基于51系列單片機(jī)控制的數(shù)控電源

前言電源技術(shù)是電子領(lǐng)域中不可缺少的設(shè)備，尤其是在當(dāng)下電子產(chǎn)業(yè)的日益發(fā)展，愈發(fā)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備極大地提高了社會(huì)生產(chǎn)力，豐富了人們的生活。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，過(guò)去的產(chǎn)物漸漸失去了原本的適應(yīng)能力，已逐漸遭到淘汰或是改革。電源技術(shù)作為必備的電子產(chǎn)品，它的更新迭代在發(fā)展的潮流中顯得頗為重要。美國(guó)通用電氣公司在上個(gè)世紀(jì)的六十年代，研制出世界上第一支晶閘管，電力電子技術(shù)由此誕生，并開(kāi)始了蓬勃的發(fā)展。以電子學(xué)為核心的電源技術(shù)，從此進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期，后隨著智能化的進(jìn)步，該產(chǎn)業(yè)逐步走向了智能化的方向，各國(guó)家業(yè)大力支持電源產(chǎn)業(yè)，并紛紛提出了相應(yīng)的精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)才能受到消費(fèi)者的認(rèn)可。數(shù)控電源是從80年代開(kāi)始真正的發(fā)展開(kāi)來(lái)，已經(jīng)發(fā)展的電力電子技術(shù)為數(shù)控電源提供了良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源在過(guò)去一段歷史發(fā)揮了重要作用，但其輸出穩(wěn)定性差、調(diào)控精度低、不易于控制等弊端也嚴(yán)重阻礙了當(dāng)代先進(jìn)設(shè)備的日常工作。針對(duì)傳統(tǒng)電源的這些不足之處，本篇文章意設(shè)計(jì)出一款基于單片機(jī)為核心的數(shù)顯反饋直流穩(wěn)壓電源，電路結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱便捷、精準(zhǔn)度突出等優(yōu)點(diǎn)，可以很好的解決傳統(tǒng)電源的不足之處，極大地提高了生產(chǎn)效率。1緒論單片機(jī)是一種可通過(guò)編程控制的微處理器，憑借其功能的強(qiáng)大以及方便易操作的特點(diǎn)，逐漸成為了各種電子設(shè)備不可或缺的核心部分。本文設(shè)計(jì)的數(shù)控電源就是利用單片機(jī)強(qiáng)大的可操作性來(lái)控制電源的輸出，單片機(jī)可以對(duì)電源信息進(jìn)行采集并反饋處理，實(shí)時(shí)調(diào)整以達(dá)到最佳的輸出。通過(guò)編程控制有關(guān)的電壓調(diào)節(jié)，使得輸出穩(wěn)定，提高了設(shè)備工作的可靠穩(wěn)定。1.1課題研究意義上世紀(jì)80年代以來(lái)，誕生了開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的第一代產(chǎn)品，基本原理是利用了半導(dǎo)體元件，通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)的占空比大小實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓輸出的調(diào)整。調(diào)整管工作時(shí)處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，內(nèi)部發(fā)生的功耗非常小，并且還有很高的轉(zhuǎn)換效率。開(kāi)關(guān)電源發(fā)展到當(dāng)代已經(jīng)有了很多的形式，依照分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的選擇不同可以劃分成多種開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。按照電源輸出和調(diào)整管連接方式的不同，可以分為串聯(lián)型和并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，按采用穩(wěn)壓的方式不同可以分成脈沖寬度調(diào)制型、脈沖頻率調(diào)制型（PFM）以及混合調(diào)制型[1]。穩(wěn)壓方式中以脈沖寬度調(diào)制型穩(wěn)壓方式最常見(jiàn)，PWM型電壓在穩(wěn)壓方面優(yōu)勢(shì)很大，但是在電壓的輸出精度上略有欠缺，依靠旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)PWM的輸出，這種調(diào)節(jié)方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工業(yè)生產(chǎn)的需求，因此誕生了調(diào)節(jié)精度更好的數(shù)控技術(shù)，數(shù)控技術(shù)為電源行業(yè)帶來(lái)了新的活力，逐漸成為電源產(chǎn)業(yè)未來(lái)的新趨勢(shì)。上世紀(jì)80年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，與此同時(shí)電力電子理論也開(kāi)始建立起系統(tǒng)研究。電力電子技術(shù)的發(fā)展為數(shù)控技術(shù)提供了技術(shù)支持保障，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展有了良好的進(jìn)程，但是這些進(jìn)步趕不上整個(gè)社會(huì)工業(yè)的發(fā)展速度。當(dāng)數(shù)控技術(shù)真正運(yùn)用于制造中時(shí)，它的精度、可靠性以及功率密度距離使用要求還差的很多。所以在此之后，數(shù)控電源技術(shù)的發(fā)展就開(kāi)始針對(duì)這些缺點(diǎn)突破，不斷進(jìn)行加工完善。單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)給了數(shù)控電源技術(shù)很大的改善，新的變換技術(shù)和控制方法為數(shù)控電源的精度提供了有利的條件，上世紀(jì)90年代市面上已經(jīng)出現(xiàn)了精度高達(dá)0.05V的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源[2]。基于單片機(jī)制作的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，可以做到每次上調(diào)或下調(diào)0.1V，輸出的范圍也可以通過(guò)改變電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，電流的輸出一般情況下可以達(dá)到2A，具體數(shù)值根據(jù)實(shí)際情況而定。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展以51系列的單片機(jī)為控制中心電路，并逐漸拓展。數(shù)字化是控制行業(yè)發(fā)展的非常重要的一個(gè)方向，隨著科技的突飛猛進(jìn)，對(duì)數(shù)控電源的發(fā)展起到了很大的作用。未來(lái)的數(shù)控電源會(huì)有更高的精度，更高的穩(wěn)定性，更好的環(huán)保，更高的智能等。