DZ162數(shù)控直流穩(wěn)壓電源

DZ162數(shù)控直流穩(wěn)壓電源,dz162,數(shù)控,直流,穩(wěn)壓電源 www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知1緒 論電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿(mǎn)足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從 80 年代才真正的發(fā)展起來(lái)的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開(kāi)始建立。這些理論為其后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類(lèi)型專(zhuān)用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到 90 年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到 0.05V 的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸 50W 的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):1)易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。2)控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線路。3)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對(duì)不同的系統(tǒng)(或不同型號(hào)的產(chǎn)品)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對(duì)控制軟件做一些調(diào)整即可。www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知24)系統(tǒng)維護(hù)方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過(guò)RS232接口或RS485接口或USB接口進(jìn)行調(diào)試，故障查詢(xún)，歷史記錄查詢(xún)，故障診斷，軟件修復(fù)，甚至控制參數(shù)的在線修改、調(diào)試;也可以通過(guò)MODEM遠(yuǎn)程操作。5)系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。6)易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。為了得到高性能的并聯(lián)運(yùn)行逆變電源系統(tǒng)，每個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進(jìn)行均流控制和通訊或者在模塊中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)微機(jī)控制的數(shù)控直流電壓源，為電子設(shè)備供電。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇 1～2 個(gè)單元電路使用仿真軟件（例如 Multisim2001 等）進(jìn)行仿真調(diào)試。用計(jì)算機(jī)繪制所有的電路圖和印刷電路圖1.1.2 設(shè)計(jì)要求輸出電壓范圍 0-30v，步進(jìn)值為 0.1V電壓調(diào)整率 Sv<0.05%V；電流調(diào)整率 Si<0.03%A； 紋波電壓〈峰峰值<=5mA； 具有過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)功能；用數(shù)字顯示輸出電壓 1.2 方案的選擇與論證1.2.1 總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)的框圖，如圖 1.1 所示：方案一：此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套十進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知3EPROM 的地址輸入，而由 EPROM 的輸出經(jīng) D/A 變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出步進(jìn)。其框圖如圖 1.2 所示圖 2.1 原理框圖如圖 1.2 調(diào)整管控制的穩(wěn)壓電源方案二：采用 51 系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，可以經(jīng)過(guò) ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。采用軟件方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用 51 系列單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)可達(dá) 0.1V，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換器（DA0832）輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)恒壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，經(jīng)單片機(jī)分析處理， 通過(guò)數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知4圖 1.3 單片機(jī)控制的穩(wěn)壓電源1.2.2 方案的比較與論證1.2.2.1 數(shù)控部分方案一采用中、小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，同時(shí)，8031 作為一個(gè)智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。1.2.2.1 輸出部分方案一采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少，這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響，而方案二中使用運(yùn)算放大器作前級(jí)的運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋波電壓。