓增加時，控制電路調(diào)整開關(guān)占空比，使D減?。划?dāng)輸入電壓減小時，控制電路調(diào)整占空比使，使D增加。這樣，就能保持輸出電壓穩(wěn)定不變。利用式(1-3)計算圖2-1的輸出電壓:,波形如圖2-4所示，剛開始時輸出電壓慢慢上升,過渡區(qū)之后漸漸穩(wěn)定，輸出電壓逐漸上升，如圖24:圖2-4 開關(guān)電源

19、的輸出電壓示意圖Vo上的波動電壓如圖2-5所示，這是由電容的充放電作用造成的.圖2-5 輸出電壓上的紋波電壓示意圖第3章 升壓變換器電路設(shè)計本電源電路由主電路和控制電路共同組成,主電路功能是完成能量的儲存和傳遞,控制電路的作用是:當(dāng)主電路電網(wǎng)輸入發(fā)生改變或受到噪聲干擾后,輸出電壓會發(fā)生變化,這時控制電路能夠迅速調(diào)整這種變化,使主電路返回正常工作狀態(tài),并使輸出電壓穩(wěn)定到原來的值。圖3-1 升壓變換器電路圖3.1主電路設(shè)計換器3.1.1 Boost變的能量傳輸分析通過上面的分析，我們已經(jīng)對boost變換器的工作過程有所了解，為了計算出電路元件的參數(shù)，要從能量的角度詳細(xì)分析。圖32 DC變換器的組成

20、原理在圖3-2中,當(dāng)boost變換器的開關(guān)S處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電源給電感充電，電感儲存能量；二極管截止，電容放電向負(fù)載提供能量。此時能量的傳輸較為簡單；當(dāng)boost 變換器開關(guān)關(guān)斷后能量的傳輸過程要復(fù)雜的多，電感、電容及負(fù)載三者之間的能量傳輸于電感的大小密切相關(guān)，存在一個臨界電感值Lc，當(dāng)LLc時，變換器工作于連續(xù)模式.3.1.1.1 Boost變換器的兩種工作模式連續(xù)模式(CCM)：如圖3-2是升壓電路的基本結(jié)構(gòu),若二極管D的電流在開關(guān)管S關(guān)斷時間結(jié)束時還未下降到零，則由于電感電流不能突變，開關(guān)下次導(dǎo)通時電流上升會有一個階梯，這樣，電感電流將呈典型的階梯斜坡形狀，此時稱電路工作于連續(xù)模式，前面

21、分析的電路就工作于連續(xù)模式。斷續(xù)模式(DCM)：若二極管D的電流在Q下次導(dǎo)通前已經(jīng)下降到零，則稱電路工作于斷續(xù)模式.兩種工作模式下的電感電流波形如圖3-3所示：圖3-3 CCM和DCM模式電感電流CCM和DCM模式輸入與輸出電壓的關(guān)系:如圖3-3所示, 當(dāng)電源處在穩(wěn)態(tài)工作時,假設(shè)輸出濾波電感電流連續(xù)存在,我們根據(jù)電感電流在開關(guān)一周期內(nèi)升高和降低的數(shù)值相等(即變化總量為零),很容易得出輸入輸出電壓的關(guān)系式: (3-1)從上面的式子我們可以看得出：在連續(xù)工作模式下，電源的輸出電壓僅是輸入電壓及脈沖占空比的函數(shù)。也就是說,在一定的條件下, 電源的輸出與濾波元件的參數(shù)及負(fù)載情況無關(guān)。下面, 我們推導(dǎo)電