1.2研究現(xiàn)狀近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)于開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行了很多的研究，同時(shí)也取得了豐厚的成果。1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀開(kāi)關(guān)電源誕生于上個(gè)世紀(jì)50年代美國(guó)，用在火箭的內(nèi)部電路中，這種開(kāi)關(guān)電源非常輕巧。自此以后，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)走向成熟，開(kāi)關(guān)電源與傳統(tǒng)的電源相比性能更好、功耗低、體型小易安裝等優(yōu)勢(shì)，從而慢慢取代了傳統(tǒng)電源，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備。80年代完成了大部分電子產(chǎn)品的電源替代。開(kāi)關(guān)電源發(fā)展到今天，在技術(shù)層面上已經(jīng)取得了重大的突破發(fā)展。新興的技術(shù)將開(kāi)關(guān)電源帶入了新的發(fā)展時(shí)期，推動(dòng)了新一批高新技術(shù)的發(fā)展，使得開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)更加突出。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀隨著開(kāi)關(guān)電源的誕生，我國(guó)國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)電源這一部分。60年代初期，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行對(duì)穩(wěn)壓電源的研發(fā)設(shè)計(jì)。在這樣的基礎(chǔ)之上，到了70年代初期，才開(kāi)始首次進(jìn)行無(wú)工頻降壓變換器研究設(shè)計(jì)，并開(kāi)始開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行適配工作。到了1974年的時(shí)候，研究取得了初步的進(jìn)展，基于工頻降壓變壓器式的第一臺(tái)開(kāi)關(guān)電源問(wèn)世，可以輸出5V的電壓，工作頻率為10KHz。隨著國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源的進(jìn)步發(fā)展，國(guó)內(nèi)許多的研究所、廠(chǎng)家也紛紛制造出了基于無(wú)工頻降壓變壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，這些穩(wěn)壓電源的工作頻率基本都在20KHz左右，輸出功率1000W以下。好在型號(hào)和用途很多，可投入電子、電視、通信等領(lǐng)域普遍使用。但是，隨著時(shí)代發(fā)展，我國(guó)的半導(dǎo)體水平被拉下很多，跟不上同時(shí)期的水平，使得自己的生產(chǎn)研發(fā)所需要的關(guān)鍵元器件要從國(guó)外進(jìn)口，進(jìn)一步導(dǎo)致我國(guó)當(dāng)前的開(kāi)關(guān)電源水平和發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大的落后。1.2.3已知存在問(wèn)題結(jié)合上面所述，當(dāng)下國(guó)內(nèi)外對(duì)開(kāi)關(guān)電源的研究大多存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：控制方式不夠智能化；電源實(shí)況顯示不足；輸出電壓值固定，可調(diào)靈活性差；無(wú)法直接得到預(yù)設(shè)電壓輸出。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容方式本文檔主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一款基于51系列單片機(jī)控制的數(shù)控電源，采用PWM輸出和BUCK電路設(shè)計(jì)一款可調(diào)穩(wěn)壓源，通過(guò)調(diào)整PWM波的占空比達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目標(biāo)[3]。本次設(shè)計(jì)需要要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)是：系統(tǒng)設(shè)定預(yù)期的電壓之后，能夠迅速將輸出電壓穩(wěn)定至預(yù)設(shè)值，同時(shí)可以通過(guò)按鍵實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電壓，其步進(jìn)精度為0.1V，輸出的電壓范圍為0V~12V，輸出電流最大為1mA。液晶模塊可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前輸入輸出電壓和輸出電流，使得整個(gè)系統(tǒng)的可視化以及人機(jī)交互更加完善。1.首先介紹對(duì)于數(shù)控電源的研究背景意義，和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。2.對(duì)于本次設(shè)計(jì)所用元器件的選型對(duì)比和方案確立。3.硬件選型設(shè)計(jì)，輸入電路設(shè)計(jì)、整流穩(wěn)壓電路、PWM發(fā)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、按鍵電路以及顯示模塊電路等。4.軟件流程設(shè)計(jì)。5.程序調(diào)試和結(jié)果分析。6.設(shè)計(jì)體會(huì)總結(jié)。2系統(tǒng)分析2.1系統(tǒng)論述直流/直流（DC/DCConverter）包括直接直流變流電路和間接直流變流電路（在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)，也稱(chēng)為直-交-直電路）[4]。本文設(shè)計(jì)是對(duì)將市網(wǎng)交流電整流后得到的直流電進(jìn)行調(diào)整，故不涉及間接直流變流電路。直接直流變流電路又稱(chēng)為直流斬波電路，其功能是將固定的直流電壓通過(guò)電路變換轉(zhuǎn)換成另一數(shù)值的直流電壓或者是可調(diào)直流電壓。2.2BUCK電路原理在目前的知識(shí)體系當(dāng)中，斬波電路主要有降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路等。本文設(shè)計(jì)采用BUCK電路（降壓斬波電路）作為整流模塊，它突出的特點(diǎn)是輸出的電壓要低于輸入的電壓[5]。BUCK電路如下圖所示：圖2-1BUCK電路圖Fig.2-1Thediagramofbuckcircuit假設(shè)上圖中所有器件均為理想元件，通電一段時(shí)間之后，電容C的電壓能完全與輸入電壓Ui相等。根據(jù)所學(xué)知識(shí)，可以對(duì)BUCK電路的工作原理分解為電感充電和放電這兩個(gè)階段來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。2.2.1BUCK電路電感充電理想情況下，當(dāng)電路中三極管V導(dǎo)通的時(shí)候，三極管相當(dāng)于一根導(dǎo)線(xiàn)，由于二極管D反接，相當(dāng)于開(kāi)路，在電路中并不起到作用，使得電流直接通過(guò)三極管（導(dǎo)線(xiàn)）流向電感，此時(shí)相當(dāng)于給電感充電。