在方案一中。為抑制紋波而在線性調(diào)壓電源輸出端并聯(lián)的大電容降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這樣輸出的電壓難以跟蹤快變的輸入，方案二中的輸出電壓波形與 D/A 變換輸出波形相同，不盡可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出，使系統(tǒng)陳給有一定驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)源。1.2.2.3 顯示部分方案一中的顯示輸出是對(duì)電壓的量化值直接進(jìn)行譯碼顯示輸出，顯示值為D/A 轉(zhuǎn)換的輸入量，由于 D/A 轉(zhuǎn)換與功率驅(qū)動(dòng)電路引入的誤差，顯示值與電源www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知5實(shí)際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差。方案二中采用三位半的數(shù)字電壓表直接對(duì)輸出電壓采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過(guò)大，用戶(hù)可以根據(jù)該信息予以處理。方案二中還采用了鍵盤(pán)/顯示器接口控制器 8279。不僅簡(jiǎn)化接口引線，而且減小了軟件對(duì)鍵盤(pán)/顯示器的查詢(xún)時(shí)間，提高了 CPU 的利用率。綜上所述，選擇方案二，使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。1.2.3 系統(tǒng)的原理框圖和電路圖圖 1.4 總體原理框圖第二章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)2.1 電源部分2.1.1 穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)組成穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖 2.1 所示www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知62.1 電源方框及波形圖a.整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓 U2變換成脈動(dòng)電壓 U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動(dòng)電壓 U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓 U4。b.穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓 U4受負(fù)載、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓 U0。2.1.2 電源設(shè)計(jì)電源部分包括：+5V、 15V 兩大部分：?+5V 電源只要供單片機(jī)部分使用，原理圖如圖 2.2 所示對(duì)于濾波電容的選擇，需要注意整流管的壓降；7805 的最小允許壓降波動(dòng) 10%，所以允許的最大紋波的峰峰值 U=9 （1-10%）-1.4-5=2.76V??2C= = =3600UfITU??1/02.76選取的濾波電容所以選取的濾波電容 C=4700Uf/16V15V 電源，其電源電路如圖 2.3 所示?允許的紋波峰峰值 U=18 (1-10%)-0.7-12-U=4.9V/1.???2按近似電流放電計(jì)算，則C= = =1430UfITU??0.7/49選取濾波電容選取濾波電容 C=2200uF/30Vwww.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知7圖 2.2 和圖 2.3www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知82.2 數(shù)控部分2.2.1AT89C51 單片機(jī)AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(EPROM)和 128 bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器(CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可提供高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。因此，在這里我選用 AT89C51 單片機(jī)來(lái)完成。主要性能參數(shù)：?與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容?4K 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃存存儲(chǔ)器?1000 次擦寫(xiě)周期?全靜態(tài)操作：0hz-24hz?三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器?128x8 字節(jié)內(nèi)部 RAM?32 個(gè)可編程 I/O 口線?2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器?6 個(gè)中斷源?可編程串行 UART 通道?低功耗空閑和掉電模式AT89C51 內(nèi)存空間1、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH）4K 字節(jié)。2、外部程序存儲(chǔ)器（ROM）64K 字節(jié)。3、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）256 字節(jié)。4、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）64K 字節(jié)。