哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論文題目： 基于單片機(jī)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 李玉秋 指導(dǎo)教師： 劉媛媛 講師 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程（電氣及其自動(dòng)化）班 級(jí)： 09電氣4班 2013年 5 月哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)題目名稱(chēng)：基于單片機(jī)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)立題意義：可調(diào)穩(wěn)壓電源不僅具有開(kāi)關(guān)電源體積小，損耗低的優(yōu)點(diǎn)，還具有線(xiàn)性電源輸出電壓紋波小，輸出特性好的優(yōu)點(diǎn)。并且引入單片機(jī)控制，使其在功能上具有一定智能化，能夠滿(mǎn)足一般低限度場(chǎng)合的供電需要。具有一定的的研究意義及實(shí)用價(jià)值。技術(shù)條件與要求：1.熟練掌握單片機(jī)原理、功能、程序設(shè)計(jì)。2.掌握穩(wěn)壓工作原理、電壓調(diào)節(jié)方法、AD芯片和單片機(jī)的工作原理。任務(wù)內(nèi)容（包括內(nèi)容、計(jì)劃、時(shí)間安排、完成工作量與水平具體要求）一、任務(wù)內(nèi)容：1.查閱文獻(xiàn)，掌握單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，穩(wěn)壓工作原理、電壓調(diào)節(jié)方法、AD芯片和單片機(jī)的工作原理。2.進(jìn)行單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的數(shù)控調(diào)節(jié)。3.進(jìn)行單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)。4.實(shí)現(xiàn)直流開(kāi)關(guān)電源在單片機(jī)的控制下能夠輸出穩(wěn)定的、可調(diào)的直流電壓0.1 15V步進(jìn)調(diào)節(jié)。二、計(jì)劃、時(shí)間安排2012年 4 月26日2013年4 月 7 日 選題、撰寫(xiě)階段2013年 4 月 8 日2013年5 月12日 中期檢查階段2013年 5 月13日2013年5 月24日 整理、答辯階段2013年 5 月25日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯三、完成工作量與水平具體要求 按照計(jì)劃進(jìn)度、指導(dǎo)教師的要求完成預(yù)定的工作量、提高論文的設(shè)計(jì)水平。 專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人意見(jiàn): 簽名：年 月 日哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 審 閱 評(píng) 語(yǔ)一、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 是否同意答辯： 同意答辯 不同意答辯 指導(dǎo)教師（簽名） 職 稱(chēng) 年 月 日 二、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) 是否同意答辯： 同意答辯 不同意答辯 評(píng)閱教師（簽名） 職 稱(chēng) 年 月 日 哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 答 辯 評(píng) 語(yǔ) 及 成 績(jī)?nèi)?、答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)四、畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī) 簽 字（蓋章）：五、答辯委員會(huì)主任單位： 答辯委員會(huì)主任職稱(chēng)： 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日基于單片機(jī)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘 要隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直流電源應(yīng)用非常廣泛，其好壞直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能，目前，市場(chǎng)上各直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同，主要都包括交流電源、交流變壓器(有時(shí)可以不用)、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等。本文運(yùn)用了將單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的方法和原理，提出的開(kāi)關(guān)電源可調(diào)穩(wěn)壓輸出的觀點(diǎn)。認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的數(shù)控調(diào)節(jié)，并通過(guò)分析穩(wěn)壓工作原理、電壓調(diào)節(jié)方法、AD芯片和單片機(jī)的工作原理，使輸出電壓下實(shí)現(xiàn)了0.1 15V步進(jìn)調(diào)節(jié)。最終得出了直流開(kāi)關(guān)電源在單片機(jī)的控制下能夠輸出穩(wěn)定的、可調(diào)的直流電壓。該可調(diào)穩(wěn)壓電源不僅具有開(kāi)關(guān)電源體積小，損耗低的優(yōu)點(diǎn)，還具有線(xiàn)性電源輸出電壓紋波小，輸出特性好的優(yōu)點(diǎn)。并且引入單片機(jī)控制，使其在功能上具有一定智能化，能夠滿(mǎn)足一般低限度場(chǎng)合的供電需要。具有一定的的研究意義及實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源；單片機(jī)；ADAdjustable DC Regulated Switching Power Supply Base on Single-chip MicrocomputerAbstractWith the rapid development of electronic technology, the DC power supply is widely used, its quality directly affects the electrical device or control the working performance of the system, at present, the market of the direct current power supply the basic link of roughly the same, mainly includes the AC power, the AC transformer (sometimes can not), a rectification circuit, a filtering voltage stabilizing circuit.This paper discusses the application of the single chip microcomputer control system