輸入的直流電通過(guò)電感發(fā)出的電流按比例上升，上升值與電感的感抗值大小有關(guān)，電感這個(gè)時(shí)候充當(dāng)了恒流源的作用，主要用來(lái)傳遞能量，而電容相當(dāng)于是一個(gè)恒壓源，對(duì)輸出電壓起濾波功能。圖2-2BUCK電路充電階段等效圖Fig.2-2ThediagramofBUCKcircuitchargingphaseequivalent2.2.2BUCK電路電感放電上述充電過(guò)程完成后，電感中儲(chǔ)存了大量的電能，這個(gè)時(shí)候我們把三極管導(dǎo)通條件破壞掉，使之在電路中變成開(kāi)路狀態(tài)。根據(jù)“電路改變瞬間，電感的電流和電容的電壓不變”的原理可以知道，電感上的電流不會(huì)突然消失，而是慢慢的將充電時(shí)存儲(chǔ)的電荷慢慢釋放，直到完全釋放完畢電流值下降為零。這個(gè)時(shí)候電路中的三極管已經(jīng)被拿掉，電感、電容和二極管D這三個(gè)原件刺客又構(gòu)成了新的回路，二極管這個(gè)時(shí)候起到了續(xù)流的作用，即續(xù)流二極管，電流緩緩流入電容對(duì)電容充電，由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載不間斷供電的功能。圖2-3BUCK電路放電階段等效圖Fig.2-3ThediagramofBUCKcircuitdischargephaseequivalent根據(jù)上述原理可知，BUCK電路工作的主要過(guò)程就是電感不斷接收電流和釋放電流。當(dāng)電流流進(jìn)電感，即充電過(guò)程中電感通過(guò)自身特性不斷存儲(chǔ)能量；放電過(guò)程中，電容兩端向外部輸出電流，如若電流連續(xù)不間斷，對(duì)電容容量的要求就會(huì)相對(duì)提高?？偟膩?lái)說(shuō)，BUCK電路實(shí)現(xiàn)的原理就是不斷重復(fù)充放電過(guò)程，使得電容兩端輸出的電壓值低于電路的輸入電壓[6]。2.3BUCK波形分析查資料可知，Buck電路的波形圖如下圖所示：圖2-4BUCK波形圖Fig.2-4ThediagramofBUCKwaveformt=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)MOS管導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電，負(fù)載電壓，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線(xiàn)上升。t=t1時(shí)控制MOS管關(guān)斷，二極管D續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線(xiàn)下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。2.4BUCK穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓電路分為串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路和并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。并聯(lián)型穩(wěn)壓電路是最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路，主要應(yīng)用于對(duì)穩(wěn)壓要求不高的場(chǎng)合，有時(shí)候也可以用于基準(zhǔn)電壓源。并聯(lián)型穩(wěn)壓電路又稱(chēng)為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓基本電路如下圖所示：圖2-5并聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖Fig.2-5Thediagramofparallelregulatorcircuit并聯(lián)型穩(wěn)壓電路電流輸出小、輸出電壓不可調(diào)，因而應(yīng)用較少，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路克服了這些缺點(diǎn)，從而在各種電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。本文采用串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓設(shè)計(jì)。電路啟動(dòng)時(shí)，MOS管導(dǎo)通，電流流經(jīng)電感L1轉(zhuǎn)換成了磁能存儲(chǔ)在電感中，電流流過(guò)電容C1時(shí)，部分電電流轉(zhuǎn)化成了電荷存儲(chǔ)在電容之中。同樣地，當(dāng)MOS管關(guān)閉導(dǎo)通時(shí)，電感L1產(chǎn)生逆反電動(dòng)勢(shì)，與二極管和電容形成新的回路，并將電容中存儲(chǔ)的電荷重新轉(zhuǎn)換成電流向負(fù)載供電，保證電壓輸出。通過(guò)對(duì)MOS管的門(mén)極操作使之周期性關(guān)閉，在輸出口產(chǎn)生脈動(dòng)電壓，經(jīng)過(guò)電感電容濾波后轉(zhuǎn)化成比較穩(wěn)定的直流電壓，而輸出的電壓值的大小取決于一個(gè)周期內(nèi)MOS管導(dǎo)通的時(shí)間有關(guān)，即占空比。當(dāng)外部負(fù)載在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生波動(dòng)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)A/D模塊采集當(dāng)前輸出電壓值和電流，運(yùn)行計(jì)算后將誤差輸送給PWM，實(shí)時(shí)調(diào)整PWM波的占空比，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制電路，使得輸出電壓迅速穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值。穩(wěn)壓原理圖如下所示：圖2-6開(kāi)關(guān)電源模塊穩(wěn)壓原理圖Fig.2-6Thediagramofswitchingpowersupplymodulevoltageregulation2.5濾波電路電感電容參數(shù)計(jì)算對(duì)以一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，電流紋波比k在數(shù)值上的選擇至關(guān)重要。它關(guān)系到了其他所有參數(shù)的選擇，應(yīng)該在設(shè)計(jì)電路之前就確定好此項(xiàng)數(shù)值。通常情況下，k的取值與流過(guò)電感的電流平均值以及交流電在電感上產(chǎn)生交流紋波數(shù)值大小有關(guān)。在開(kāi)關(guān)頻率一定的情況下，電流紋波取值不當(dāng)，可能會(huì)超過(guò)電容的最大允許值，從而導(dǎo)致電容的燒毀，適當(dāng)?shù)娜≈凳沟媒涣鞣至吭陔娙萆虾纳?，從而是電路平穩(wěn)運(yùn)行。這里我們?nèi)值為0.4，這適用于任何頻率的電路和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。