2.3 信號(hào)處理電路2.3.1D/A 轉(zhuǎn)換電源輸出電壓范圍是 0-30V，步長(zhǎng) 0.1V,共有 300 個(gè)狀態(tài)，而 8 位的 D/A 轉(zhuǎn)換只有 256 個(gè)狀態(tài)，不能滿(mǎn)足要求，因此我需要選用 10 字長(zhǎng)的 D/A 轉(zhuǎn)換器來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知9MAX504 是由美信（Maxim）公司生產(chǎn)的一種低功耗、電壓輸出型 10 位串行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。MAX504 既可用＋5V 單電源工作，也可用±5V 雙電源工作。該電路采用 14 引腳 DIP 型或 SO 型封裝，圖 2 示出它的引腳排列，表 1 介紹它的引腳功能。 圖 2.5 MAX504 封裝圖表 1 MAX504 的引腳功能引腳序號(hào) 引腳名稱(chēng) 引腳功能1 BIPOFF 雙極性偏置/增益電阻端2 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入端3 CLR/ 清除端，異步置位 DAC 寄存器所有位4 SCLK 串行時(shí)鐘輸入端5 CS/ 片選端，低電壓有效6 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出端7 DGND 數(shù)字地8 AGND 模擬地9 REFIN 參考電壓輸入端10 REFOUT 參考電壓輸出端，若不用應(yīng)接至 VDD11 VSS 電源負(fù)端12 VOUT DAC 模擬輸出地www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知1013 VDD 電壓負(fù)端14 RFB 反饋電阻端2.4 鍵盤(pán)與顯示部分2.4.1 顯示部分顯示數(shù)據(jù)以串行方式從 89C51 的 P12 口輸出送往移位寄存器 74LS164 的A、B 端，然后將變成的并行數(shù)據(jù)從輸出端 Q0～Q7 輸出，以控制開(kāi)關(guān)管WT1～WT3 的集電極，然后再將輸出的 LED 段選碼同時(shí)送往數(shù)碼管 LED1～LED2。位選碼由 89C51 的 P14～P16 口輸出并經(jīng)譯碼器 74LS138 送往開(kāi)關(guān)管 Y1～Y8 的基極，以對(duì)數(shù)碼管 LED1～LED8 進(jìn)行位選控制，這樣，4 個(gè)數(shù)碼管便以 100ms 的時(shí)間間隔輪流顯示。由于人眼的殘留效應(yīng)，這 4 個(gè)數(shù)碼管看上去幾乎是同時(shí)顯示。2.4.2 鍵盤(pán)部分鍵盤(pán)是有無(wú)數(shù)個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是一種廉價(jià)的輸入設(shè)備。一個(gè)鍵盤(pán)通常包括數(shù)據(jù)鍵，字母鍵以及一些功能鍵。操作人員可以通過(guò)鍵盤(pán)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)、地址、指令或其他的控制命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的鍵盤(pán)通常有兩種：一類(lèi)是編碼鍵盤(pán)，即鍵盤(pán)上閉合鍵的識(shí)別有專(zhuān)用硬件識(shí)別。另一類(lèi)是非編碼鍵盤(pán)，即鍵盤(pán)上鍵入及閉合鍵的識(shí)別由軟件實(shí)現(xiàn)。鍵盤(pán)接口應(yīng)具有的功能：鍵掃描功能，即檢測(cè)是否有鍵按下鍵識(shí)別功能，確定被按下建所在的行列的位置產(chǎn)生相應(yīng)的鍵的代碼消除按鍵彈跳及對(duì)付多鍵串鍵這里我要選用的是非編碼 3x3 鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)，能自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)影響，具有對(duì)按鍵同時(shí)按下的保護(hù)，能把鍵盤(pán)信息存入堆棧，也可向 CPU 發(fā)中斷請(qǐng)求，得到響應(yīng)后，使 CPU 獲取按鍵信息，還可接受 CPU 隊(duì)間信息的查詢(xún)。www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知11對(duì)每個(gè)鍵我們都賦予了特定的功能：0------每按鍵一次增加 10V1------每按鍵一次減少 10V2------每按鍵一次增加 1V 0 1 2 3------每按鍵一次減少 1V 3 4 54------每按鍵一次增加 0.1V 6 7 85------每按鍵一次減少 0.1V 7-----清除顯示8-----開(kāi)始顯示AT89C51 和 8279 鍵盤(pán)、顯示器接口下圖 2.11 是 AT89C51、8279 與鍵盤(pán)和顯示器的接口電路，當(dāng)有鍵按下時(shí)，8279 可用中斷方式通知 C51。編程實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)有鍵 0-8 按下時(shí)，完成健值獲取，并用 LED 輸出顯示鍵值。2.5 輸出電路2.5.1 穩(wěn)壓輸出部分這部分將數(shù)控部分送來(lái)的電壓控制字轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定電壓輸出，電路主要由D/A 轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓輸出、過(guò)流保護(hù)指示和延時(shí)啟動(dòng)等幾部分組成，電路圖如圖 所示電壓輸出范圍為 0-29.9V，步長(zhǎng) 0.1V，共有 300 種狀態(tài)，所以上面提到選用 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 MAX504。設(shè)計(jì)中用兩個(gè)電壓控制字代表 0.1V，當(dāng)電壓控制自從 0，2，4???到 598 時(shí)，電源輸出電壓為 0.0，0.1，0.2???到 29.9V。當(dāng)MAX504 基準(zhǔn)電壓采用+15V 時(shí)，D/A 轉(zhuǎn)換電路滿(mǎn)幅，輸出為 15.0V（電壓控制字為 1023 時(shí)） 。由于世紀(jì)最大用到電壓控制字 598 ，因此 D/A 轉(zhuǎn)換部分最大輸出電壓V1=(598/1023)*15=8.77D/A 轉(zhuǎn)換部分輸出的電壓作為穩(wěn)壓輸出電路的參考電壓。