直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在各種電子實(shí)驗(yàn)中，電源是最基本的需要。設(shè)計(jì)出一種高精度的可調(diào)輸出的電源不但能滿足不同電子實(shí)驗(yàn)的要求，而且能滿足在同一實(shí)驗(yàn)中需要使用不同的

2、電壓值來(lái)測(cè)試的要求。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一種高精度程控穩(wěn)壓電源。該電源的功能由硬件和軟件兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。硬件方面包括變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、反饋電路、保護(hù)電路、程控電路、顯示電路以及支持單片機(jī)運(yùn)行的復(fù)位和時(shí)鐘電路。市電220V電壓通過(guò)變壓器流入系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)整流、濾波后變成近似的直流電壓，再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓部分穩(wěn)壓后獲得穩(wěn)定的直流輸出。穩(wěn)壓部分由達(dá)林頓管作為調(diào)整管，由運(yùn)放作為反饋取樣之后的放大電路，利

3、用放大電路來(lái)提高調(diào)整管的反應(yīng)靈敏度電壓穩(wěn)定性。軟件方面，使用單片機(jī)語(yǔ)言編程，控制程控部分，即：?jiǎn)纹瑱C(jī)，D/A、A/D部分。該部分作用是控制穩(wěn)壓電路部分的基準(zhǔn)電壓的輸出與調(diào)整，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度的輸出，并且控制數(shù)碼管顯示輸出電壓。</p><p>　　整個(gè)電路的設(shè)計(jì)就是在綜合考慮各個(gè)模塊現(xiàn)有的電路的基礎(chǔ)上，選擇最佳電路來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的。</p><p>　　關(guān)鍵詞　直流穩(wěn)定電源；整流；濾波；程控

4、</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In various electronics experiments, the power supply is the most basic demand.Designing a power supply which has high accuracy and ajustable output

5、 can satisfy not only the request of different electronics experiments,but also the demand in same experiment to use different electric voltage values for test.</p><p>　　This text introduced a kind of high a

6、ccuracy distance to control steady press the design of the power supply. The function of that power supply is carry out by the hardware and the software both side. The hardware includes transformer, commutate the electri

7、c circuit, the filter electric circuit, steady press electric circuit, feedback electric circuit, the protection electric circuit, distance to control electric circuit, the manifestation electric circuit and support a si

8、ngle slice luck to go o</p><p>　　The design of the whole electric circuit is the foundation that is synthesizing to consider each existing electric circuit up, choose the best electric circuit to carry out t

9、he design target</p><p>　　Keywords： DC stable power supply; commutate; filter; programmable control</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　當(dāng)今，電子產(chǎn)品已普及到工作與生活的各個(gè)方面，其性能價(jià)格比越來(lái)愈高，功能越來(lái)越強(qiáng)，

10、供電的電源電路在整機(jī)電路中是相當(dāng)重要的。它的性能良好與否之間營(yíng)養(yǎng)整個(gè)電子產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和可靠性。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電源技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，它從過(guò)去的不太復(fù)雜的電子電路變?yōu)榻袢盏木哂休^強(qiáng)功能的功能模塊。電壓穩(wěn)定的方式，由傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓發(fā)展到今天的非線性穩(wěn)壓，電源電路也由簡(jiǎn)單變復(fù)雜，電源技術(shù)正從過(guò)去附屬于其他電子設(shè)備的狀態(tài)，逐漸演變成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科分支。</p><p>　　我們一般應(yīng)用的串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電

11、源，是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源，這種傳統(tǒng)串聯(lián)穩(wěn)壓器，調(diào)整管總是工作與放大區(qū)，流過(guò)的電流是連續(xù)的，這種穩(wěn)壓的缺點(diǎn)是承受過(guò)載和短路的能力差，效率低，一般只有35%~60%。由于調(diào)整管上損耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積較大的散熱器。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p&

12、gt;<p>　　AbstractIII</p><p><b>　　前 言IV</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.2 電源技術(shù)存在的問(wèn)題1</p><p&g

13、t;　　第2章 穩(wěn)壓電源的組成2</p><p>　　2.1 電子設(shè)備對(duì)電源的要求2</p><p>　　2.2 直流穩(wěn)壓電源的組成3</p><p>　　第3章 穩(wěn)壓電源整體設(shè)計(jì)4</p><p><b>　　3.1整流電路4</b></p><p>　　3.2 濾波電路6</

14、p><p>　　3.3 穩(wěn)壓電路9</p><p>　　第4章 硬件部分外圍電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1 程控部分16</p><p>　　4.2數(shù)碼管顯示電路19</p><p>　　4.3 按鍵電路19</p><p>　　4.4 保護(hù)電路20</p>