按照本文設(shè)計(jì)要求，計(jì)算需要要用到的參數(shù)部分如下：輸入電壓Ui設(shè)置為20V，輸出電壓范圍為0~12V，計(jì)算時(shí)取峰值12V，交流紋波△I，設(shè)計(jì)電流紋波比k值為0.4，PWM波的重要參數(shù)占空比D，單片機(jī)輸出的PWM最高頻率f為47KHz，為肖特基二極管的電壓降（假設(shè)為理想情況0），輸出電流取最大1A。根據(jù)電流公式 （2-1）電感L參數(shù)計(jì)算公式， （2-2）根據(jù)伏秒法則可知， （2-3）因而求得PWM占空比D， （2-4）帶入數(shù)值計(jì)算，得到電感量L為， （2-5）計(jì)算得到255uH電感，考慮到一定的余量這里采用這個(gè)數(shù)值附近的330uH的繞線(xiàn)電感。電容的計(jì)算過(guò)程如式（2-7）所示，式中C是電容的容量、為電源電路的輸出電流、△Up為輸出紋波電壓，T為PWM的一個(gè)周期， （2-6）設(shè)定輸出紋波電壓為1mV,把各個(gè)參數(shù)代入式子（2-8），其結(jié)果為： （2-7）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本文設(shè)計(jì)采用兩個(gè)820uF的高頻電容進(jìn)行并聯(lián)來(lái)濾除紋波，使電路工作更加完善。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1總體框架基于單片機(jī)數(shù)顯反饋控制型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，總體包括單片機(jī)、BUCK電路、整流濾波穩(wěn)壓電路、按鍵電路、LCD液晶顯示電路和反饋電路等組成。如圖3-1所示：圖3-1總體設(shè)計(jì)框圖Fig.3-1Thediagramofoveralldesignblock3.2各部分電路選擇3.2.1單片機(jī)的選型和最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案一：選用AT89C52芯片作為控制核心，它與ATC89C51單片機(jī)的指令和引腳完全兼容。芯片采用FlashROM，256字節(jié)的RAM，具有看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘電路。其工作電壓范圍比51要寬，可以在4～5.5V電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。且具有在線(xiàn)編程可擦除技術(shù)，在進(jìn)行程序修訂或者重新燒錄時(shí)不需要要對(duì)芯片進(jìn)行重新拔插，幾乎不會(huì)對(duì)芯片造成損害。方案二：選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心。STC12C5A60S2系列單片機(jī)是宏晶科技公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)?？稍?.5V-3.3V的電壓范圍穩(wěn)定工作。是新一代8051系列的單片機(jī)，指令代碼與傳統(tǒng)8051系列單片機(jī)完全兼容,同樣的晶振條件下運(yùn)行速度相對(duì)而言要快上8-12倍。內(nèi)部含有專(zhuān)用的復(fù)位電路，不需要再額外添加,2路的PWM輸出,8路的高速10位A/D轉(zhuǎn)換(速率可達(dá)250K/S)。在市面上大部分的51系列單片機(jī)中，國(guó)內(nèi)的這家晶宏生產(chǎn)的1T系列的更具有競(jìng)爭(zhēng)力。STC12C5A60S2雖然同樣是8051系列單片機(jī)，但是相對(duì)于普通的51，STC12C5A60S2本身包含的東西要多的多。最明顯的差異，也是本文設(shè)計(jì)需要要用到的模塊，即內(nèi)部自帶A/D和PWM波輸出?？紤]到本文設(shè)計(jì)需要用到PWM和AD采集，方案三可很大程度上簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)，所以選擇方案二。圖3-2STC12C5A60S2引腳圖Fig.3-2ThediagramofSTC12C5A60S2pin單片機(jī)的最小系統(tǒng)，又可以稱(chēng)為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指運(yùn)用最少的元件組成的電路，就可以讓單片機(jī)正常工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：電源、單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。電源：電源的性能好壞決定了這個(gè)電子系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，好的電源對(duì)于電子設(shè)計(jì)的意義至關(guān)重要。一般情況下，單片機(jī)采用+5V直流電源供電。復(fù)位電路：主要由電容和電阻構(gòu)成，根據(jù)“電容電壓、電感電流不突變”的原理可知道，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，RST腳將會(huì)被置為高電平，而且這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間是電路中的電阻和電容的取值來(lái)決定。典型的51單片機(jī)，當(dāng)RST腳的高電平能夠持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就會(huì)復(fù)位，因此，適當(dāng)組合這兩者的取值就可以保證電路的復(fù)位。書(shū)中推薦電容取值10uF，電阻取值8.2k。實(shí)際上不用這么刻板，原則上讓電阻電容的取值組合滿(mǎn)足在RST引腳上產(chǎn)生2個(gè)機(jī)周期以上的高電平即可。晶振電路：典型的晶振取11.0592MHz。圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)圖Fig.3-3ThediagramofMCUminimumsystem3.2.2整流電路直流穩(wěn)壓電源是將交流電轉(zhuǎn)化為可調(diào)的穩(wěn)定直流電呀的設(shè)備。目前國(guó)際統(tǒng)一使用交流電，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)首先要將市網(wǎng)220V交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電。這就需用用到課本上所學(xué)習(xí)的整流知識(shí)。整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒊收也ㄐ偷慕涣麟妷恨D(zhuǎn)化為單向脈動(dòng)電壓。常見(jiàn)的整流有單項(xiàng)整流電路、三相整流電路以及橋式整流電路。本文設(shè)計(jì)采用橋式整流電路。橋式整流電路是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。半波整流時(shí)，輸出只在輸入交流電正弦波的正半部分的電壓，而舍棄了負(fù)半部分，損耗較大。而橋式整流電路增加了兩只二極管連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，具有全波整流的優(yōu)點(diǎn)。