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例，范圍是 0-29.9V，穩(wěn)壓輸出部分采用典型的串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路，也可以認(rèn)為是以參考電壓作為輸入的直流功率放大器。這部分電路主要有運(yùn)放 U3A 和三極管 T1、T2 構(gòu)成，T2 時(shí)大功率三極管。D/A 轉(zhuǎn)換電路輸出www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知12的電壓 V1 接到運(yùn)放 U3A 的同相端，穩(wěn)壓電源的輸出經(jīng) R5、RW3 和 R6 組成的取樣電路分壓后送到運(yùn)放 U3A 的反相端，經(jīng)運(yùn)放比較放大后，驅(qū)動(dòng)由 T1 和 T2 組成的復(fù)合調(diào)整管。當(dāng)電路平衡時(shí)，D/A 輸出電壓 V1 與取樣電壓 V2 相等，R5=500Ω,R6=340Ω,51Ω 電位器 RW3 調(diào)在中間位置，設(shè)穩(wěn)壓電源輸出電壓為VOUT，則V2=[(R6+51/2)/(R5+R6+51)]* VOUT=[(340+25.5)/(500+340+51)]* VOUT=0.294VOUT因?yàn)? V1=V2VOUT=V1/0.294=3.4V1所以 V OUT=3.4V1=3.4*8.79V=29.9V2.5.2 輸出電壓顯示電路為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用 ICL7107 搭接的數(shù)字電壓表對(duì)其輸出電壓采樣測(cè)量，并輸出顯示，用戶(hù)可以從顯示器上看見(jiàn)兩個(gè)電壓值：其一為單片機(jī)設(shè)置的電壓值，即期望值，其二為輸出電壓的實(shí)測(cè)值。正常工作時(shí)兩者相差很小。一旦出現(xiàn)異常情況，用戶(hù)可以看到期望值不符，從而采取相應(yīng)的措施。輸出電壓測(cè)量/顯示電路如圖第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是：鍵盤(pán)對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，送到10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（MAX504）,再送到數(shù)字電壓表，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量對(duì)電壓的控制。圖3.1單片機(jī)模塊方框圖3.1 主控程序主控程序首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后讀入預(yù)置電壓值，輸出相應(yīng)的電壓控制字，等待鍵盤(pán)輸入。根據(jù)鍵盤(pán)的不同輸入，用散轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)入相應(yīng)的應(yīng)用程序，執(zhí)行后，若用戶(hù)又輸入“清除顯示” ，則輸出電壓控制字 0，返回初始狀態(tài)，等待下一次按鍵?？驁D如圖 3.2 所示。圖 3.2 主程序流程圖 圖 3.3 中斷服務(wù)程序流程圖3.2 中斷程序過(guò)流保護(hù)由中斷實(shí)現(xiàn)，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行各項(xiàng)報(bào)警和保護(hù)操作，中斷服務(wù)程序框圖如圖 3.3 所示。鍵盤(pán)中斷程序中將一標(biāo)志置“1” ，表示有鍵鍵入，并將鍵盤(pán)碼讀入賦給一個(gè)變量。在主程序和哥哥應(yīng)用程序中讀取此標(biāo)志和變量值，作為進(jìn)行各項(xiàng)操作的依據(jù)，讀后將標(biāo)志清零。進(jìn)中斷輸入電壓設(shè)定值負(fù)載電壓測(cè)量www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知133.3 鍵盤(pán)顯示程序圖 3.4 鍵中斷流程圖 圖 3.5 顯示流程圖第四章電路擴(kuò)展4.1 抑制紋波本題對(duì)紋波要求非常高，對(duì)于本系統(tǒng)，造成紋波的主要因素是工頻干擾、負(fù)載波動(dòng)和數(shù)字調(diào)節(jié)的過(guò)沖噪聲。其中第三項(xiàng)是數(shù)字控制系統(tǒng)必然存在的，不可避免；因此，主要從抑制工頻干擾和提高負(fù)載容量上來(lái)抑制紋波。◆在電源端即進(jìn)行濾波。系統(tǒng)的工頻干擾主要由電源變壓器引入，因此在電源端進(jìn)行濾波對(duì)抑制工頻干擾是十分必要和十分有效的。本系統(tǒng)的兩個(gè)電源都在輸出端進(jìn)行了三極管有源濾波。4.2 保護(hù)電路 保護(hù)電路由 T3 和 R8 構(gòu)成，設(shè) Lm 為保護(hù)動(dòng)作電流，則當(dāng)電源輸出電流 I 增加到 Im 時(shí)，R8 上的壓降 Im*R8 使得 T3 管導(dǎo)通，分掉了復(fù)合管的基極電流，使輸出 I 不再增加。電路中 Im 定為 2A，T3 的導(dǎo)通電壓為 0.6V，則R8=0.6V/2A=0.3Ω。過(guò)流時(shí)的中斷申請(qǐng)由運(yùn)放 U3B 產(chǎn)生。當(dāng)過(guò)流發(fā)生時(shí)，穩(wěn)壓源輸出經(jīng)取樣后得到的電壓 V2 低于 D/A 轉(zhuǎn)換輸出電壓 v1，U3A 輸出正向飽和，使得 U3B 的反向端電位升高，U3B 輸出低電平，產(chǎn)生中斷申請(qǐng)信號(hào)。4.3 延時(shí)啟動(dòng)5.3 系統(tǒng)誤差分析從電路的原理框圖可以看出，系統(tǒng)的主要誤差來(lái)源于三個(gè)方面：(1）MAX504 的量化誤差 MAX504 為 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，滿(mǎn)量程為 30V 的量化誤差為 1/2LMBS=(1/2)*(1/210)*30V=14.65Mv。按滿(mǎn)度歸一化的相對(duì)誤差為（1/2）*（1/2 10）=0.05%(2)基準(zhǔn)電壓溫漂引入的誤差 LM336 在 0—40OC 范圍內(nèi)漂移不大于 4Mv，故相對(duì)誤差=2mV/5V=0.04%。