applied in switching power supply method and principle, puts forward view point of adjustable voltage regulator output switching power supply for. That can realize switching power supply control regulation, and through the analysis of the working principle of voltage, voltage regulation method, A/D chip and the principle, so that the output voltage achieves to step regulator of 0.115V. Finally draw the conclusion that the DC switching power supply under the control of single-chip microcomputer can output stable, adjustable DC voltage.The adjustable regulated power supply has not only the advantages of small volume, low loss,but also the advantages of small output ripple voltage of linear power supply, advantages of output characteristics. And the introduction of SCM control, its function has certain intelligence, can satisfy needs of the general low limit the power occasions. And has certain research value and practical significance.Keywords: Regulated Power Supply; SCM; AD Chip目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11.2 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源研究的目的及意義12 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的基本原理32.1 直流穩(wěn)壓電源總體結(jié)構(gòu)32.2 AT89C51單片機(jī)原理及其介紹42.3 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理介紹82.4 數(shù)模轉(zhuǎn)化電路原理介紹112.5 電源變壓器原理介紹152.6 整流電路原理介紹152.7 濾波電路原理介紹162.8 穩(wěn)壓電路原理介紹182.9 保護(hù)電路原理介紹193 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源硬件電路設(shè)計(jì)203.1 Protel 99SE203.2 電源原理圖設(shè)計(jì)223.2.1 開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)223.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)223.2.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)233.2.4 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)243.2.5 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)243.2.6 電源硬件電路原理圖254 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源軟件設(shè)計(jì)264.1 Keil編程軟件264.2 C語(yǔ)言程序26結(jié)論30致謝31參考文獻(xiàn)32IV哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)1 緒論1.1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀在我國(guó)，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)四十年代中期開(kāi)始形成，到了九十年代以來(lái)，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展的發(fā)展在加快；另一方面，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助和創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)下，我國(guó)電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)還開(kāi)展了跟蹤國(guó)際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。但我國(guó)在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和智能化的方面相對(duì)落后。1.2 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀而以美國(guó)為首的幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家，在電源產(chǎn)品的工藝水平、開(kāi)發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化和持續(xù)續(xù)航能力等方面相對(duì)領(lǐng)先?，F(xiàn)在，正向著數(shù)字化、模塊化和綠色化等方向發(fā)展。歐美等國(guó)的直流穩(wěn)壓電源多采用向開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電源具有效率高、體積小、重量輕等顯著特點(diǎn)。目前世界各國(guó)都有廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)大容量高頻開(kāi)關(guān)電源的研究和開(kāi)發(fā)已成為當(dāng)今電力電子學(xué)的主要研究領(lǐng)域，并派生了很多新的研究方向。開(kāi)關(guān)電源在通信領(lǐng)域中，通常將高頻整流器稱(chēng)為一次電源而將直流-直流（DC/DC）變換器稱(chēng)為二次電源。同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源也在各種電子信息設(shè)備中，如計(jì)算機(jī)、充電電源等得到了廣泛的應(yīng)用。本文的主要內(nèi)容就是研制一種高性能直流開(kāi)關(guān)電源。