15、<p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.1 系統(tǒng)核心指令系統(tǒng)22</p><p>　　5.2 軟件系統(tǒng)流程22</p><p>　　第6章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的不足26</p><p><b>　　結(jié) 論27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

16、28</b></p><p><b>　　附錄129</b></p><p><b>　　附錄230</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><

17、p>　　1.1電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　新型半導(dǎo)體器件的發(fā)展使開(kāi)關(guān)電源技術(shù)進(jìn)步的龍頭。目前正在研究高性能的碳化硅半導(dǎo)體器件，一旦開(kāi)發(fā)成功，對(duì)電源技術(shù)的影響將是革命性的。此外，平面變壓器，壓電變壓器及新型電容器等元件的發(fā)展，也將對(duì)電源技術(shù)的發(fā)展起到重要作用。集成化是電源技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。通過(guò)控制電路的集成，驅(qū)動(dòng)電路的集成以及保護(hù)電路的集成，最后達(dá)到整機(jī)的集成化生產(chǎn)。集成化和模塊化減少了外

18、部連線和焊接，提高了設(shè)備的可靠性，縮小了電源的體積，減輕了重量。</p><p>　　高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)更是向著高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化的方向發(fā)展。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這

19、幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)[5]</p><p>　　1.2 電源技術(shù)存在的問(wèn)題</p>

20、<p>　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高、功能強(qiáng)大的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(shè)備的體積在不斷地縮小，重量在不斷地減輕，所以從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的開(kāi)關(guān)變壓器還感到不是十分理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開(kāi)關(guān)變壓器或者通過(guò)別的途經(jīng)取代開(kāi)關(guān)變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設(shè)備微小型化的需要，這是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前正在克服的一個(gè)困難。 開(kāi)關(guān)

21、穩(wěn)壓電源的效率是與開(kāi)關(guān)管的變換速度成正比的，并且開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中由于采用了開(kāi)關(guān)變壓器以后，才能使之由一組輸入得到極性、大小各不相同的多組輸出。要進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的工作頻率。但是，當(dāng)頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路中的元器件又有了新的要求。例如，高頻電容、開(kāi)關(guān)管、開(kāi)關(guān)變壓器、儲(chǔ)能電感等都會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題。進(jìn)一步研制適應(yīng)高頻率工作的有關(guān)電路元器件，是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第二個(gè)問(wèn)題。  

22、 工作在線性狀態(tài)的線性穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開(kāi)關(guān)干擾，且波紋電壓輸出較小。但是在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其交變</p><p>　　第2章 穩(wěn)壓電源的組成</p><p>　　2.1 電子設(shè)備對(duì)電源的要求</p><p>　　電子設(shè)備對(duì)電源的最基本的要求就是電源的輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定，除此之外，不同的電子設(shè)備

23、還有各自的要求。</p><p><b>　　1、體積小，重量輕</b></p><p>　　現(xiàn)在隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子設(shè)備本身的體積不斷地在縮小，因此電源的體積也要小，以與之相稱。特別是移動(dòng)式的電子設(shè)備，必須要求其電源體積小，重量輕。</p><p><b>　　2、電源輸出不間斷</b></p>

24、<p>　　隨著微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及和處理技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)對(duì)高質(zhì)量的供電提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求。在微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行期間供電的中斷，將會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的丟失和程序的破壞。因此一旦市電發(fā)生瞬間斷電時(shí)能在小于10ms的時(shí)間間隔內(nèi)重新供電。對(duì)于無(wú)人值守的電子設(shè)備（如通信設(shè)備）也需要電源輸出不間斷。</p><p><b>　　3、效率高</b></p><p

25、>　　對(duì)于大功率的電源，從節(jié)能角度出發(fā)，電源的效率就是一個(gè)很重要的要求，對(duì)于家用電器（如電視機(jī)、音響設(shè)備）由于它的用戶很多，效率高，對(duì)節(jié)能意義更大。</p><p><b>　　4、造價(jià)低</b></p><p>　　對(duì)于普及性比較大的電子設(shè)備或電子設(shè)備本身造價(jià)就比較低，那么就要求電源的造價(jià)不能高。</p><p>　　5、電源能工作在特

26、殊的環(huán)境中</p><p>　　有很多電子設(shè)備需要工作在特殊的環(huán)境中，如在水中，在高溫或低溫中，在有腐蝕性環(huán)境中，那么對(duì)電源也就必須要求在特殊環(huán)境能正常工作，以保證電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.2 直流穩(wěn)壓電源的組成</p><p>　　在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用圖2-1表示，它是由變壓器，整流，濾波，