圖3-4整流電路圖Fig.3-4ThediagramofrectifiercircuitU2為正半周期時(shí)，電流從D1和D3流過(guò)，D1、D3導(dǎo)通，對(duì)D2和D4施加反向電壓，D2和D4截止，在負(fù)載上形成上正下負(fù)的半波整流電壓；U2為負(fù)半周期時(shí)，對(duì)于D1和D3施加反向電壓，D1和D3截止；電流從D2和D4流過(guò)，D2和D4導(dǎo)通，同樣在負(fù)載上形成上正下負(fù)的半波整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果就是在負(fù)載上得到全波整流電壓，其波形圖與全波整流得到的波形圖是一樣的?？梢灾溃娐份敵鲭妷旱钠骄涤?jì)算如下面這個(gè)公式： （3-1）直流電流： （3-2）二極管承受正向平均電壓： （3-3）二極管承受最大反向電壓： （3-4）橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓值高，紋波電壓小，二極管承受的最反向電壓較低，同時(shí)因?yàn)檎?fù)周期的輸入電壓都得到了利用，使得輸入電源利用率變高。正因如此橋式整流電路得到了廣泛的應(yīng)用。但缺點(diǎn)是使用了較多的二極管。市場(chǎng)上有許多品種的橋式整流電路模塊，且價(jià)格便宜，使用方便。為了保證濾波效果，本文采用兩個(gè)1000uF的電容，足夠保證電路正常運(yùn)行。3.2.3濾波電路濾波電路的作用是濾除整流電路中產(chǎn)生的紋波。常見(jiàn)的濾波電路有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波和有源濾波等。電容濾波是最簡(jiǎn)單的濾波器，即在整流電路的負(fù)載并聯(lián)一個(gè)電解電容，利用電容的充放電濾除掉交流分量，使得輸出電壓波形平穩(wěn)。濾波電容越大，負(fù)載的電阻就越大，電容放電時(shí)間就會(huì)變得緩慢，使得輸出電壓平滑，效果越好。但是電容濾波的帶負(fù)載能力不強(qiáng)，適合用于小電流，負(fù)載變動(dòng)不大的電子設(shè)備中。3.2.4IR2104驅(qū)動(dòng)電路IR2104芯片是由美國(guó)國(guó)際整流公司生產(chǎn)出的一款用于高壓、高速功率型場(chǎng)效應(yīng)管（POWERMOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的帶高、低端參考輸出通道的驅(qū)動(dòng)器件。該芯片采用被動(dòng)式泵荷升壓原理，電路導(dǎo)通時(shí)，電流流經(jīng)二極管D，繼而流向電容，電容將流過(guò)的電流存儲(chǔ)起來(lái)，使得電容上端電位逐漸升高，在某一時(shí)刻電壓數(shù)值上升超過(guò)電源電壓后，這時(shí)將電容的負(fù)極端導(dǎo)通，構(gòu)成新的回路，電流流向電容負(fù)極，使得負(fù)極的電位也逐漸升高，很快接近于電源電壓。當(dāng)電容負(fù)極接近電壓電壓時(shí)，正極的電位已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電源，電流由高電位流向低電位，但是由于二極管的單向?qū)щ娦裕娏鞑粫?huì)向電源回流，而是流進(jìn)了芯片的高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)電路，使電容的端電壓高于電源電壓，上述過(guò)程不斷重復(fù)，電容就會(huì)不停地向高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)電路供電，從而使高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)電路電壓高于S極。使用該芯片作為驅(qū)動(dòng)電路，大大降低了電路的復(fù)雜程度，電容選取恰當(dāng)數(shù)值，就可以保障電路的穩(wěn)定運(yùn)行。圖3-5IR2104應(yīng)用電路圖Fig.3-5ThediagramofIR2104applicationcircuit3.2.5供電電源選型選用7805三端固定式繼承穩(wěn)壓模塊。該模塊有三個(gè)端子，分別是輸入端、輸出端和接地端。內(nèi)部具有采樣、基準(zhǔn)、放大、調(diào)整和保護(hù)電路。電路經(jīng)過(guò)整流濾波之后接入7805的輸入端口，負(fù)載接輸出端。正常工作時(shí)，7805的輸入輸出壓差為2~3V，前端電容起穩(wěn)定作用，用于減小紋波、消振、抑制高頻和脈沖干擾的作用，取值一般為0.1~1uF。輸出端電容用于改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，取值一般為1uF。通常情況下使用三端穩(wěn)壓器需要加散熱器，防止因?yàn)檫^(guò)熱而無(wú)法達(dá)到額定工作電流。圖3-6供電電源電路圖Fig.3-6Thediagramofpowersupplycircuit3.2.6采集模塊選型單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)行為數(shù)字量，如果要采集模擬信號(hào)的話(huà)必須在輸入到單片機(jī)之前將要采集的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，這樣才能被單片機(jī)所識(shí)別，就用到了我們常說(shuō)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，又叫A/D（AnalogtoDigital）芯片。在A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上來(lái)說(shuō)是連續(xù)的，但是我們知道，數(shù)字量信息在時(shí)間上來(lái)說(shuō)是離散的，所以A/D轉(zhuǎn)換器在工作的時(shí)候，必須先把練習(xí)用的模擬量信息通過(guò)編碼轉(zhuǎn)化成單片機(jī)可識(shí)別的離散的數(shù)字量信息，然后再把這些轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信息表示出來(lái)進(jìn)行分析運(yùn)算。通常情況下，A/D轉(zhuǎn)換是這樣一個(gè)流程：采樣保持、量化和編碼。第一步對(duì)需要采集模擬量信息進(jìn)行采樣處理，采樣完成后第二步進(jìn)入保持工作模式，在保持工作時(shí)限內(nèi)將采集到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，根據(jù)已經(jīng)規(guī)定的編碼給出轉(zhuǎn)換結(jié)果信息，然后進(jìn)行下一次的采樣，重復(fù)以上流程。可以證明，為了準(zhǔn)確的采集模擬量信息，必須滿(mǎn)足采樣定理： （3-5）式中，是索要采樣的信息頻率，是采樣輸入信號(hào)的最高頻率分量的頻率。式3-5就是所謂的香農(nóng)定理。A/D轉(zhuǎn)換器的工作頻率必須要高于式（3-5）所規(guī)定的頻率。隨著采樣頻率的提高，每次留給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換的運(yùn)算時(shí)間就會(huì)隨之相應(yīng)縮短，因此對(duì)電路的要求就會(huì)更加苛刻，電路必須能在短暫的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的運(yùn)算。但是，不能隨意提高采樣頻率，太高了反而有不好的效果，通常取已經(jīng)可以足夠滿(mǎn)足要求。A/D的運(yùn)行速度是有限的，每次的轉(zhuǎn)換都需要一段時(shí)間進(jìn)行處理，在每次采樣結(jié)束以后，須把采樣電壓保持一定的時(shí)間。由此可見(jiàn)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，實(shí)際上是每次采樣結(jié)束時(shí)的輸入電壓值。