1.3 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源研究的目的及意義在當(dāng)代科技與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的過(guò)程中，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)提的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，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，因此電源的數(shù)字化控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是一個(gè)很好的典型例子，人們對(duì)它的要求也越來(lái)越高，要想為現(xiàn)代人工作、科研，在當(dāng)代科技與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的過(guò)程中，電源起到關(guān)鍵性的作用。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而為生活、提供更好的，更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展。對(duì)我們學(xué)生而言，在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里和課程設(shè)計(jì)里面，有一個(gè)穩(wěn)定可調(diào)的直流電源是很有必要的。因傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源輸出電壓是通過(guò)粗調(diào)波段開(kāi)關(guān)及細(xì)調(diào)電位器來(lái)調(diào)節(jié)的，并由電壓表指示電壓值的大小。這種直流穩(wěn)壓電源存在讀數(shù)不直觀、電位器易磨損、穩(wěn)壓精度不高、不易調(diào)準(zhǔn)、電路構(gòu)成復(fù)雜、體積大等缺點(diǎn)，而基于單片機(jī)控制的數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源能較好地解決了以上問(wèn)題。 本題采用單片機(jī)和其它元器件及外圍電路，開(kāi)發(fā)一個(gè)數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源。能夠設(shè)定輸出電壓值、電壓值輸出顯示、存儲(chǔ)等功能。通過(guò)此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓開(kāi)發(fā)者更深刻的掌握單片機(jī)基本原理，并熟悉一些外圍電路的擴(kuò)展，以及進(jìn)一步提高C語(yǔ)言的硬件編程能力。2 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的基本原理2.1 直流穩(wěn)壓電源總體結(jié)構(gòu)在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)壓的直流電源供電。日常生活中也需要將交流電轉(zhuǎn)變成直流電，形成直流穩(wěn)壓電源。一般直流穩(wěn)壓電源以一穩(wěn)壓電源為基礎(chǔ)，以高性能單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心，以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)放大電路、過(guò)流檢測(cè)電路為外圍的硬件系統(tǒng)，在檢測(cè)與控制軟件的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓輸出的數(shù)字控制，通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓電源輸出的電流、電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣與給定數(shù)據(jù)比較，從而調(diào)整和控制穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)及監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)電路的。可調(diào)直流穩(wěn)壓電源原理框圖如圖2-1所示1。單片機(jī)復(fù)位Header 5x2時(shí)鐘震蕩AT89C51單片機(jī)四位LED顯示TLC1543滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)壓放大電路變壓及整流5V直流電壓供電圖21 可調(diào)直流電源原理框圖直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成2。電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。整流濾波電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓各濾波電容C滿(mǎn)足RL-C（35）T/2，或中T為輸入交流信號(hào)周期，RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。常用可調(diào)式正壓集成穩(wěn)壓器有CW317（LM317）系列，它們的輸出電壓從1.25V37伏可調(diào)，最簡(jiǎn)的電路外接元件只需一個(gè)固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過(guò)渡、過(guò)熱和安全工作區(qū)保護(hù)，最大輸出電流為1.5A。其典型電路如下圖，其中電阻R1與電位器R2組成輸出電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓Uo的表達(dá)式為：Uo1.25（1R2/R1）式中R1一般取120240歐姆，輸出端與調(diào)整端的壓差為穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓（典型值為1.25V）。2.2 AT89C51單片機(jī)原理及其介紹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（PEROM）和128位bytes的隨機(jī)存取數(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)可為您提供許多高性?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3。2.2.1 AT89C51的功能主要性能參數(shù)：（1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2）4k字節(jié)可重復(fù)擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器（3）1000次擦寫(xiě)周期（4）10年數(shù)據(jù)保留時(shí)間（5）全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz（6）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器（7）1288字節(jié)內(nèi)部RAM（8）32個(gè)可編程I/O口線(xiàn)（9）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（10）6個(gè)中斷源（11）可編程串行UART通道（12）低功耗空閑和掉電模式功能特性概述：AT89C51提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線(xiàn)，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。