27、和穩(wěn)壓電路等四個(gè)部分組成。</p><p>　　圖 2-1直流穩(wěn)壓電源組成框圖</p><p>　?。?）交流電壓變換部分 將交流電網(wǎng)提供的交流電壓變換到電子電路所需要的交流電壓。同時(shí)還可起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。</p><p>　　（2）整流部分 將變壓器變換后的交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓（脈動(dòng)直流）。</p><p>　　（3）濾

28、波部分 對(duì)整流部分輸出的脈動(dòng)直流進(jìn)行平滑處理，使之成為一個(gè)含紋波成分很小的直流電壓。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓部分 將濾波輸出的直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，一維持輸出電壓的基本穩(wěn)定。由于濾波后輸出直流電壓受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等因素的影響很大，所以要設(shè)置穩(wěn)壓電路。</p><p>　　電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于

29、此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的支流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有正負(fù)10%左右的波動(dòng)），負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。</p><p>　　當(dāng)負(fù)載要求功率較大，效率較高時(shí)，常采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　第3章 穩(wěn)壓

30、電源整體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1整流電路</b></p><p>　　3.1.1 單相半波整流電路 </p><p>　　單相半波整流電路是最簡(jiǎn)單的整流電路，圖2-2是單相半波阻性負(fù)載的整流電路。</p><p>　　圖2-2 單相半波整流電路</p><p>　　電路中，T為變

31、壓器，其作用是將市電220V的交流電壓變成所需要的直流電壓，VD是整流二極管，其作用是方向變化的交流電變?yōu)閱蜗嗟拿}動(dòng)直流。</p><p>　　輸出直流電壓的平均值，即直流電壓V0可按下式求出</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的元器件少。但缺點(diǎn)是輸出的波形脈動(dòng)大，直流成分比較

32、低；變壓器有半個(gè)周期不導(dǎo)電，利用率低；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。所以只能用在輸出功率較小、負(fù)載要求不高的場(chǎng)合。</p><p>　　3.1.2單向全波整流電路 </p><p>　　單向全波整流電路如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 單相全波整流電路</p><p>　　全波整流電路接入濾波電容C，其充放電過(guò)程與半波

33、整流相同，但由于V21和V22輪流通過(guò)VD1和VD2向電容C充電，所以輸出電壓的脈動(dòng)比半波整流時(shí)小。</p><p>　　3.1.3 橋式整流電路 </p><p>　　橋式整流電路如圖2-4所示。</p><p>　　橋式整流電路的電壓可作如下估算。整流元件仍認(rèn)為是理想的，在純電阻負(fù)載條件下，電壓的順時(shí)值為：</p><p><b

34、>　　(2-2)</b></p><p>　　負(fù)載直流電壓平均值為</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　圖2-4 橋式整流電路</p><p>　　每個(gè)二極管截止時(shí)的反向電壓相同，為V2的幅值。即：</p><p><b>　　(3-4

35、)</b></p><p>　　導(dǎo)通二極管的電流平均值為負(fù)載電流平均值的一半，最大值與負(fù)載電流最大值相同。</p><p>　　綜上，橋式整流電路的特點(diǎn)是：與半波整流電路相比，在V2,RL相同的條件下，輸出的直流電壓提高了一倍；電流脈動(dòng)程度減小；變壓器正負(fù)半周都有對(duì)稱電流流過(guò)，既得到充分利用，又不存在單向磁化的問(wèn)題。所以它的應(yīng)用較為廣泛。但是需要4個(gè)整流二極管，線路稍復(fù)雜。&l

36、t;/p><p>　　以上簡(jiǎn)單介紹了幾種整流電路，根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)的判斷，所以在我的設(shè)計(jì)中采用了橋式整流電路。一方面，能使電能得到充分利用，另一方面，由于有現(xiàn)成的整流橋集成元件，設(shè)計(jì)起來(lái)也比較方便。</p><p><b>　　3.2 濾波電路</b></p><p>　　交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)直流電流，其中含有較大的交流分量，為了使設(shè)備能用上純

37、凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓中的交流成份。濾波電路一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)上電容器C，或在負(fù)載中串聯(lián)上電感器L，或由電容，電感組合而成的各中復(fù)式濾波電路。</p><p>　　3.2.1 電容濾波電路 </p><p>　　電容濾波就是在整流電路后面,用大量的電解電容與負(fù)載并聯(lián)例如以橋式電路為例,整流濾波電路如圖2-5所示:</p><p&