我們知道，數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且數(shù)值上的變化也不是連續(xù)的。這就是說(shuō)，任何一個(gè)數(shù)字量的大小，都是以某個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍來(lái)表示的。因此再用數(shù)字量表示采樣電壓的時(shí)候，也必須把它化成最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程就是量化[7]。STC12C5A60S2單片機(jī)的內(nèi)部本身就涵括了一個(gè)8路的10位告訴A/D轉(zhuǎn)換器，速度可以達(dá)到250K/S，即每秒鐘運(yùn)算25萬(wàn)次，這個(gè)速度對(duì)于本文設(shè)計(jì)足以。即便不夠，該單片機(jī)可以再用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)多串口，進(jìn)一步提高速度。用單品機(jī)A/D可以滿(mǎn)足我們本次設(shè)計(jì)，這樣既簡(jiǎn)化了元器件的選型，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)電路，同時(shí)避免了額外連接A/D采集模塊，節(jié)省了了設(shè)計(jì)成本。3.2.7電流檢測(cè)回路方案一：采用霍爾電流傳感器?；魻栯娏鱾鞲衅魇且环N半導(dǎo)體材料做成的磁電轉(zhuǎn)換原件，基于平衡式霍爾原理，當(dāng)電流流進(jìn)霍爾元件時(shí)，會(huì)在霍爾線(xiàn)的方向感應(yīng)出磁場(chǎng)B，根據(jù)左手定則可知，在垂直于電流和磁場(chǎng)方向會(huì)產(chǎn)生一個(gè)霍爾電動(dòng)勢(shì)V，數(shù)值上與電流和B的乘積成正比。比例系數(shù)由霍爾元件決定，這樣可以來(lái)測(cè)量mA級(jí)別的電流[8]。方案二：通過(guò)電阻將電流轉(zhuǎn)換成流過(guò)電阻兩端的電壓，再進(jìn)行采集。在采集端口之前串聯(lián)采樣電阻，電流流經(jīng)電阻時(shí)會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生電壓降，通過(guò)檢測(cè)電壓進(jìn)而來(lái)確定電流值。這種方法對(duì)于電路和編寫(xiě)程序都比較簡(jiǎn)潔，且節(jié)省成本。若要體現(xiàn)出對(duì)電壓反饋控制，需要對(duì)電壓電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣反饋處理。本文采用如下的電流檢測(cè)，分壓電阻兩端的電壓通過(guò)由LM358進(jìn)行放大后被單片機(jī)ADC采集。LM358是雙運(yùn)算放大器，內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)放，適用于電壓波動(dòng)大的電路，在市場(chǎng)上使用比較常見(jiàn)。圖3-7LM358引腳圖Fig.3-7ThediagramofLM358pin為保證電路安全，設(shè)定最大允許電流為1A。單片機(jī)的供電電源電路為5V，因此單片機(jī)內(nèi)部檢測(cè)到的電壓最高也是5V。采用電阻分壓對(duì)輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)電壓最高不能超過(guò)單片機(jī)電壓，否則會(huì)對(duì)單片機(jī)造成破壞。電流檢測(cè)回路如下圖所示：圖3-8電流檢測(cè)回路圖Fig.3-8ThediagramofCurrentdetectionloop一般情況下，LM358的輸入和輸出之間的壓差在0~1.5V之間，這里取1.2V，所以電路用5V電壓供電，可以輸出的最大電壓值為3.8V，1A電流經(jīng)過(guò)0.02Ω得到的電壓為0.02V，由于數(shù)值過(guò)小，單片機(jī)難以采集，因此將電壓放大些許倍數(shù)方便單片機(jī)識(shí)別，放大倍數(shù)應(yīng)當(dāng)小于 （3-6）選擇R4和R1分別為33k和1k，放大的倍數(shù)為 （3-7）計(jì)算可知符合設(shè)計(jì)要求。即當(dāng)電流為1A時(shí)，運(yùn)放電壓輸出為 （3-8）3.2.8電壓檢測(cè)回路設(shè)計(jì)輸出電壓最大為12V，單片機(jī)ADC采集模塊最高可接受5V電壓，所以采樣電阻比例應(yīng)該小于 （3-9）R1、R2分別取值100k和10k，滿(mǎn)足條件。當(dāng)電源輸出12V電壓時(shí)，單片機(jī)采集到的電壓為， （3-10）電路如下圖所示：圖3-9電壓采集回路圖Fig.3-9Thediagramofvoltageacquisitionloop3.2.9顯示電路的選擇方案一：采用四位共陰極數(shù)碼管顯示。所謂的“共陰”，其實(shí)就是把這8個(gè)數(shù)碼管的陰極接在一起并與地項(xiàng)鏈，陽(yáng)極獨(dú)立接線(xiàn)。當(dāng)我們給陽(yáng)極一個(gè)高電平的時(shí)候，由于陰極接地，就形成了電壓降，這個(gè)二極管就被點(diǎn)亮。數(shù)碼管是分段顯示的。最簡(jiǎn)單的例子，如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字8，且右下角的小數(shù)點(diǎn)也發(fā)光，就把數(shù)碼管的各段的陽(yáng)極統(tǒng)統(tǒng)接上高電平，這樣就能吧數(shù)字顯示出來(lái)。為了方便大家在寫(xiě)程序的方便，節(jié)省時(shí)間，可以與先把各個(gè)數(shù)字的編碼列出來(lái)做成一個(gè)表格，需要用的時(shí)候就可以直接使用。數(shù)碼管的孝穆晨胡扯可分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示即每時(shí)每刻只有一個(gè)數(shù)碼管被點(diǎn)亮，但是由于程序運(yùn)行速度很快，人的眼睛遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上數(shù)碼管的變化，使得多個(gè)數(shù)碼管可以同時(shí)發(fā)亮；但是顯示的靈活性以及調(diào)整性較差，尤其是對(duì)于需要漢字顯示的電路數(shù)碼管不能做到完美編譯顯示。并且動(dòng)態(tài)現(xiàn)實(shí)的亮度不如靜態(tài)顯示的時(shí)候亮度高，而且靜態(tài)顯示的時(shí)候限流電阻需要每個(gè)數(shù)碼管單獨(dú)接線(xiàn)，而不是8個(gè)數(shù)碼管共用一個(gè)限流電阻，如果共用一個(gè)限流電阻的話(huà)，不同的數(shù)字顯示的時(shí)候，會(huì)使得數(shù)碼管亮度不均勻，破壞顯示效果。應(yīng)用靜態(tài)顯示的話(huà)，硬件電路較多，對(duì)電流的要求也較高，當(dāng)數(shù)碼管的數(shù)量增加時(shí)，對(duì)電源的要求也隨之增高，并且非常浪費(fèi)接口資源，51系列IO口有限，不能隨意占用[9]。表3-1共陰極數(shù)碼管編碼表Tab.3-1TableofCommoncathodedigitaltubecoding符號(hào)編碼符號(hào)編碼00x3f80x7f10x0690x6f20x5bA0x7730x4fb0x7c40x66C0x3950x6dd0x5e60x7dE0x7970x07F0x71方案二：采用液晶顯示LCD屏。