22、感電流不連續(xù)時輸出電壓的公式:當(dāng)電感較小，負(fù)載較大,或T較大時，升壓變換器的電感電流波形如圖3-3,稱為電感電流不連續(xù)工作模式。首先，我們假設(shè)Boost電路中各元件均為理想元件，即晶體管導(dǎo)通壓降為零，截止漏電流為零，沒有開關(guān)延時，電感沒有串聯(lián)電阻及分布電容，續(xù)流二極管正向壓降為零， 反向漏電流及恢復(fù)時間為零， 電路穩(wěn)態(tài)電容容量為無窮大。如圖3-4所示，我們令輸入電壓為Vin,輸出電壓為Uo，開關(guān)脈沖占空比為D，周期為T。由電感的動態(tài)參量公式 及穩(wěn)態(tài)開關(guān)一周期內(nèi)負(fù)載耗能等于輸入能量入手推得下述公式:升壓型開關(guān)電源電感電流不連續(xù)的條件是: (3-2)令每周期內(nèi)開關(guān)管截止后電感電流經(jīng)t 時間降為零,

23、 則: (3-3)根據(jù)能量守恒:即：解之, 取正根得:= (3-4) 圖3-4 斷續(xù)模式下的電感電流很明顯，由上式可知Vo為R 的增函數(shù)且沒有上限。所以升壓型開關(guān)電源在輕載、電感電流發(fā)生間斷時，輸出會依R 開方數(shù)量級攀升。因此對沒有閉環(huán)反饋的升壓型開關(guān)電源，負(fù)載很輕或開斷是比較危險的，它可能造成晶體管T或濾波電容C的過壓擊穿。另外,在電感電流斷續(xù)模式下，Vo是電感的減函數(shù)，當(dāng)L增加時，輸出會減小。3.1.1.2 DCM模式下能量的傳輸過程當(dāng)變換器工作于DCM時，電感電流波形如圖3-5所示: 圖3-5 DCM模式電感電流和電容電壓波形據(jù)此可將變換器開關(guān)在t1時刻關(guān)斷后的能量傳輸過程分成3個階段：

24、第1 階段（t1t2）：本階段為電感供能階段，其等效電路如圖3-6(a)所示。此時，電感電流iL輸出電流IO，電感不僅向負(fù)載供能，同時還給電容充電，電容電壓上升。這一階段一直持續(xù)到t2時刻電感電流線性下降到iLIO，此過程經(jīng)歷的時間為t2-t1。圖3-6(a)開關(guān)關(guān)斷后電感功能階段等效電路(iLIo)第2 階段（t2t2a）：當(dāng)電感電流iLIO后進(jìn)入此階段，電感和電容同時向負(fù)載供能，其等效電路如圖3-6(b)所示。電容上的電壓也開始下降，這一階段一直持續(xù)到電感電流下降到零，經(jīng)歷的時間為t2at2。圖3-6(b)開關(guān)關(guān)斷后電感和電容同時供能的等效電路(iLLC (3-12)因此工作于CCM 的B

25、oost 變換器既有可能工作于CISM 又有可能工作于IISM；而工作于DCM的Boost變換器只有可能工作于IISM。.5 Boost變換器的輸出紋波電壓 （）CCM 模式濾波電壓的計算(a) CCM-CISM時的輸出紋波電壓當(dāng)Boost變換器工作在CCM-CISM模式時，其電感電流和輸出電壓（電容電壓）波形如圖3-7(a)所示。由電荷守恒可知，此時的輸出紋波電壓 Vc1 僅由開關(guān)導(dǎo)通期間（t0t1段）電容電壓的下降幅度確定，而與電感無關(guān)，即有 （3-13）其中，T 為開關(guān)周期，f是開關(guān)頻率，C 為輸出電容?？梢?，電容越大、頻率越高，輸出電壓紋波就越小。 (b) CCM-IISM 時的輸出紋

26、波電壓當(dāng)Boost變換器工作在CCM-IISM模式時，其電感電流和輸出電壓（電容電壓）波形如3-7(b)所示。同樣由電荷守恒可知，此時的輸出紋波電壓VC2由開關(guān)關(guān)斷期間（t1t2段），電容電壓的上升幅度確定。開關(guān)關(guān)斷后，電容的充電電流i C (t)為 （3-14）令,即并注意到t1=0，則可得出給電容充電的時間t 為 （3-15）則輸出電壓（電容上的電壓）紋波為 （3-16）將式（3-14）、（3-15）代入（3-16），并考慮到式（3-6）及式（3-8）可得 （3-17a） （3-17b）由式（3-17a）可見，此時的輸出紋波電壓不僅與電容有關(guān)，而且還與電感有關(guān)。將（3-17a）對L求導(dǎo)可得