38、gt;　　圖2-5電容濾波電路</p><p>　　電容濾波電路簡(jiǎn)單，制作方便。但是它的輸出電流不宜太大，而且要求輸出電壓的脈動(dòng)成分較小時(shí)，必須增加電容器的容量，因此電路的體積大也不經(jīng)濟(jì)。為此，RC-π型濾波電路在實(shí)際電路中經(jīng)常使用。</p><p>　　RC-π型濾波電路如圖2-6所示：</p><p>　　它實(shí)際上就是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加上1級(jí)RC濾波電路構(gòu)成

39、的。采用這種濾波電路可以進(jìn)一步降低輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)。但是，這種濾波電路的缺點(diǎn)是在R上有直流壓降，因而必須提高變壓器次級(jí)電壓；因而整流管的沖擊電流仍然比較大；同時(shí)，由于R產(chǎn)生壓降，外特性比電容濾波更軟。所以這種電路只適用于小電流的場(chǎng)合。</p><p>　　圖2-6 RC-π型濾波電路</p><p>　　3.2.2電感濾波器 </p><p>　　利用電感具有阻

40、止電流變化的特點(diǎn)，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián)電感L，如圖2-7所示，即構(gòu)成電感濾波電路。</p><p>　　圖2-7 電感濾波電路</p><p>　　當(dāng)整流后的脈動(dòng)電流增大時(shí)，電感L將產(chǎn)生反電勢(shì)－L(di/dt)，阻止電流增大；相反，當(dāng)電流減小時(shí)，電感L將阻止電流減小，從而使負(fù)載電流脈動(dòng)成分大大降低，達(dá)到濾波的目的。</p><p>　　由于電感交流電阻很大，而

41、直流電阻很小，輸出直流分量在電感上損失很小，所以它適用于負(fù)載電流比較大的場(chǎng)合，而且外特性較好，即負(fù)載電流變化時(shí)，輸出直流電壓變化較小，另外，電感濾波的二極管導(dǎo)通角不會(huì)減小，避免了浪涌電流的產(chǎn)生。</p><p>　　為了進(jìn)一步改善濾波效果，可以采用LC濾波電路，它是在電感濾波電路的基礎(chǔ)上，再在負(fù)載電阻RL上并聯(lián)電容器C，如圖2-8所示</p><p>　　圖2-8 LC型濾波電路<

42、/p><p>　　不難看出，當(dāng)L 值很小，或RL很大時(shí)，該電路和電容濾波電路很類似，呈現(xiàn)電容濾波的特點(diǎn)，為了保證整流二極管的導(dǎo)電角仍為180度，一般要求L值很大，對(duì)基波信號(hào)而言應(yīng)滿足RL<3Ω。</p><p>　　LC濾波電路中輸出電壓中的基波分量應(yīng)由jωL和RL//(1/ωC)分壓得到，所以輸出電壓的脈動(dòng)成分比僅用電感濾波時(shí)更??；而負(fù)載電流變化時(shí)均能有良好的濾波效果，所以說(shuō)他對(duì)負(fù)載的

43、適應(yīng)性比較強(qiáng)。</p><p>　　在大功率輸出的電源穩(wěn)壓電路中，由于輸出電流較大，為了減少功率損耗，一般不用電阻做濾波器件，經(jīng)常使用的是LC元件構(gòu)成的π型濾波電路。為了增大電感量，一般來(lái)說(shuō)，L選用鐵心電感，C選用電解電容，如圖2.10所示：</p><p>　　圖2-10 π型LC濾波電路</p><p><b>　　3.3 穩(wěn)壓電路</b&g

44、t;</p><p>　　經(jīng)過(guò)整流和濾波后的直流電壓，會(huì)由于交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及負(fù)載電阻的變動(dòng)而發(fā)生變化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動(dòng)顯得太大，仍需要進(jìn)一步對(duì)其穩(wěn)定，這就需要采用穩(wěn)壓電路。通常，完整的穩(wěn)壓電源電路包括有整流、濾波、和穩(wěn)壓電路。下面就穩(wěn)壓電路作一下介紹。</p><p>　　3.3.1 穩(wěn)壓電路的指標(biāo)</p><p>　　衡量穩(wěn)壓器的性

45、能有許多指標(biāo)，例如額定輸出電壓、電流和電壓調(diào)節(jié)范圍等，這屬于特性指標(biāo)；穩(wěn)壓系數(shù)、等效內(nèi)阻、紋波電壓（即交流電壓分量）等屬于質(zhì)量指標(biāo)。自動(dòng)化程度，用來(lái)說(shuō)明維護(hù)人員離開(kāi)時(shí)，例如，是否具有自動(dòng)開(kāi)機(jī)、停機(jī)性能，故障檢測(cè)等。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要有效率和功率因數(shù)等。下面簡(jiǎn)單介紹下質(zhì)量指標(biāo)。</p><p>　　1 穩(wěn)壓系數(shù) 當(dāng)負(fù)載電流一定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比稱為穩(wěn)壓系數(shù)，即：</p>