調(diào)線(xiàn)方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩停止器工作并禁止其他所有部件工作到下一個(gè)硬件復(fù)位4。2.2.2 AT89S51的個(gè)引腳功能AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖2-2所示。圖22 AT89C51單片機(jī)引腳圖VCC：AT89C51電源正端輸入，接+5V。 GND：電源地端。XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入-20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RST：AT89C51的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89C51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開(kāi)始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/VPP：“EA”為英文“External Access”的縮寫(xiě)，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來(lái)執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入21V的燒錄高壓（VPP）。ALE/PROG：ALE是英文“Address Latch Enable”的縮寫(xiě)，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89C51可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線(xiàn)（A0A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳T89C51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。PSEN：此為“Program Store Enable”的縮寫(xiě)，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89C51可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍5。P0.0P0.7：端口0是一個(gè)8位寬的開(kāi)路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類(lèi)推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0就以多工方式提供地址總線(xiàn)（A0A7）及數(shù)據(jù)總線(xiàn)（D0D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線(xiàn)，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。P2.0P2.7：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線(xiàn)的高字節(jié)A8A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來(lái)使用了。P1.0P1.7：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話(huà)，P1.0又當(dāng)做定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。P3.0P3.7：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入信號(hào)。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出7。2.3 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理介紹本文采用四位數(shù)碼管顯示設(shè)備來(lái)顯示輸出電壓。2.3.1 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理7段LED數(shù)碼管如圖2-3所示。圖23 7段LED數(shù)碼管LED顯示器又稱(chēng)為數(shù)碼管，LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。中7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)賀點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的，稱(chēng)之為共陽(yáng)極LED顯示器；另一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱(chēng)之為共陰極LED顯示器8。共陰與共陽(yáng)極LED顯示器如圖2-4所示。圖24 共陰與共陽(yáng)極LED顯示器LED顯示器可分為共陽(yáng)和共陰兩種結(jié)構(gòu)，如上圖所示。圖上為共陰結(jié)構(gòu)。即把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。這時(shí)如果需要點(diǎn)亮a到g中的任何一盞燈，只需要在相應(yīng)的端口輸入高電平即可；輸入低電平則截止。比如我們現(xiàn)在要顯示數(shù)字“3”，則只要在對(duì)應(yīng)的a、b、c、d、g段送入高電平，在其他端送入低電平即可，點(diǎn)亮為“3”。共陰和共陽(yáng)結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個(gè)筆劃段hgfedcba對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對(duì)于共陰LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽(yáng)極hgfedcba各段為0111011時(shí)，LED顯示器顯示“P”字符，即對(duì)于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽(yáng)LED顯示器，公共陽(yáng)極接高電平，那么顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（8CH）。共陽(yáng)共陰LED常見(jiàn)字符對(duì)應(yīng)段碼表如表2-1所示。表21 共陽(yáng)共陰LED常見(jiàn)字符對(duì)應(yīng)段碼表顯示字符共陰極段碼共陽(yáng)極段碼顯示字符共陰極段碼共陽(yáng)極段碼03FHC087FH80H106HF996FH90H25BHA4A77H88H34FHB0B7CH83H466H99HC39HC656DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8F71H8EH2.3.2 數(shù)碼管顯示方式點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動(dòng)態(tài)顯示。在本次設(shè)計(jì)中，采用的是靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU的開(kāi)銷(xiāo)小。這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于：在同一時(shí)間可以顯示不同的字符；但缺點(diǎn)就是占用端口資源較多。