27、: （3-18）令上式等于零可得 （3-19）將式(3-18)對L 再求導(dǎo)，并注意到對于Boost 變換器有VOVi ，因此可以得出 （3-20）并且由式（3-10）和（3-18）可知，當(dāng)電感L LK時，因此,紋波電壓VC在LCLLK區(qū)間隨著電感的增加而單調(diào)減小，并在L=LK 時達(dá)到極小值，因此CISM和IISM的臨界電感LK就是確保變換器輸出紋波電壓最低的最小電感。將式（3-19）代入式（3-17a）可以得出VC2的最小值VC2,min 為 （3-21）將式（3-5）代入式（3-17a）可得VC2 的最大值VC2,max為 （3-22）（）DCM 模式的輸出紋波電壓當(dāng)變換器工作在DCM模式時

28、必然處于IISM，其電感電流和輸出電壓（電容電壓）波形如圖3-7所示。同樣由電荷守恒可知，此時的輸出紋波電壓僅由開關(guān)關(guān)斷期間（t1t2 段），電容電壓的上升幅度確定。DCM模式時，電感上的最大電流為 （3-23）將式（3-14）、（3-15）代入式（3-16），并考慮到式（3-23），可得輸出電壓（電容電壓）紋波為 （3-24）對于Boost變換器，輸入電壓Vi 、負(fù)載電流IO和占空比d 的關(guān)系為 （3-25）將式（3-25）代入式（3-24），可以得出 （3-26a）由式（3-25）可得 （3-26b）將上式代入式（3-24）得 （3-27）式中.可見，此時的輸出紋波電壓也是電容和電感的函數(shù)

29、，且紋波電壓隨電感的增加而減小。由于在DCM模式時LLC，所以當(dāng)增加到LLC時，達(dá)到最小值，將式(3-5)、(3-8)代入式(3-26)可以得出VC3 的最小值為 （3-28）綜上所述，Boost變換器的輸出紋波電壓與變換器工作模式有關(guān)，而變換器的工作模式主要由電感決定?？梢?，對于給定負(fù)載、電容和開關(guān)頻率的Boost DC-DC 變換器，CCM-CISM 模式的輸出紋波電壓最小且與電感無關(guān)；CCM-IISM模式的輸出紋波電壓較大且與電感有關(guān)；DCM 模式的輸出紋波電壓最大且與電感有關(guān)。3.1.2 主電路參數(shù)設(shè)計上面詳細(xì)分析了能量傳輸過程，下面以此為據(jù)計算主電路的參數(shù)：課題指標(biāo)是：輸入電壓：5V

30、輸出電壓：11V輸出電流：A輸出紋波電壓：80mv電感和電容的計算：取開關(guān)頻率為f=10khz, 由式（3-5）即：,算得：由式（3-10）算得：DCM模式下令得電容：CCM-CISM模式下令=80mv得電容：為滿足紋波電壓80mv,取電容C=220uf , L=500uH所以 時 DCM模式 時 CCM-IISM模式時 CCM-CISM模式 控制電路.1 555震蕩電路為了使使振蕩電路和輸出電路分開，可以使負(fù)載能力加大，頻率更穩(wěn)定，這里控制電路采用目前最為流行的555震蕩電路，此電路為間接反饋型無穩(wěn)型，如圖38所示：圖38 555震蕩電路這個電路在剛通電時，V0=1，DIS端開路，C的充電路