46、<p>　　(=額定值) （2-5）</p><p>　　上式中，γ為穩(wěn)壓系數(shù)；為穩(wěn)壓器的額定輸出電壓；為穩(wěn)壓器額定輸入電壓；為輸出電壓的變化量；為輸入電壓的變化量；為負(fù)載電流。</p><p>　　另外還有以γ的倒數(shù)S為標(biāo)準(zhǔn)，稱S＝1/γ為穩(wěn)定系數(shù)的。</p><p>　　2 等效電阻 又稱為動(dòng)態(tài)電阻，是包括整

47、流、濾波和穩(wěn)壓在內(nèi)的等效電阻。當(dāng)保持不變時(shí)，輸出電壓增量與輸出電流增量之比稱為等效內(nèi)阻：</p><p>　?。ǎ筋~定值） （2-6）</p><p>　　上式中，為正值，由于電流增加（增量為正）時(shí)其兩端電壓受內(nèi)阻影響要下降（增量為負(fù)），故上式中加了個(gè)“－”號(hào)，使得為正值。通常穩(wěn)壓器在額定范圍內(nèi)使用時(shí)，約在1.5Ω以下。</p><p>

48、　　3 紋波電壓 紋波電壓就是疊加在輸出直流電壓上的交流電壓分量，通常經(jīng)濾波及穩(wěn)壓后，它的數(shù)值在幾毫伏以內(nèi)，以不影響電子設(shè)備工作為準(zhǔn)。可用一個(gè)容量較大的電容器與交流毫伏表串聯(lián)進(jìn)行測(cè)量，此電容是隔直流用的[8]。</p><p>　　3.3.2 穩(wěn)壓管基本應(yīng)用電路</p><p>　　硅穩(wěn)壓管也稱為齊納二極管，其伏安特性如圖所示。從伏安特性可以看到，當(dāng)流過(guò)穩(wěn)壓管的電流在一個(gè)較大范圍內(nèi)變

49、化時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓幾乎不變。穩(wěn)壓管的這一特性將穩(wěn)壓管和負(fù)載并聯(lián)，若能保證穩(wěn)壓管中的電流在一定范圍內(nèi)，則負(fù)載電壓就能在一定程度上得到穩(wěn)定，因此，穩(wěn)壓電路的關(guān)鍵就是限定穩(wěn)壓管中的電流。因?yàn)槿绻ぷ麟娏魈。瑒t電壓隨電流的變化很大，達(dá)不到穩(wěn)壓的目的；但工作電流也不能太大，以免超過(guò)管子的額定功率，造成損壞。小功率穩(wěn)壓管的工作電流大致幾毫安至幾十毫安，大功率的穩(wěn)壓管可到幾安培到十幾安培。</p><p>　　圖2-12

50、是由穩(wěn)壓管構(gòu)成的基本穩(wěn)壓電路：</p><p>　　圖2-12 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路</p><p>　　電路中，R決定了向穩(wěn)壓管和負(fù)載輸送電流的總量，起著限流和調(diào)壓的作用，穩(wěn)壓管起著調(diào)節(jié)電流的作用。如負(fù)載減小，要求更多的電流流過(guò)時(shí)，通過(guò)穩(wěn)壓管的電流將隨之減小，使基本不變，以保證輸出電壓基本不變。如果不變，但輸入電壓由于電網(wǎng)電壓或元件參數(shù)改變而增加時(shí)，則將增加，此時(shí)也隨之增加，保證基本不變，即基

51、本不變。如果和都變化，則將綜合二者的變化加以調(diào)整，只要的變化在它的允許的工作范圍之內(nèi)，就能保證起到較好的穩(wěn)壓作用。</p><p>　　穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有線路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，但輸出電流受穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流的限制，而且輸出電壓又不能任意調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能不高，只適用于輸出電流小，負(fù)載變動(dòng)不到和穩(wěn)定性能要求不高的場(chǎng)合，或作為輔助穩(wěn)壓源。若負(fù)載經(jīng)常變動(dòng)，要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)定性能好，就要采用晶體管穩(wěn)壓源。</p

52、><p>　　3.3.3 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路</p><p>　　串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路比穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路要復(fù)雜的多，它是一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。所以必須具有執(zhí)行元件和反饋支路。一般情況下，它包括調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源及誤差比較放大器等主要部分。調(diào)整管是閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其余部分都是反饋控制支路所必需的，原理框圖如圖2-13所示。從框圖上可以看出輸入電壓經(jīng)過(guò)調(diào)整元件調(diào)節(jié)之后，變成穩(wěn)定的輸