結(jié)束語(yǔ)附錄程序清單www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知14www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知1緒 論電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿(mǎn)足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從 80 年代才真正的發(fā)展起來(lái)的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開(kāi)始建立。這些理論為其后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類(lèi)型專(zhuān)用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到 90 年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到 0.05V 的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸 50W 的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):1)易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。2)控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線路。3)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對(duì)不同的系統(tǒng)(或不同型號(hào)的產(chǎn)品)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對(duì)控制軟件做一些調(diào)整即可。www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知24)系統(tǒng)維護(hù)方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過(guò)RS232接口或RS485接口或USB接口進(jìn)行調(diào)試，故障查詢(xún)，歷史記錄查詢(xún)，故障診斷，軟件修復(fù)，甚至控制參數(shù)的在線修改、調(diào)試;也可以通過(guò)MODEM遠(yuǎn)程操作。5)系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。6)易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。為了得到高性能的并聯(lián)運(yùn)行逆變電源系統(tǒng)，每個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進(jìn)行均流控制和通訊或者在模塊中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)微機(jī)控制的數(shù)控直流電壓源，為電子設(shè)備供電。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇 1～2 個(gè)單元電路使用仿真軟件（例如 Multisim2001 等）進(jìn)行仿真調(diào)試。用計(jì)算機(jī)繪制所有的電路圖和印刷電路圖1.1.2 設(shè)計(jì)要求輸出電壓范圍 0-30v，步進(jìn)值為 0.1V電壓調(diào)整率 Sv<0.05%V；電流調(diào)整率 Si<0.03%A； 紋波電壓〈峰峰值<=5mA； 具有過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)功能；用數(shù)字顯示輸出電壓 1.2 方案的選擇與論證1.2.1 總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)的框圖，如圖 1.1 所示：方案一：此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套十進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知3EPROM 的地址輸入，而由 EPROM 的輸出經(jīng) D/A 變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出步進(jìn)。其框圖如圖 1.2 所示圖 2.1 原理框圖如圖 1.2 調(diào)整管控制的穩(wěn)壓電源方案二：采用 51 系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，可以經(jīng)過(guò) ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。采用軟件方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用 51 系列單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)可達(dá) 0.1V，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換器（DA0832）輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)恒壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，經(jīng)單片機(jī)分析處理， 通過(guò)數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知4圖 1.3 單片機(jī)控制的穩(wěn)壓電源1.2.2 方案的比較與論證1.2.2.1 數(shù)控部分方案一采用中、小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，同時(shí)，8031 作為一個(gè)智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。1.2.2.1 輸出部分方案一采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少，這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響，而方案二中使用運(yùn)算放大器作前級(jí)的運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋波電壓。