31、徑是：電源 RADISRBC，當(dāng) C 上電壓上升到 2 /3 V DD 時，V0=1，DIS端接地，C放電，C放電的路徑是：CRBDIS地。t1=0.693（RARB）Ct2B C 脈沖頻率（RA2RB）C。由此可以看到充電和放電時間常數(shù)不等，輸出不是方波。.2 本系統(tǒng)的控制電路圖39 控制電路 在圖3-9中，RW2和R7共同構(gòu)成反饋電阻，通過調(diào)節(jié)RW2的大小來控制改變NE555的振蕩周期，同時也改變了輸出波形的占空比，從而改變L1的儲能大小，最終改變了輸出電壓值。C3和R9共同構(gòu)成加速電路。第4章 顯示電路設(shè)計圖4-1 單片機電路此單元電路由AT89S52、震蕩電路、8段共陽數(shù)碼管和驅(qū)動電路

32、組成，為了簡化電路沒有設(shè)計單片機電源，而是直接外接5V電壓給單片機供電。4.1.1 AT89S52簡介AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2

33、個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止圖42 AT89S52引腳VCC : 電源 GND: 地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash

34、編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，和分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯

35、電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部

36、上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引

37、腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”， ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次

38、，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 震蕩電路采用12MHz晶振，如圖43所示：圖43振蕩電路MCS-51單片機在通常應(yīng)用情況下，使用震蕩頻率為6MHZ的石英晶體，而12MHZ頻率的警惕主要是在高速串行通信情況下才使用，在這里作者選用12MHZ石英晶體。對電容無嚴(yán)格要求，但它在取直對震蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及震蕩電路起震蕩速度有一點影響。C1和C2可在20-100PF之間取直，一般情況取30PF。外部時鐘方式是把外部震蕩信號源直接接入XTAL1或XTAL2。由于的XTAL2邏輯電平不是T

39、TL的，所以還要接一個上拉電阻。4.1.3 四位八段共陽數(shù)碼管共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，如圖4-4，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。圖44 4位八段共陽數(shù)碼管. 數(shù)碼管的驅(qū)動電路圖45 驅(qū)動電路由于單片機輸出口的灌入電流有限（約20mA），LED數(shù)碼管點亮?xí)r耗電較大，造成亮度較暗，故采用4個PNP型晶體管Q3Q6進(jìn)行放大，如圖45所示。4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0804的應(yīng)用ADC0804是8位全MOS 中速A/D轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式A

40、/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機直接接口。單通道輸入，轉(zhuǎn)換時間大約為100us。ADC0804轉(zhuǎn)換時序是：當(dāng)CS0許可進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。WR由低到高時，A/D開始轉(zhuǎn)換，一次轉(zhuǎn)換一共需要6673個時鐘周期。CS與WR同時有效時啟動A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生INTR信號（低電平有效），可供查詢或者中斷信號。在CS和RD的控制下可以讀取數(shù)據(jù)結(jié)果。圖46 ADCO804引腳圖4.3 分壓電路 在本電路中，由于采用的是ADC0804作為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，ADC0804的輸入通道IN+只能接受05V的電壓，而設(shè)計的升壓變換器輸出的電壓Vout在15V-18V之間，因此就必須采用一個分壓電路把電壓

41、Vout降下來，分壓的比例為14，計算方法：R17(R16+R17)14 圖47 分壓電路4.4單片機驅(qū)動程序#include code unsigned char seg7code10=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; /顯示段碼sbit int1=P33; /定義管腳功能sbit cs=P32; sbit wr=P36; sbit rd=P37; void Delay(unsigned int tc) /顯示延時程序while( tc != 0 )unsigned int i; for(i=0; i10

42、0; i+); tc-;unsigned char adc0804( void ) /讀AD0804子程序 unsigned char addata,i; rd=1;wr=1;int1=1; /讀ADC0804前準(zhǔn)備P1=0 xff; /P1全部置一準(zhǔn)備cs=0;wr=0;wr=1; /啟動ADC0804開始測電壓while(int1=1); /查詢等待A/D轉(zhuǎn)換完畢產(chǎn)生的INT（低電平有效）信號rd=0; /開始讀轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)i=i; i=i; /無意義語句，用于延時等待ADC0804讀數(shù)完畢addata=P1;/讀出的數(shù)據(jù)賦與addaterd=1;cs=1;/讀數(shù)完畢return(addat