從下圖可以看出，每位LED顯示器需要單獨(dú)占用8根端口線(xiàn)，因此，在數(shù)據(jù)較多的時(shí)候，往往不采用這種設(shè)計(jì)，而是采用動(dòng)態(tài)顯示方式。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示圖如圖2-5所示。圖25 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示圖所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是將要顯示的多位LED顯示器采用一個(gè)8位的段選端口，然后采用動(dòng)態(tài)掃描一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。圖26 數(shù)碼管靜態(tài)顯示圖在此電路中，單片機(jī)的P0口用于控制4位LED的段選碼：P1口的P1.0P1.3用于控制4位LED位選碼。數(shù)碼管靜態(tài)顯示圖如圖2-6所示。由于所有的段選碼連在一起，所以同一瞬間只能顯示同一種字符。但如果要顯示不同字符，則要借助位選碼來(lái)控制。（如果LED為共陰則P2.0P2.3輸出為高電平，如果LED為共陽(yáng)則P1.0P1.3輸出為低電平。）例如，現(xiàn)在要顯示5678四個(gè)數(shù)字，則首先應(yīng)該將“5”的顯示代碼（共陰LED顯示器的顯示代碼為6DH，共陽(yáng)LED顯示器的顯示代碼為92H）由P1.0送出，然后P2.0P2.3輸出相應(yīng)位碼（LED為共陰則P2.0P2.3輸出1000，LED為共陰則P2.0P2.3輸出0111）時(shí)，則可以看到在數(shù)碼管1上顯示的數(shù)字為“5”。再將顯示的數(shù)字“5”延時(shí)510ms，以造成視覺(jué)暫留效果；同時(shí)代碼由P1.0送出。用同樣的方法將其余3個(gè)數(shù)字“678”送數(shù)碼管2，3，4顯示，于是最后則可以在4位LED顯示器上看到“5678”四個(gè)數(shù)字。為了使顯示效果更加穩(wěn)定，可以使每個(gè)數(shù)碼管顯示的數(shù)字不斷的重復(fù)，但其中重復(fù)頻率達(dá)到了一定的程度的時(shí)候，加之人眼睛本身的視覺(jué)暫留效果的作用，便可以看到相當(dāng)穩(wěn)定的“5678”四個(gè)數(shù)字。本文使用單片機(jī)進(jìn)行控制能夠非常準(zhǔn)確地對(duì)電路進(jìn)行控制，大大提高了穩(wěn)壓電路的精度，能夠滿(mǎn)足人們對(duì)電源電壓的要求，采用LED進(jìn)行顯示能使我們非常方便準(zhǔn)確對(duì)電壓進(jìn)行控制。2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)化電路原理介紹TLC1543美國(guó)TI司生產(chǎn)的多通道、低價(jià)格的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用串行通信接口，該芯片具有如下的一些特點(diǎn)：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測(cè)模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號(hào)等。該芯片與單片機(jī)的接口采用串行接口方式，引線(xiàn)很少，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。TLC1543為20腳DIP裝的CMOS910位開(kāi)關(guān)電容逐次A/D逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，引腳排列下圖所示。其中A0A10（19 、11、12腳）為11 個(gè)模擬輸入端，REF+（14腳，通常為VCC）和REF-（13腳，通常為地）為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端，CS（15腳）為片選端，在CS端的一個(gè)下降沿變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器并控制和使能ADDRESS、I/O CLOCK （18腳）和DATA OUT（16腳）。ADDRESS（17腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，是一個(gè)1的串行地址用來(lái)選擇下一個(gè)即將被轉(zhuǎn)換的模擬輸入或測(cè)試電壓。DATA OUT 為A/D換結(jié)束3態(tài)串行輸出端，它與微處理器或外圍的串行口通信，可對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和格式靈活編程。I/O CLOCK數(shù)據(jù)輸入/輸出提供同步時(shí)鐘，系統(tǒng)時(shí)鐘由片內(nèi)產(chǎn)生。芯片內(nèi)部有一個(gè)14通道多路選擇器，可選擇11個(gè)模擬輸入通道或3個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中的任意一個(gè)進(jìn)行測(cè)試。片內(nèi)設(shè)有采樣-保持電路，在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC（19腳）輸出端變高表明轉(zhuǎn)換完成。內(nèi)部轉(zhuǎn)換器具有高速（10S轉(zhuǎn)換時(shí)間），高精度（10分辨率，最大1LSB不可調(diào)整誤差）和低噪聲的特點(diǎn)。1543引腳排列圖如2-7所示。VCCEOCI/O CLOCKADDRESSDATA OUTCSREF+REF-A10A9A0A1A2A3A4A5A6A7A8 GND1112131415161718192012345678910 圖27 1543引腳排列圖2.4.1 TLC1543芯片的工作時(shí)序TLC1543工作時(shí)序，其工作過(guò)程分為兩個(gè)周期：訪(fǎng)問(wèn)周期和采樣周期。工作狀態(tài)由CS使能或禁止，工作時(shí)CS必須置低電平。CS為高電平時(shí)，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，同時(shí)DATA OUT為高阻狀態(tài)。當(dāng)CPU使CS變低時(shí)，TLC1543開(kāi)始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，I/O CLOCK、ADDRESS使能，DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。隨后，CPU向ADDRESS提供4位通道地址，控制14個(gè)模擬通道選擇器從11個(gè)外部模擬輸入和3個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中選通1 路送到采樣保持電路。同時(shí)，I/O CLOCK輸入時(shí)鐘時(shí)序，CPU從DATA OUT 端接收前一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/O CLOCK從CPU 接收10時(shí)鐘長(zhǎng)度的時(shí)鐘序列。前4個(gè)時(shí)鐘用4位地址從ADDRESS端裝載地址寄存器，選擇所需的模擬通道，后6個(gè)時(shí)鐘對(duì)模擬輸入的采樣提供控制時(shí)序。模擬輸入的采樣起始于第4個(gè)I/O CLOCK下降沿，而采樣一直持續(xù)6個(gè)I/O CLOCK周期，并一直保持到第10個(gè)I/O CLOCK下降沿。