在方案一中。為抑制紋波而在線性調(diào)壓電源輸出端并聯(lián)的大電容降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這樣輸出的電壓難以跟蹤快變的輸入，方案二中的輸出電壓波形與 D/A 變換輸出波形相同，不盡可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出，使系統(tǒng)陳給有一定驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)源。1.2.2.3 顯示部分方案一中的顯示輸出是對(duì)電壓的量化值直接進(jìn)行譯碼顯示輸出，顯示值為D/A 轉(zhuǎn)換的輸入量，由于 D/A 轉(zhuǎn)換與功率驅(qū)動(dòng)電路引入的誤差，顯示值與電源www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知5實(shí)際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差。方案二中采用三位半的數(shù)字電壓表直接對(duì)輸出電壓采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過(guò)大，用戶(hù)可以根據(jù)該信息予以處理。方案二中還采用了鍵盤(pán)/顯示器接口控制器 8279。不僅簡(jiǎn)化接口引線，而且減小了軟件對(duì)鍵盤(pán)/顯示器的查詢(xún)時(shí)間，提高了 CPU 的利用率。綜上所述，選擇方案二，使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。1.2.3 系統(tǒng)的原理框圖和電路圖圖 1.4 總體原理框圖第二章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)2.1 電源部分2.1.1 穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)組成穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖 2.1 所示www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知62.1 電源方框及波形圖a.整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓 U2變換成脈動(dòng)電壓 U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動(dòng)電壓 U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓 U4。b.穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓 U4受負(fù)載、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓 U0。2.1.2 電源設(shè)計(jì)電源部分包括：+5V、 15V 兩大部分：?+5V 電源只要供單片機(jī)部分使用，原理圖如圖 2.2 所示對(duì)于濾波電容的選擇，需要注意整流管的壓降；7805 的最小允許壓降波動(dòng) 10%，所以允許的最大紋波的峰峰值 U=9 （1-10%）-1.4-5=2.76V??2C= = =3600UfITU??1/02.76選取的濾波電容所以選取的濾波電容 C=4700Uf/16V15V 電源，其電源電路如圖 2.3 所示?允許的紋波峰峰值 U=18 (1-10%)-0.7-12-U=4.9V/1.???2按近似電流放電計(jì)算，則C= = =1430UfITU??0.7/49選取濾波電容選取濾波電容 C=2200uF/30Vwww.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知7圖 2.2 和圖 2.3www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知82.2 數(shù)控部分2.2.1AT89C51 單片機(jī)AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(EPROM)和 128 bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器(CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可提供高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。因此，在這里我選用 AT89C51 單片機(jī)來(lái)完成。主要性能參數(shù)：?與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容?4K 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃存存儲(chǔ)器?1000 次擦寫(xiě)周期?全靜態(tài)操作：0hz-24hz?三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器?128x8 字節(jié)內(nèi)部 RAM?32 個(gè)可編程 I/O 口線?2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器?6 個(gè)中斷源?可編程串行 UART 通道?低功耗空閑和掉電模式AT89C51 內(nèi)存空間1、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH）4K 字節(jié)。2、外部程序存儲(chǔ)器（ROM）64K 字節(jié)。3、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）256 字節(jié)。4、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）64K 字節(jié)。2.3 信號(hào)處理電路2.3.1D/A 轉(zhuǎn)換電源輸出電壓范圍是 0-30V，步長(zhǎng) 0.1V,共有 300 個(gè)狀態(tài)，而 8 位的 D/A 轉(zhuǎn)換只有 256 個(gè)狀態(tài)，不能滿(mǎn)足要求，因此我需要選用 10 字長(zhǎng)的 D/A 轉(zhuǎn)換器來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知9MAX504 是由美信（Maxim）公司生產(chǎn)的一種低功耗、電壓輸出型 10 位串行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。