53、出電壓。</p><p>　　圖2-13 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路框圖</p><p>　　取樣電路和基準(zhǔn)電壓相比較，并把比較后的誤差信號(hào)送放大器，增強(qiáng)反饋控制效果，因?yàn)槿拥脕?lái)得是電壓信號(hào)，所以這種電壓源實(shí)際上是一個(gè)以電壓為調(diào)節(jié)對(duì)象得自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)模式如圖2.14所示。圖中，為調(diào)節(jié)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)時(shí)的電壓傳遞函數(shù)，也就是系統(tǒng)開(kāi)環(huán)穩(wěn)壓系數(shù)；為執(zhí)行機(jī)構(gòu)在系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)的電壓傳遞函數(shù)，也就是調(diào)整管電路的電

54、壓放大倍數(shù)；K時(shí)誤差放大器開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)；n為取樣電路的電壓傳遞系數(shù)，也就是取樣分壓器的分壓比。根據(jù)調(diào)節(jié)原理可知，該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　由此可知，無(wú)論輸入電壓波動(dòng)還是負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，反饋系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的1/（1+*K*n）倍，更具體點(diǎn)說(shuō)，就是反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率等

55、主要技術(shù)性能方面，都是以硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源為代表的參數(shù)型穩(wěn)壓電源的（1+*K*n）倍，這就是反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源比參數(shù)型穩(wěn)壓電源應(yīng)用得更普遍得主要原因。</p><p>　　圖2-14 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)模式</p><p>　　串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓原理是調(diào)整元件的動(dòng)態(tài)電阻是隨著輸出電壓的變化而自動(dòng)改變的。其優(yōu)點(diǎn)是，輸出電壓范圍不受調(diào)整元件本身耐壓的限制而且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)可以做的很高。

56、其缺點(diǎn)是線路比較復(fù)雜，過(guò)載能力差，順時(shí)過(guò)載會(huì)使調(diào)整元件損壞，需要過(guò)載保護(hù)。因此，串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源廣泛用在負(fù)載變動(dòng)較大，穩(wěn)壓性能要求較高，輸出電壓可調(diào)等場(chǎng)合。</p><p>　?。?）簡(jiǎn)單的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 圖2-15是一個(gè)最簡(jiǎn)單的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路。晶體管VT做調(diào)整元件，VD做基準(zhǔn)電壓源，它給晶體管發(fā)射結(jié)提供一個(gè)固定的偏壓使其能正常工作。當(dāng)負(fù)載變小或輸入電壓變大，使得負(fù)載兩端的輸出電壓

57、增大時(shí)，由于基準(zhǔn)電壓不變，所以晶體管的基極電位也不變，那么集—射極電壓（＝－）將減小，從而減小，管壓降增大，使輸出電壓＝－減少，抵消了由于電網(wǎng)電壓增加或負(fù)載減小引起的的增加，使輸出電壓保持基本不變。如果當(dāng)輸入電壓減小或負(fù)載增大，使得輸出電壓下降時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程與上述正好相反。</p><p>　　圖2-15 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路</p><p>　　從上邊的穩(wěn)壓過(guò)程可以看出，當(dāng)輸入電壓增大

58、或負(fù)載變小時(shí)，這種穩(wěn)壓電路是通過(guò)輸出電壓的變化反過(guò)來(lái)控制調(diào)整管VT的管壓降，從而使輸出電壓保持不變，以達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓的作用，這實(shí)際是一種負(fù)反饋，所以這種電路叫做串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路。</p><p>　　該電路存在兩個(gè)問(wèn)題：其一，該電路是用輸出電壓的變化部分直接去控制調(diào)整管的基極，故控制作用小，穩(wěn)壓性能較差；其二，輸出電壓固定不可調(diào)。</p><p>　?。?） 帶有放大器的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)

59、壓電路 簡(jiǎn)單的反饋型晶體管穩(wěn)壓電路，是直接利用輸出電壓的變化量來(lái)控制調(diào)整管的電壓變化的所以其靈敏度和電壓穩(wěn)定性都不夠理想。采用帶放大器的穩(wěn)壓電路，可以彌補(bǔ)這些不足。圖2.16是一個(gè)帶有放大器的典型電路，圖中VT1是調(diào)整管，接成射極輸出器的形式，負(fù)載電阻是它的射極電阻。R1、R2與并聯(lián)組成分壓器，起到取出輸出電壓的作用，叫做取樣電路。VD是硅穩(wěn)壓二極管，它與限流電阻R3一起組成基準(zhǔn)電壓源。VT2是比較放大器，R4是它的集電極電阻，同