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，CS的下降沿使DATA OUT引腳脫離高阻狀態(tài)并起動(dòng)一次I/O CLOCK工作過(guò)程。CS上升沿終止這個(gè)過(guò)程并在規(guī)定的延遲時(shí)間內(nèi)使DATA OUT引腳返回到高阻狀態(tài)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期后禁止I/O CLOCK和ADDRESS端。1543工作時(shí)序如圖2-8所示。圖28 1543工作時(shí)序2.4.2 TLC1543的軟硬設(shè)計(jì)要點(diǎn)TLC1543三個(gè)控制輸入端CS、I/O CLOCK、ADDRESS和一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端DATA OUT遵循串行外設(shè)接口SPI協(xié)議，要求微處理器具有SPI口。但大多數(shù)單片機(jī)均未內(nèi)置SPI口（如目前國(guó)內(nèi)廣泛采用的MCS51和PIC列單片機(jī)），需通過(guò)軟件模擬SPI協(xié)議以便和TLC1543接口。TLC1543芯片的三個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端與51 系列單片機(jī)的I/O口可直接連接，具體連接方式可參見(jiàn)表2-2。軟件設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意區(qū)分TLC1543的11個(gè)模擬輸入通道和3個(gè)內(nèi)部測(cè)試電壓地址（后3個(gè)地址只用來(lái)測(cè)試你寫(xiě)的地址是不是正確的，真正使用時(shí)不用后三個(gè)地址）。附表為模擬通道和內(nèi)部電壓測(cè)試地址。程序軟件編寫(xiě)應(yīng)注意TLC1543通道地址必須為寫(xiě)入字節(jié)的高四位，而CPU讀入的數(shù)據(jù)是芯片上次A/D轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)。在本文后的程序中對(duì)此有詳細(xì)的說(shuō)明10。1543模擬量輸入地址表如表2-2所示。表22 1543模擬量輸入地址表模擬輸入通道選擇輸入寄存器地址（2進(jìn)制）A00000A10001A20010A30011A40100A50101A60110A70111A81000A91001A101010內(nèi)部測(cè)試電壓選擇輸入地址輸出結(jié)果（16進(jìn)制）（Vref+Vref-）/21011200Vref+1100000Vref-11013ff注：Vref+為加到TLC1543 REF+端的電壓，Vref-是加到REF-端的電壓2.4.3 TLC1543芯片的應(yīng)用（1）PC機(jī)通信接口電路 MAX232 (IC3)為標(biāo)準(zhǔn)RS232接口轉(zhuǎn)換芯片，主要完成TTL至RS232電平的轉(zhuǎn)換，為單片機(jī)和PC機(jī)通信提供通道。在整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，PC機(jī)除了處理各種采樣數(shù)據(jù)外，還負(fù)責(zé)對(duì)前臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行管理，如故障診斷，參數(shù)設(shè)置等等。參數(shù)設(shè)置的其中一項(xiàng)為系統(tǒng)通信速率設(shè)置，管理人員可通過(guò)PC機(jī)任意設(shè)置單片機(jī)和PC機(jī)的通信速率，其設(shè)置參數(shù)保存在X25045的E2PROM存儲(chǔ)單元中，在下次設(shè)置之前，該參數(shù)不會(huì)被更改。本例為單個(gè)采集系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例，實(shí)際應(yīng)用中往往存在多系統(tǒng)并存的情況，這時(shí)可將MAX232 更換為MAX485 接口芯片，采用485總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)一臺(tái)PC 機(jī)可在幾千米范圍內(nèi)管理數(shù)十臺(tái)前端機(jī)。（2）極性轉(zhuǎn)換電路 鑒于目前國(guó)內(nèi)采用的通信電源均為負(fù)電壓，而TLC1543模擬通道輸入只能為正電壓，因此-48V 直流電壓在送到A/D轉(zhuǎn)換器前除了要分壓外，還需將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓。圖4 為一個(gè)簡(jiǎn)單的極性轉(zhuǎn)換電路，僅增加兩個(gè)電阻便可完成負(fù)電壓到正電壓的轉(zhuǎn)換，省去了復(fù)雜的極性轉(zhuǎn)換芯片。當(dāng)輸入電壓為0V時(shí)，TLC1543 A0端電壓為2.5V；當(dāng)輸入電壓為-5V時(shí)，A0端電壓為0V。（3）TLC1543與89C51接口程序 TLC1543與89C51接口程序應(yīng)完全依照TLC1543的工作時(shí)序編寫(xiě)，主要CONVETER 子程序組成。由于轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)為10位，軟件編寫(xiě)時(shí)將數(shù)據(jù)的高位字節(jié)存放在2EH單元中，低位字節(jié)存放在2FH單元中。其中R4、R3寄存器分別存放TLC1543的通道地址和數(shù)量；R1、R2寄存器存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。2.5 電源變壓器原理介紹220V20V圖29 20V變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器，是電能傳遞或作為信號(hào)傳輸?shù)闹匾?。變壓器是一種靜止電機(jī)，根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，能夠?qū)⒁环N電壓的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓的電能，以滿(mǎn)足不同負(fù)荷的需要。變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。其中，與電源相連的線(xiàn)圈，接收交流電能，稱(chēng)為一次繞組；與負(fù)載相連的線(xiàn)圈，送出交流電能，稱(chēng)為二次繞組。20V變壓器如圖2-9所示。2.6 整流電路原理介紹整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要靠二級(jí)管的單向?qū)щ娮饔?。因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。常見(jiàn)的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流。20V220V圖210 單相橋式整流電路單相橋式整流電路如圖2-10所示。圖中左端為電源變壓器，它的作用事將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的交流電壓。單相橋式整流電路是由四個(gè)二極管接成電橋的形式構(gòu)成的。設(shè)電源變壓器二次側(cè)電壓U=Usinwt(v)，在U的正半周，極性為上正下負(fù)，此時(shí)二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4反向截止，電流i的通路是aD1RLD3b。