43、a);/返回最后讀出的數(shù)據(jù)unsigned int datpro(void)/ADC0804讀出的數(shù)據(jù)處理 unsigned char x; unsigned int dianyah,dianyal; /用于存儲讀出數(shù)據(jù)的高字節(jié)和低字節(jié)unsigned int dianya=0; /存儲最后處理完的結(jié)果 注意數(shù)據(jù)類型for(x=0;x4; /右移四位 取出高四位dianyal=dianya&0 x0f; /屏蔽高四位 取出低四位dianya=dianyal*20+dianyah*320; /最后的結(jié)果是一個四位數(shù)，便于顯示return(dianya);/返回最后處理結(jié)果void Led() u

44、nsigned int date; date=datpro(); /調(diào)用數(shù)據(jù)處理最后結(jié)果 P2=P2&0 xef; P0=seg7codedate/1000|0 x80; /輸出個位數(shù)和小數(shù)點 Delay(8); P2=P2|0 xf0; P2=P2&0 xdf; P0=seg7codedate%1000/100; /輸出小數(shù)點后第一位Delay(8); P2=P2|0 xf0; P2=P2&0 xbf; P0=seg7codedate%100/10; /輸出小數(shù)點后第二位Delay(8); P2=P2|0 xf0; P2=P2&0 x7f; P0=seg7codedate%10; /輸出小數(shù)

45、點后第三位 Delay(8); P2=P2|0 xf0;main() while(1) Led( ); /只需調(diào)用顯示函數(shù) 第5章 總結(jié)本文在詳細(xì)分析了boost變換器的工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計了DC-DC開關(guān)電源，包括主電路和控制電路的單元模塊，在電源的輸出端為了方便直觀的看出電路輸出電壓，還設(shè)計了單片機顯示電路使得我不僅對開關(guān)電源電路有了更深的理解，還對單片機產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣以及掌握了更多的單片機電路知識。在畢業(yè)設(shè)計期間，筆者主要做了以下工作：（1）了解了直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展歷程。（2）研究了DC-DC變換器的基本工作原理。（3）通過分析計算擬訂了電路主要元器件的設(shè)計參數(shù)。（4）在確定具體

46、的電路系統(tǒng)后在萬能板上做出了主電路，并到實驗室進(jìn)行最終的測試。（5）測試通過后，在Protel 99SE軟件上畫出PCB電路版圖，并開板做出實物。 本次課題屬于工程技術(shù)課題，在做具體的電路上花的時間較多，最終還是達(dá)到了課題的要求和預(yù)期目標(biāo)，雖然如此，但由于筆者才疏學(xué)淺，疏漏之處還望老師和同學(xué)們批評指正。參考文獻(xiàn)1周志敏,周繼海. 開關(guān)電源實用技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用. 北京:人民郵電出版社,2004年。2周忠敏. 開關(guān)電源的分類及應(yīng)用. 電子重量,2001年。3丁道宏. 國內(nèi)外開關(guān)電源的技術(shù)與市場. 電子產(chǎn)品世界,1999年。4Abraham I.Pressman 著 王志強 等譯.開關(guān)電源設(shè)計.北京:

47、電子工業(yè)出版社,2006年。5劉樹林，劉 健，楊銀玲，趙新毅.Boost 變換器的能量傳輸模式及輸出紋波電壓分析.中國電機工程學(xué)報,2006第26卷 第5期 ,2006年3月。7高原,邱新蕓,汪晉寬. 峰值電流控制開關(guān)電源斜坡補償?shù)难芯?儀器儀表學(xué)報,第24卷第4 期增刊,2003年8月。8康華光.模擬電路基礎(chǔ).高等教育出版社,1998年。9馮桂林 編著.開關(guān)穩(wěn)壓電源原理與實用技術(shù).北京:科學(xué)出版社,2005年6月。10趙負(fù)圖 電源集成電路手冊 化學(xué)工業(yè)出版社 2002年。11戶川治郎 實用電源電路設(shè)計 科學(xué)出版社 1998年。致 謝這篇論文到今天終于圓滿完成，其中的酸甜苦辣其味無窮，在這期間