60、時(shí)也是管的偏流電阻。晶體管把從取樣電路送來(lái)的輸出電壓上升或下降的變化信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相比較，并把比較結(jié)果產(chǎn)生的差值電壓（或者叫做誤差電壓）加以放大，以此來(lái)控制調(diào)整管的管壓降，從而使輸出電壓基本保持穩(wěn)定。因?yàn)榉糯笃鞯淖饔?，很小的輸出電壓的變化，反?yīng)到調(diào)整管上就有比較大的變化，大大提高了調(diào)整管的靈敏度，提高的輸出電壓的穩(wěn)定性。</p><p>　　圖2-16 帶有放大器的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路</p>

61、<p>　　當(dāng)輸入電壓下降或負(fù)載增大時(shí)，輸出電壓減小，取樣電壓相應(yīng)的減小，管基極電位也隨之減小，因?yàn)楣璺€(wěn)壓管兩端的電壓基準(zhǔn)不變所以管的基—射極之間的電壓＝（-）減小，于是管的集電極電流減小，R4兩端的壓降變小，迫使調(diào)整管的基—射極間的電壓＝（--）增大，增大，管的壓降下降，結(jié)果使得輸出電壓＝（-）上升，從而使輸出電壓基本恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值。同理，當(dāng)輸入電壓上升或負(fù)載變小時(shí)，升高，當(dāng)經(jīng)過(guò)反饋調(diào)整作用又會(huì)使下降，從而使輸出電壓基本保

62、持不變。</p><p>　　以上是對(duì)直流穩(wěn)壓電源的核心技術(shù)進(jìn)行的介紹。本次畢設(shè)題目是高精度程控穩(wěn)壓電源，硬件核心就是以上介紹的三個(gè)部分。首先，利用變壓器進(jìn)行市電到所需電壓的轉(zhuǎn)變，在設(shè)計(jì)中采用220V～24V的變壓器，將市電電壓降低，之后采用橋式整流電路，對(duì)電壓進(jìn)行整流。一方面，橋式電路使用方便簡(jiǎn)單，另一方面，有現(xiàn)成的集成元件可用。濾波方面采用簡(jiǎn)單的π型RC濾波電路即可。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的電路比較簡(jiǎn)單，且直流要求較強(qiáng)，所

63、以選用π型RC濾波電路。穩(wěn)壓方面選用串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路，在比較放大方面選用集成運(yùn)方代替晶體管，使得電路更加方便，簡(jiǎn)單，而且穩(wěn)定可靠。核心電路如圖2－17所示：</p><p>　　圖2-17 核心電路圖</p><p>　　第4章 硬件部分外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　外圍電路包括程控部分（包括D/A和A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分），保護(hù)電路部分，數(shù)碼管顯示部分，按鍵控制

64、部分。其中，程控，D/A和A/D是系統(tǒng)的調(diào)整核心部分，基準(zhǔn)電壓的輸出和反饋電壓的接受與調(diào)整都是靠它們來(lái)完成。保護(hù)電路是保護(hù)硬件部分安全的，確保硬件不會(huì)因電流過(guò)大而毀掉。顯示部分是反饋給人信息的部分，通過(guò)它可以用來(lái)調(diào)整所需電壓，而且可以知道輸出的是否是自己的所需。</p><p><b>　　4.1 程控部分</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用了AT89C51作為系

65、統(tǒng)的核心。通過(guò)控制D/A轉(zhuǎn)換來(lái)輸出基準(zhǔn)電壓，通過(guò)控制A/D轉(zhuǎn)換來(lái)讀取反饋電壓，并自動(dòng)調(diào)整D/A的輸出來(lái)使輸出電壓穩(wěn)定，達(dá)到程控穩(wěn)壓的目的。</p><p>　　4.1.1 8051單片機(jī)</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性

66、能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　4.1.2 D/A和A/D芯片</p><

67、p>　　在設(shè)計(jì)中，需要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量來(lái)控制穩(wěn)壓電路的輸出，同時(shí)，也需要將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量來(lái)反饋輸出的狀態(tài)，送單片機(jī)處理，進(jìn)行控制。這就需要D/A和A/D芯片。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)很多，我們最關(guān)心的是 ：分辨率，指輸入單位數(shù)字量變化引起的模擬量輸出的變化，是對(duì)輸入量變化敏感程度的描述；建立時(shí)間，是描述轉(zhuǎn)換速度快慢的一個(gè)參數(shù)，用于表明轉(zhuǎn)換速度；轉(zhuǎn)換精度，理想情況下，精度與分辨率基本一