液晶顯示在當(dāng)下主要運(yùn)用于家電、工業(yè)等產(chǎn)品上，尤其在輕薄顯示器上應(yīng)用頗多。1602是一種專(zhuān)門(mén)顯示字母符號(hào)等的點(diǎn)陣液晶模塊，因?yàn)?602顯示面板十分脆弱，出廠(chǎng)時(shí)廠(chǎng)家已經(jīng)把LCD控制器、驅(qū)動(dòng)器、RAM等用PCB連接在了一起，稱(chēng)之為液晶顯示模塊，消費(fèi)者只用購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的液晶顯示模塊即可。使用時(shí)單片機(jī)只用對(duì)液晶進(jìn)行初始化、送顯示位置指令和顯示內(nèi)容數(shù)據(jù)指令即可完成顯示。LCD1602的工作電壓在4.5-5.5V之間，常用的工作電壓是5V，工作電流為2mA。有14引腳的和16引腳，主要區(qū)別在于有無(wú)背光。用1602顯示字符只用向其數(shù)據(jù)RAM寫(xiě)入相應(yīng)的ASCII碼即可，具體可以在芯片使用手冊(cè)查詢(xún)?？紤]到本文的設(shè)計(jì)產(chǎn)品使用環(huán)境為室溫場(chǎng)所，決定選用LCD1602顯示液晶，顯示方便清晰，可調(diào)性也十分方便，電路結(jié)構(gòu)與單片機(jī)的連接也相對(duì)較簡(jiǎn)單，程序設(shè)計(jì)靈活，逐漸成為單片機(jī)輸出顯示電路的首選。其成本的不斷降低，模塊化程度不斷升高，應(yīng)用領(lǐng)域日益增多。綜上所述本文選擇方案二。表3-21602液晶接口信號(hào)說(shuō)明表Tab.3-2Tableof1602LCDinterfacesignaldescription編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1電源地9D2數(shù)據(jù)口2電源正極10D3數(shù)據(jù)口3VO顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端11D2數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D3數(shù)據(jù)口5讀寫(xiě)選擇端13D4數(shù)據(jù)口6E使能信號(hào)14D5數(shù)據(jù)口7D1數(shù)據(jù)口15BLA背光電源正極8D2數(shù)據(jù)口16BLK背光電源負(fù)極圖3-101602液晶接線(xiàn)圖Fig.3-10Thediagramof1602LCDwiring接口說(shuō)明如下：接口1和2分別是液晶顯示器的供電電源，液晶顯示器的背光顯示電路十分靈敏，因此設(shè)計(jì)電路時(shí)一般加上限流電阻用于保護(hù)顯示。接口3是液晶對(duì)比度調(diào)節(jié)器，就是通過(guò)調(diào)節(jié)字體亮度和背光使得顯示內(nèi)容更加清晰可見(jiàn)，通常用電位器接地來(lái)調(diào)整，首次使用調(diào)整至顯示出黑色小格子即可。接口4是單片機(jī)操作液晶顯示器寫(xiě)數(shù)據(jù)或?qū)懨畹倪x擇接口，即控制顯示位置和顯示內(nèi)容。接口5為液晶的讀/寫(xiě)控制端口，我們要做的就是通過(guò)單片機(jī)向液晶寫(xiě)入數(shù)據(jù)顯示內(nèi)容，因此讀的功能不需要，直接低電平接地即可接口6為操作使能口。3.2.10鍵盤(pán)電路方案一：采用4*4鍵盤(pán)。將16個(gè)按鍵排列成四行四列，每一列按鍵的其中一端連在一起，接到單片機(jī)的一個(gè)接口上作為行線(xiàn)；同理將按鍵另一端接在一起構(gòu)成列線(xiàn)。連接完成后共有8根線(xiàn)與單片機(jī)的接口相連，可以通過(guò)掃描式判斷哪個(gè)按鍵被摁下。4*4的按鍵排布除了可以模擬數(shù)字小鍵盤(pán)外還能額外多出幾個(gè)按鍵，可以額外增設(shè)其他功能，例如選擇菜單，光標(biāo)移動(dòng)等等，對(duì)于交互方面十分方便。但是與此同時(shí)，8根接線(xiàn)就要占用單片機(jī)8個(gè)接口，對(duì)于有限的單片機(jī)接口來(lái)說(shuō)是非常浪費(fèi)的行為，而且這樣布線(xiàn)更加繁瑣，鍵盤(pán)掃描程序也更加復(fù)雜，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多不便[10]。方案二：采用3個(gè)獨(dú)立按鍵。獨(dú)立按鍵較于編碼式鍵盤(pán)優(yōu)點(diǎn)在于使用方便且線(xiàn)路簡(jiǎn)潔[11]。本文設(shè)計(jì)采用3個(gè)獨(dú)立按鍵，分別于單片機(jī)的P2.1、P2.2和P2.3連接。第二個(gè)按鍵通過(guò)控制IR2104驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)啟關(guān)閉來(lái)控制整體電路輸出開(kāi)關(guān)，第一個(gè)按鍵為電壓增加，第三個(gè)案件為電壓減小，每次增加或減小0.1V。這樣只占用了3個(gè)IO口，節(jié)約了資源，同時(shí)使得PCB的面積也進(jìn)一步減小。圖3-11按鍵電路圖Fig.3-11Thediagramofbuttoncircuit綜上，本文選擇用方案二的鍵盤(pán)電路。3.3小結(jié)綜上所述，本文基于單片機(jī)數(shù)顯反饋控制型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2單片機(jī)為核心控制，通過(guò)輸出PWM波，經(jīng)過(guò)IR2104芯片驅(qū)動(dòng)晶閘管導(dǎo)通關(guān)閉實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)BUCK電路的控制。單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D采集模塊通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)電流電壓數(shù)值反饋給單片機(jī)，適時(shí)調(diào)整PWM的占空比形成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)?？傮w電路圖如下所示：圖3-12設(shè)計(jì)總電路圖Fig.3-12Thediagramofdesigntotalcircuit4軟件設(shè)計(jì)51系列單片機(jī)命令有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言?xún)?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度更快，但是編寫(xiě)繁瑣，可移植性差；初學(xué)者建議使用C語(yǔ)言，理解起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，且程序源代碼移植方便。本文采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，用keil作為開(kāi)發(fā)環(huán)境[12]。軟件設(shè)計(jì)主要包括以下幾塊：主程序設(shè)計(jì)，鍵盤(pán)子程序設(shè)計(jì)和ADC數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì)。4.1主程序設(shè)計(jì)每個(gè)C程序都會(huì)有一個(gè)函數(shù)，即主函數(shù)main，而其他的模塊所需要的功能都放在一個(gè)被稱(chēng)作子函數(shù)函數(shù)中，然后在主函數(shù)中共同構(gòu)成完整的程序。