負(fù)載RL上又得到半波電壓。在U的負(fù)半周，極性為上正下負(fù)，此時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，D1、D3反向截止，電流i的通路是bD2RLD4a。負(fù)載RL上又得到半波電壓。RL上得到的電壓U是單方向全波脈動(dòng)。單相橋式整流濾波電路波形圖如圖2-11所示。wtU圖211 單相橋式整流濾波電路波形圖要使之接近于理想的直流電壓，在整流之后需加濾波電路，將單向脈動(dòng)電壓中的交流分量盡量多地濾掉。2.7 濾波電路原理介紹濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。濾波電路的形式有很多，分為電容輸入式和電感輸入式。采用一只容量較大的電解質(zhì)電容器，所以要注意其極性，其正極要接電路高電位端，負(fù)端要接電路低電位端。若極性接反，過(guò)高的反向電壓可能擊穿電容器。橋式整流、電容濾波電路如圖2-12所示。20V220V UUwtwt圖212 橋式整流、電容濾波電路 圖213 直流電壓U的波形直流電壓U的波形如圖2-13所示。由于電容C1并聯(lián)在負(fù)載電阻R1上，所以電容C1兩端的電壓Uc就是負(fù)載的電壓U0，交流電壓U的波形；假設(shè)，電路接通時(shí)，恰恰在電壓U由負(fù)到正過(guò)零的時(shí)刻，這時(shí)二極管開(kāi)始導(dǎo)通，電壓U通過(guò)二極管向電容C1充電，由于二極管的正向電阻很小，所以充電時(shí)間常數(shù)很小，電壓Uc將隨著電壓U按正弦規(guī)律逐漸升高，當(dāng)U增大到最大值時(shí)，Uc也隨之上升到最大值。然后U開(kāi)始下降，Uc也開(kāi)始下降，但他們按不同規(guī)律下降，U按正弦規(guī)律下降，而電容C1則通過(guò)負(fù)載R1放電，電容端電壓Uc按指數(shù)規(guī)律下降，由于放電時(shí)間常數(shù)較大，Uc下降緩慢。除了剛過(guò)最小值的一小段時(shí)間內(nèi)，仍有Uc=U的關(guān)系外，之后就出現(xiàn)UUc的情況，二極管承受反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)。電壓Uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降到wt=2以后，雖然電壓U又為正值，但由于UUc以后，二極管才又導(dǎo)通，電容C1由放電狀態(tài)重新變?yōu)槌潆姞顟B(tài)，Uc又隨著U上升。如此繼續(xù)下去，電壓Uc也就是負(fù)載電壓UL就變得平滑了，因而負(fù)載電壓的平均值也有所增大了。如果電容濾波電路接于橋式整流電路，則在交流電壓的一個(gè)周期內(nèi)，電容C1有兩次充、放電，其放電時(shí)間比上述半波整流后所接電容濾波電路要短，故輸出電壓更為平滑。電容濾波使整流輸出電壓波形變得平直的原因，還可以從電容C1對(duì)脈動(dòng)電流中的交流成分具有旁路作用來(lái)理解。由于電容C1與負(fù)載電阻R1并聯(lián)，C1的容量愈大，整流后所得的脈動(dòng)電流交流分量的頻率愈高，則電容C1的容抗愈小，而電阻R1 的阻值與頻率無(wú)關(guān)，因此，脈動(dòng)電流中的交流成分主要通過(guò)電容C1而被旁路，R1上的電流和電壓便較為平直了。2.8 穩(wěn)壓電路原理介紹20V220V圖214 集成穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成器7805和7812。三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。集成穩(wěn)壓電路如圖2-14所示。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為正5V，7812表示輸出電壓為正12V。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。2.9 保護(hù)電路原理介紹過(guò)流保護(hù)電路是電源產(chǎn)品中不可缺少的組成不分，根據(jù)其控制方法大致可以分為關(guān)斷方式和限流方式。限流方式由于其具有電流下垂特性，故障解除后開(kāi)關(guān)電源能自動(dòng)恢復(fù)工作，因此，得到比較廣泛的應(yīng)用。限流保護(hù)電路首先要有一個(gè)電流取樣環(huán)節(jié)，目前，一般的做法是串聯(lián)一個(gè)小電阻或是用霍爾元件來(lái)獲得電流信號(hào)。當(dāng)取樣電流比較小的時(shí)候，這兩種取樣方法都是可取的。但當(dāng)取樣電流比較大時(shí)，電阻取樣會(huì)有較大的損耗，降低了變換器的效率，而霍爾元件取樣其體積比較大，且價(jià)格昂貴，對(duì)整個(gè)電源的成本也是個(gè)問(wèn)題。保護(hù)電路如圖2-15所示。當(dāng)電流小于設(shè)定值時(shí)，R7提供偏置電流，NPN飽和導(dǎo)通，對(duì)電流不起限制作用；當(dāng)電流大于設(shè)定值時(shí)，R9上的壓降增大，R9上的壓降與三極管結(jié)壓的接近R8的壓降，于是開(kāi)始限制NPN通過(guò)的電流，這樣就把電流限制在一定的水平。圖215 保護(hù)電路3 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源硬件電路設(shè)計(jì)3.1 Protel 99SEProtel 99SE是ProklTechnology公司開(kāi)發(fā)的基于Windows環(huán)境下的電路板設(shè)計(jì)軟件。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，仍然是大中專(zhuān)院校電學(xué)專(zhuān)業(yè)必學(xué)課程，同時(shí)也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具12。Protel 99SE軟件如圖3-1所示。Protel 99SE 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計(jì)（Advanced Schematic）和多層印刷電路板設(shè)計(jì)（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由兩部分組成：電路圖編輯器（Schematic）和元件庫(kù)編輯器（Schematic Library）。圖31 Protel 99SE軟件3.1.1 電路原理圖編輯器概述：進(jìn)入Design Protel 99se后在Documents中通過(guò)右鍵 “New” 建立“SchematicDocument”文件，打開(kāi)后即可進(jìn)行電路原理圖的編輯。先按照已畫(huà)好的電路草圖將所有元件找到拖放到編輯框里。將編輯框縮小，將元件照電路的樣子搭好，整體上排列勻稱(chēng)。接下來(lái)就可以進(jìn)行局部的連線(xiàn)了。或者可以先將電路的各個(gè)模塊先搭好，再通過(guò)框定各模塊平移組合成完整的電路，取消框定要通過(guò)EditDeSelectInside Area再用鼠標(biāo)框定以前選中的模塊，就可以解除，表現(xiàn)為模塊由黃色變成普通顏色。對(duì)某個(gè)工程的操作是對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，因此不同的數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)在不同的窗口中打開(kāi)，通過(guò)最小化可看到各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的窗口。