MAX504 既可用＋5V 單電源工作，也可用±5V 雙電源工作。該電路采用 14 引腳 DIP 型或 SO 型封裝，圖 2 示出它的引腳排列，表 1 介紹它的引腳功能。 圖 2.5 MAX504 封裝圖表 1 MAX504 的引腳功能引腳序號(hào) 引腳名稱(chēng) 引腳功能1 BIPOFF 雙極性偏置/增益電阻端2 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入端3 CLR/ 清除端，異步置位 DAC 寄存器所有位4 SCLK 串行時(shí)鐘輸入端5 CS/ 片選端，低電壓有效6 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出端7 DGND 數(shù)字地8 AGND 模擬地9 REFIN 參考電壓輸入端10 REFOUT 參考電壓輸出端，若不用應(yīng)接至 VDD11 VSS 電源負(fù)端12 VOUT DAC 模擬輸出地www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知1013 VDD 電壓負(fù)端14 RFB 反饋電阻端2.4 鍵盤(pán)與顯示部分2.4.1 顯示部分顯示數(shù)據(jù)以串行方式從 89C51 的 P12 口輸出送往移位寄存器 74LS164 的A、B 端，然后將變成的并行數(shù)據(jù)從輸出端 Q0～Q7 輸出，以控制開(kāi)關(guān)管WT1～WT3 的集電極，然后再將輸出的 LED 段選碼同時(shí)送往數(shù)碼管 LED1～LED2。位選碼由 89C51 的 P14～P16 口輸出并經(jīng)譯碼器 74LS138 送往開(kāi)關(guān)管 Y1～Y8 的基極，以對(duì)數(shù)碼管 LED1～LED8 進(jìn)行位選控制，這樣，4 個(gè)數(shù)碼管便以 100ms 的時(shí)間間隔輪流顯示。由于人眼的殘留效應(yīng)，這 4 個(gè)數(shù)碼管看上去幾乎是同時(shí)顯示。2.4.2 鍵盤(pán)部分鍵盤(pán)是有無(wú)數(shù)個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是一種廉價(jià)的輸入設(shè)備。一個(gè)鍵盤(pán)通常包括數(shù)據(jù)鍵，字母鍵以及一些功能鍵。操作人員可以通過(guò)鍵盤(pán)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)、地址、指令或其他的控制命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的鍵盤(pán)通常有兩種：一類(lèi)是編碼鍵盤(pán)，即鍵盤(pán)上閉合鍵的識(shí)別有專(zhuān)用硬件識(shí)別。另一類(lèi)是非編碼鍵盤(pán)，即鍵盤(pán)上鍵入及閉合鍵的識(shí)別由軟件實(shí)現(xiàn)。鍵盤(pán)接口應(yīng)具有的功能：鍵掃描功能，即檢測(cè)是否有鍵按下鍵識(shí)別功能，確定被按下建所在的行列的位置產(chǎn)生相應(yīng)的鍵的代碼消除按鍵彈跳及對(duì)付多鍵串鍵這里我要選用的是非編碼 3x3 鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)，能自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)影響，具有對(duì)按鍵同時(shí)按下的保護(hù)，能把鍵盤(pán)信息存入堆棧，也可向 CPU 發(fā)中斷請(qǐng)求，得到響應(yīng)后，使 CPU 獲取按鍵信息，還可接受 CPU 隊(duì)間信息的查詢(xún)。www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知11對(duì)每個(gè)鍵我們都賦予了特定的功能：0------每按鍵一次增加 10V1------每按鍵一次減少 10V2------每按鍵一次增加 1V 0 1 2 3------每按鍵一次減少 1V 3 4 54------每按鍵一次增加 0.1V 6 7 85------每按鍵一次減少 0.1V 7-----清除顯示8-----開(kāi)始顯示AT89C51 和 8279 鍵盤(pán)、顯示器接口下圖 2.11 是 AT89C51、8279 與鍵盤(pán)和顯示器的接口電路，當(dāng)有鍵按下時(shí)，8279 可用中斷方式通知 C51。編程實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)有鍵 0-8 按下時(shí)，完成健值獲取，并用 LED 輸出顯示鍵值。2.5 輸出電路2.5.1 穩(wěn)壓輸出部分這部分將數(shù)控部分送來(lái)的電壓控制字轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定電壓輸出，電路主要由D/A 轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓輸出、過(guò)流保護(hù)指示和延時(shí)啟動(dòng)等幾部分組成，電路圖如圖 所示電壓輸出范圍為 0-29.9V，步長(zhǎng) 0.1V，共有 300 種狀態(tài)，所以上面提到選用 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 MAX504。設(shè)計(jì)中用兩個(gè)電壓控制字代表 0.1V，當(dāng)電壓控制自從 0，2，4???到 598 時(shí)，電源輸出電壓為 0.0，0.1，0.2???到 29.9V。當(dāng)MAX504 基準(zhǔn)電壓采用+15V 時(shí)，D/A 轉(zhuǎn)換電路滿(mǎn)幅，輸出為 15.0V（電壓控制字為 1023 時(shí)） 。由于世紀(jì)最大用到電壓控制字 598 ，因此 D/A 轉(zhuǎn)換部分最大輸出電壓V1=(598/1023)*15=8.77D/A 轉(zhuǎn)換部分輸出的電壓作為穩(wěn)壓輸出電路的參考電壓。