48、遇到過無數(shù)的坎坷，但最終還是得以克服，這就使我學(xué)到了豐富的專業(yè)知識，在即將走進(jìn)社會大門接受工作崗位之前，能有這么一次鍛煉的好機會，我將信心十足的去面對社會的各種挑戰(zhàn)在這里我首先要感謝丘偉老師和羅凱老師，是他們在我設(shè)計過程給我指點迷津，一次一次深刻的講解，指引我一次一次的克服苦難，其次我還要感謝在設(shè)計過程中和我一起討論的同學(xué)，感謝你們的支持和幫助感謝大學(xué)四年所有教導(dǎo)過我的老師，他們無私的教學(xué)使我受益良多。感謝審閱本論文的老師，感謝他們?yōu)閷忛啽疚乃冻龅男燎趧趧?！文英文資料原文DC-DC Converter Basics G. LedwichABSTRACTA DC-to-DC converter

49、 is a device that accepts a DC input voltage and produces a DC output voltage. Typically the output produced is at a different voltage level than the input. In addition, DC-to-DC converters are used to provide noise isolation, power bus regulation, etc. This is a summary of some of the popular DC-to

50、-DC converter topolopgies:1 BUCK CONVERTER STEP-DOWN CONVERTERIn this circuit the transistor turning ON will put voltage Vin on one end of the inductor. This voltage will tend to cause the inductor current to rise. When the transistor is OFF, the current will continue flowing through the inductor bu

51、t now flowing through the diode. We initially assume that the current through the inductor does not reach zero, thus the voltage at Vx will now be only the voltage across the conducting diode during the full OFF time. The average voltage at Vx will depend on the average ON time of the transistor pro

52、vided the inductor current is continuous. Fig. 1: Buck ConverterFig. 2: Voltage and current changesTo analyse the voltages of this circuit let us consider the changes in the inductor current over one cycle. From the relation The change of current satisfiesFor steady state operation the current at th

53、e start and end of a period T will not change. To get a simple relation between voltages we assume no voltage drop across transistor or diode while ON and a perfect switch change. Thus during the ON time Vx=Vin and in the OFF Vx=0. Thus Which simplifies toOr And defining duty ratio as The voltage re

54、lationship becomes Vo=DVin Since the circuit is lossless and the input and output powers must match on the average Vo* Io = Vin* Iin. Thus the average input and output current must satisfy Iin =D Io These relations are based on the assumption that the inductor current does not reach zero.1.1 Transit

55、ion between continuous and discontinuousWhen the current in the inductor L remains always positive then either the transistor T1 or the diode D1 must be conducting. For continuous conduction the voltage Vx is either Vin or 0. If the inductor current ever goes to zero then the output voltage will not

56、 be forced to either of these conditions. At this transition point the current just reaches zero as seen in Figure 3. During the ON time Vin-Vout is across the inductor thus (1)The average current which must match the output current satisfies (2)Fig. 3: Buck Converter at BoundaryIf the input voltage

57、 is constant the output current at the transition point satisfies (3) Voltage Ratio of Buck Converter (Discontinuous Mode)As for the continuous conduction analysis we use the fact that the integral of voltage across the inductor is zero over a cycle of switching T. The transistor OFF time is now div

58、ided into segments of diode conduction ddT and zero conduction doT. The inductor average voltage thus gives (4)Fig. 4: Buck Converter - Discontinuous Conduction (5)for the case . To resolve the value of consider the output current which is half the peak when averaged over the conduction times (6)Con

59、sidering the change of current during the diode conduction time (7)Thus from (6) and (7) we can get (8)using the relationship in (5) (9)and solving for the diode conduction (10)The output voltage is thus given as (11)defining, we can see the effect of discontinuous current on the voltage ratio of th

60、e converter. Fig. 5: Output Voltage vs CurrentAs seen in the figure, once the output current is high enough, the voltage ratio depends only on the duty ratio d. At low currents the discontinuous operation tends to increase the output voltage of the converter towards Vin. BOOST CONVERTER STEP-UP CONV