代碼在編程過(guò)程中可以放到不同的函數(shù)中。代碼劃分到函數(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)是由程序設(shè)計(jì)者來(lái)決定的，但從邏輯上來(lái)說(shuō)，化分主要是根據(jù)成需要實(shí)現(xiàn)的功能以及設(shè)計(jì)要求等因素所決定。在編程過(guò)程中，對(duì)于需要用到的子程序一般有兩種方法，一種是放在主函數(shù)之前，另一種是放在主函數(shù)之后，對(duì)于放在主函數(shù)之后的在編寫(xiě)時(shí)需要聲明。在C的庫(kù)文件里面，默認(rèn)已經(jīng)包含用戶(hù)編寫(xiě)時(shí)可以直接調(diào)用的子函數(shù)。例如，函數(shù)strcat用來(lái)連接兩個(gè)字符串，函數(shù)memcpy用來(lái)復(fù)制內(nèi)存到另一個(gè)位置。函數(shù)還有很多叫法，比如方法、子例程或程序等等,對(duì)程序設(shè)計(jì)者而言，編寫(xiě)時(shí)必須認(rèn)真設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作步驟，即算法[13]。為了準(zhǔn)確的顯示當(dāng)前的電壓、電流值，對(duì)這些數(shù)據(jù)采用了數(shù)字平均濾波算法，每次采集50個(gè)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算取平均值，使數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)水平。在編寫(xiě)程序的時(shí)候，可以用傳統(tǒng)的流程圖或結(jié)構(gòu)化流程圖。利用圖像可以直觀(guān)地反應(yīng)程序運(yùn)行過(guò)程和編寫(xiě)順序，對(duì)于流程比較復(fù)雜的程序，往往采用偽代碼表示算法。主程序主要內(nèi)容包含了對(duì)于處理時(shí)間要求不高的數(shù)據(jù)處理，如按鍵檢測(cè)、電壓顯示等。函數(shù)是一組一起執(zhí)行一個(gè)任務(wù)的語(yǔ)句。本文設(shè)計(jì)的主程序流程圖如下所示：圖4-1主程序流程圖Fig.4-1Thediagramofmainprogramflow4.2按鍵模塊程序設(shè)計(jì)按照預(yù)期設(shè)計(jì)，一共有三個(gè)獨(dú)立按鍵。功能分別是電壓增加、輸出開(kāi)關(guān)和電壓減小。在編寫(xiě)按鍵程序時(shí)，一般會(huì)涉及“消抖”這一步。理想情況下，按鍵按下的波形像是矩形一樣，但實(shí)際情況往往會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的鋸齒波，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于按鍵本身的機(jī)械特性。通常情況下使用單片機(jī)檢測(cè)按鍵都要加上“消抖”操作。目前的方案分為硬件消抖和軟件消抖。硬件方面有專(zhuān)門(mén)的消抖電路或芯片，而軟件就主要通過(guò)延時(shí)處理來(lái)解決。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)電路，本文采用軟件消抖。圖4-2按鍵檢測(cè)流程圖Fig.4-2Thediagramofbuttondetectionprocess其程序如下：voidKey_3_(){ if(Out_voltage0_temp<3)Out_voltage0_temp=3; Out_voltage0_temp=Out_voltage0_temp-3;}voidKey_2_(){ if(K) {SD_1=0; lock=1; CCAP1L=CCAP1H=254; hz_lcdDis(0,11,"Stop!");} else {PWM_temp_0=254;SD_1=1; lock=0; hz_lcdDis(0,11,"Start");} K=~K; }voidKey_1_(){ if(Out_voltage0_temp>720)Out_voltage0_temp=720; Out_voltage0_temp=Out_voltage0_temp+3; }4.3采樣程序設(shè)計(jì)ADC在系統(tǒng)中用來(lái)采集電壓、電流信息，共有三組數(shù)據(jù)，因此在編寫(xiě)程序時(shí)采用通道輪流詢(xún)問(wèn)的方式進(jìn)行操作。除此之外，若要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制調(diào)整，即當(dāng)負(fù)載發(fā)生波動(dòng)時(shí)，ADC檢測(cè)到數(shù)值變化自動(dòng)處理后發(fā)送給PWM輸出，PWM相應(yīng)的對(duì)這個(gè)變化做出調(diào)整，因此在編寫(xiě)ADC程序時(shí)，還需要加入PWM的沖轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)語(yǔ)句。ADC模塊的程序流程圖如下所示：圖4-3ADC程序流程圖Fig.4-3ThediagramofADCprogramflow其程序如下：voidADC_interrupt()interrupt5 //ADC轉(zhuǎn)換完后ADC_FLAG由硬件自動(dòng)置位，由軟件清零{ uintADC_value; //ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果 10位 ADC_CONTR&=!ADC_FLAG; //清除ADC標(biāo)志位 ADC_value=(ADC_RES<<2)+ADC_RESL; //ADC_value=ADC_RES; switch(channel) { case0: In_voltage=ADC_value; //輸入電壓采集 channel=1; break; case1:Out0_current=ADC_value;//輸出電流采集 channel=2; break; case2: Out0_voltage=ADC_value;//輸入電壓采集 if(!lock) { if(Out0_voltage<Out_voltage0_temp)//比較采樣電壓與預(yù)設(shè)電壓 { PWM_temp_0--; if(PWM_temp_0<10)PWM_temp_0=10; } else { PWM_temp_0++; if(PWM_temp_0>254)PWM_temp_0=254; } CCAP1H=CCAP1L=PWM_temp_0; } channel=0; break; default:break; } ADC_CONTR=0xe8|channel; ADC_ready=1; }以上，STC12C5A60S2單片機(jī)通過(guò)自帶PWM輸出控制buck電路導(dǎo)通與關(guān)閉，內(nèi)部的8路高速10位ADC采集當(dāng)前電壓電流數(shù)據(jù)，并反饋給單片機(jī)，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)調(diào)整PWM的占空比，使得電源輸出盡可能保持穩(wěn)定，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得設(shè)計(jì)合乎要求。采用獨(dú)立分布按鍵可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從0-12V輸出，步進(jìn)精度位0.1V，液晶顯示屏可以實(shí)