3.1.2 原理圖原件庫(kù)編輯器概述：雖然Protel本身包含了龐大的元件庫(kù)，但在實(shí)際應(yīng)用中總會(huì)遇到找不到元件的情況，這時(shí)就需要根據(jù)元件資料 自己動(dòng)手在元件庫(kù)中制作這個(gè)元件。還有一種情況是各種元件分散在各個(gè)公司的元件庫(kù)中，不便與使用，所以要把常用元件集中到一個(gè)元件庫(kù)中，這就要自己動(dòng)手制作，將經(jīng)常用到的元件復(fù)制到這個(gè)元件庫(kù)中，方便以后的使用?；静僮鳎涸?kù)文件（.LIB）也是基于數(shù)據(jù)庫(kù)文件（.DDB）下的操作，同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)下元件庫(kù)中的元件才可以通過(guò)Tools - Copy Component 相互復(fù)制，不同數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)可先用右鍵的copy將整個(gè)元件庫(kù)復(fù)制到當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)，再在該數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行單個(gè)元件的復(fù)制。在放置芯片引腳時(shí)大頭指的是引腳外側(cè)，引腳名稱(chēng)會(huì)嵌到芯片框里，引腳號(hào)在外側(cè)。（1）在畫(huà)芯片圖時(shí)，如果用到畫(huà)線(xiàn)的功能，則應(yīng)將View - Snap Grid 功能打開(kāi)，可增加畫(huà)線(xiàn)時(shí)的定位精度。（2）不同設(shè)計(jì)文件之間拷貝模塊時(shí)，操作如下：先選中要拷貝的部分拷貝，鼠標(biāo)變成十字線(xiàn)后在選定的區(qū)域中間點(diǎn)擊左鍵切換到另一個(gè)設(shè)計(jì)文件，粘貼即完成了操作。一般使用時(shí)，進(jìn)入Design Protel 99se后在Documents中通過(guò)右鍵 “New” 建立 “Schematic Document”文件，打開(kāi)后即可進(jìn)行電路原理圖的編輯。先按照已畫(huà)好的電路草圖將所有元件找到拖放到編輯框里。將編輯框縮小，將元件照電路的樣子搭好，整體上排列勻稱(chēng)。接下來(lái)就可以進(jìn)行局部的連線(xiàn)了?；蛘呖梢韵葘㈦娐返母鱾€(gè)模塊先搭好，再通過(guò)框定各模塊平移組合成完整的電路，取消框定要通過(guò)EditDeSelectInside Area再用鼠標(biāo)框定以前選中的模塊，就可以解除，表現(xiàn)為模塊由黃色變成普通顏色。對(duì)某個(gè)工程的操作是對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，因此不同的數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)在不同的窗口中打開(kāi)，通過(guò)最小化可看高各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的窗口。 3.2 電源原理圖設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹該穩(wěn)壓電壓的電路組成部分，電路原理圖及PCB圖。該直流穩(wěn)壓電源主要由四部分組成：開(kāi)關(guān)電源電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、數(shù)碼管顯示電路和保護(hù)電路。各部分電路如下所示。3.2.1 開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)該部電路包括變壓、 整流、濾波、穩(wěn)壓等各部分電路14。市電經(jīng)過(guò)變壓器降壓后，通過(guò)78L15變?yōu)?5v，對(duì)該電壓整流后的一部分電壓直接作為開(kāi)關(guān)變換電路的輸入電壓，另外將其通過(guò)78L05得到5v的電壓，給開(kāi)關(guān)電源控制電路部分的單片機(jī)提供工作電源。電路中采用發(fā)光二極管作為電源指示燈，交流220v降壓后經(jīng)過(guò)整流橋整流輸出直流電壓作為開(kāi)關(guān)變換電路的輸入電壓，78L05穩(wěn)壓輸出5v給單片機(jī)提供電源。開(kāi)關(guān)電源電路圖如圖3-2所示。圖32 開(kāi)關(guān)電源電路圖3.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換模塊TLC1543與單片機(jī)的接口采用串行接口方式，引線(xiàn)很少，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖3-3所示。其中A0A10是11路輸入，VCC和GND分別是電源引腳，REF+和REF-分別是參考電源的正負(fù)引腳，I/O Clock 是芯片的時(shí)鐘端，Adress 是地址選擇端，Data Out是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到CPU的三個(gè)I/O端即可。EOC用于指示一次AD轉(zhuǎn)換以完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，根據(jù)需要改引腳可接入CPU的中斷引腳，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，向CPU提出中斷請(qǐng)求，在CPU向TLC1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過(guò)一段固定的時(shí)間去讀取數(shù)據(jù)即可15。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖3-4所示。圖33 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖34 1543芯片轉(zhuǎn)換電路圖3.2.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)當(dāng)電流小于設(shè)定值時(shí)，由R1提供P3的偏置電流，P3飽和導(dǎo)通，對(duì)電流不起控制作用；當(dāng)電流大于或等于設(shè)定值時(shí)，R上的壓降增大，R上的壓降與三極管結(jié)壓的和接近R2 的壓降，于是開(kāi)始限制P3通過(guò)的電流，這樣就把電流限制在一定的水平。也可將R2換成一個(gè)穩(wěn)壓管，限流更為精確。限流保護(hù)電路如圖3-5所示。圖35 限流保護(hù)電路3.2.4 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的控制核心使用AT89S51單片機(jī)，由于外部設(shè)備大多采用串行接口，單片機(jī)的外圍電路就十分簡(jiǎn)單，只要外接晶體振蕩器和復(fù)位電路即可16。單片機(jī)接口電路圖如圖3-6所示。圖36 單片機(jī)接口電路圖3.2.5 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路如下圖所示，數(shù)碼管段碼接單機(jī)的P0口，位碼接單片機(jī)的P10P13口。由于單片機(jī)內(nèi)P0口沒(méi)有上拉電阻單片機(jī)上的P0口需接上上拉電阻，同時(shí)段碼和P0口之間也需要加電阻以保證數(shù)碼管17。數(shù)碼管顯示電路圖如圖3-7所示。