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例，范圍是 0-29.9V，穩(wěn)壓輸出部分采用典型的串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路，也可以認(rèn)為是以參考電壓作為輸入的直流功率放大器。這部分電路主要有運(yùn)放 U3A 和三極管 T1、T2 構(gòu)成，T2 時(shí)大功率三極管。D/A 轉(zhuǎn)換電路輸出www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知12的電壓 V1 接到運(yùn)放 U3A 的同相端，穩(wěn)壓電源的輸出經(jīng) R5、RW3 和 R6 組成的取樣電路分壓后送到運(yùn)放 U3A 的反相端，經(jīng)運(yùn)放比較放大后，驅(qū)動(dòng)由 T1 和 T2 組成的復(fù)合調(diào)整管。當(dāng)電路平衡時(shí)，D/A 輸出電壓 V1 與取樣電壓 V2 相等，R5=500Ω,R6=340Ω,51Ω 電位器 RW3 調(diào)在中間位置，設(shè)穩(wěn)壓電源輸出電壓為VOUT，則V2=[(R6+51/2)/(R5+R6+51)]* VOUT=[(340+25.5)/(500+340+51)]* VOUT=0.294VOUT因?yàn)? V1=V2VOUT=V1/0.294=3.4V1所以 V OUT=3.4V1=3.4*8.79V=29.9V2.5.2 輸出電壓顯示電路為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用 ICL7107 搭接的數(shù)字電壓表對(duì)其輸出電壓采樣測(cè)量，并輸出顯示，用戶(hù)可以從顯示器上看見(jiàn)兩個(gè)電壓值：其一為單片機(jī)設(shè)置的電壓值，即期望值，其二為輸出電壓的實(shí)測(cè)值。正常工作時(shí)兩者相差很小。一旦出現(xiàn)異常情況，用戶(hù)可以看到期望值不符，從而采取相應(yīng)的措施。輸出電壓測(cè)量/顯示電路如圖第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是：鍵盤(pán)對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，送到10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（MAX504）,再送到數(shù)字電壓表，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量對(duì)電壓的控制。圖3.1單片機(jī)模塊方框圖3.1 主控程序主控程序首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后讀入預(yù)置電壓值，輸出相應(yīng)的電壓控制字，等待鍵盤(pán)輸入。根據(jù)鍵盤(pán)的不同輸入，用散轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)入相應(yīng)的應(yīng)用程序，執(zhí)行后，若用戶(hù)又輸入“清除顯示” ，則輸出電壓控制字 0，返回初始狀態(tài)，等待下一次按鍵。框圖如圖 3.2 所示。圖 3.2 主程序流程圖 圖 3.3 中斷服務(wù)程序流程圖3.2 中斷程序過(guò)流保護(hù)由中斷實(shí)現(xiàn)，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行各項(xiàng)報(bào)警和保護(hù)操作，中斷服務(wù)程序框圖如圖 3.3 所示。鍵盤(pán)中斷程序中將一標(biāo)志置“1” ，表示有鍵鍵入，并將鍵盤(pán)碼讀入賦給一個(gè)變量。在主程序和哥哥應(yīng)用程序中讀取此標(biāo)志和變量值，作為進(jìn)行各項(xiàng)操作的依據(jù)，讀后將標(biāo)志清零。進(jìn)中斷輸入電壓設(shè)定值負(fù)載電壓測(cè)量www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知133.3 鍵盤(pán)顯示程序圖 3.4 鍵中斷流程圖 圖 3.5 顯示流程圖第四章電路擴(kuò)展4.1 抑制紋波本題對(duì)紋波要求非常高，對(duì)于本系統(tǒng)，造成紋波的主要因素是工頻干擾、負(fù)載波動(dòng)和數(shù)字調(diào)節(jié)的過(guò)沖噪聲。其中第三項(xiàng)是數(shù)字控制系統(tǒng)必然存在的，不可避免；因此，主要從抑制工頻干擾和提高負(fù)載容量上來(lái)抑制紋波?！粼陔娫炊思催M(jìn)行濾波。系統(tǒng)的工頻干擾主要由電源變壓器引入，因此在電源端進(jìn)行濾波對(duì)抑制工頻干擾是十分必要和十分有效的。本系統(tǒng)的兩個(gè)電源都在輸出端進(jìn)行了三極管有源濾波。4.2 保護(hù)電路 保護(hù)電路由 T3 和 R8 構(gòu)成，設(shè) Lm 為保護(hù)動(dòng)作電流，則當(dāng)電源輸出電流 I 增加到 Im 時(shí)，R8 上的壓降 Im*R8 使得 T3 管導(dǎo)通，分掉了復(fù)合管的基極電流，使輸出 I 不再增加。電路中 Im 定為 2A，T3 的導(dǎo)通電壓為 0.6V，則R8=0.6V/2A=0.3Ω。過(guò)流時(shí)的中斷申請(qǐng)由運(yùn)放 U3B 產(chǎn)生。當(dāng)過(guò)流發(fā)生時(shí)，穩(wěn)壓源輸出經(jīng)取樣后得到的電壓 V2 低于 D/A 轉(zhuǎn)換輸出電壓 v1，U3A 輸出正向飽和，使得 U3B 的反向端電位升高，U3B 輸出低電平，產(chǎn)生中斷申請(qǐng)信號(hào)。4.3 延時(shí)啟動(dòng)5.3 系統(tǒng)誤差分析從電路的原理框圖可以看出，系統(tǒng)的主要誤差來(lái)源于三個(gè)方面：(1）MAX504 的量化誤差 MAX504 為 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，滿(mǎn)量程為 30V 的量化誤差為 1/2LMBS=(1/2)*(1/210)*30V=14.65Mv。按滿(mǎn)度歸一化的相對(duì)誤差為（1/2）*（1/2 10）=0.05%(2)基準(zhǔn)電壓溫漂引入的誤差 LM336 在 0—40OC 范圍內(nèi)漂移不大于 4Mv，故相對(duì)誤差=2mV/5V=0.04%。結(jié)束語(yǔ)附錄程序清單www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方單片機(jī)整理 作者：未知14