68、致，位數(shù)越多精度越高。但由于電源電壓、參考電壓、電阻等各種因素存在誤差。嚴(yán)格講精度與分辨率并不完全一致，只要位數(shù)相同，分辨率則相同，但相同位數(shù)的不同轉(zhuǎn)換器精度會(huì)有所不同。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所使用的D/A轉(zhuǎn)換器是MAX508，它是美國(guó)美信公司生產(chǎn)的具有內(nèi)部參考，電壓輸出型2位D/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換電壓具有相同參考極性，允許但電源工作，內(nèi)部包含一個(gè)BURIED—ZENER參考電源，積分轉(zhuǎn)換器（DAC），電壓輸

69、出放大器。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換其（ADC）的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)處理進(jìn)行處理。</p><p>　　根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的原理可將A/D轉(zhuǎn)換器分為兩大類。一類是直接型A/D轉(zhuǎn)換器，另一類是間接型A/D轉(zhuǎn)化器。在直接型A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬電壓被直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，不經(jīng)任何中間變量；在間接型轉(zhuǎn)換器中，首先把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成某種中間變量（時(shí)間、頻率、脈沖寬

70、度等等），然后在把這個(gè)中間變量變換為數(shù)字代碼輸出。盡管A/D轉(zhuǎn)化器的種類很多，但目前應(yīng)用較廣泛的主要有以下幾種：逐次逼近式轉(zhuǎn)換器、雙積分式轉(zhuǎn)換器、Σ－Δ式A/D轉(zhuǎn)換器和V/F轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所使用的芯片是MAX197，它是美國(guó)美信公司生產(chǎn)的多量程、12位數(shù)據(jù)采集（ADC）,芯片工作電壓僅為5伏；即接收高于電源電壓的模擬信號(hào)，又可以接收低于地電位的模擬信號(hào)；芯片有8個(gè)獨(dú)立的模擬輸入通道；對(duì)輸入

71、的模擬信號(hào)提供了四個(gè)可編程輸入量程；伏，伏，0到＋5伏，0到＋10伏，四個(gè)量程將有效的動(dòng)態(tài)輸入范圍增加到14位；為4~20毫安信號(hào)和由伏或供電的傳感器到單5伏系統(tǒng)提供了靈活的接口；變換器的耐壓容限達(dá)到了 伏、該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器具有5MHZ帶寬，100K SPS的吞吐率，由軟件控制選擇內(nèi)/外部時(shí)鐘，由軟件控制內(nèi)/外部啟動(dòng)采集，8＋4并行數(shù)據(jù)接口，內(nèi)部4.096伏或外供參考電壓。硬件的SHDN腳和兩個(gè)軟件可編程位（STBYPD、FULLPD）用

72、來(lái)提供轉(zhuǎn)換過(guò)程中的低電流關(guān)斷模式。</p><p>　　MAX197具有標(biāo)準(zhǔn)的微處理器接口，8位數(shù)據(jù)總線構(gòu)成了三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口，數(shù)據(jù)存取與總線釋放時(shí)序特性與常規(guī)微處理器芯片兼容，其邏輯輸入輸出皆與TTL或CMOS邏輯電平兼容。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所使用的MAX197為DIP28引腳的封裝形式，其引腳包括數(shù)據(jù)輸出線，片選控制線，電源以及地端，還有8個(gè)模擬輸入通道，具體引腳見(jiàn)附錄中的

73、總體電路圖。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用ATC8051，用其P0口作為數(shù)據(jù)的輸入輸出口，在D/A轉(zhuǎn)換階段用于輸出D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，在A/D轉(zhuǎn)換階段，用于接收MAX197的輸出數(shù)據(jù)。MAX508和MAX197共用P0口，構(gòu)成數(shù)據(jù)總線。采用兩條處理語(yǔ)句來(lái)分別傳送數(shù)據(jù)的高四位和低八位。P2口高四位用于控制MAX508，其低四位用于控制MAX197，構(gòu)成地址總線。通過(guò)地址的不同來(lái)控制對(duì)哪一個(gè)芯片進(jìn)行操作。MAX50

74、8的輸出作為基準(zhǔn)電壓，接在運(yùn)放的正端，MAX197接取樣電路，取樣為輸出的1/8，轉(zhuǎn)換后作為輸出的比較進(jìn)行智能調(diào)整，以得到穩(wěn)定的電壓輸出。MAX197端接單片機(jī)的端，單片機(jī)中采用查詢方式，查詢端是否有標(biāo)準(zhǔn)中斷信號(hào)，來(lái)判斷MAX197是否轉(zhuǎn)換完成。</p><p>　　4.1.3 單片機(jī)外圍電路</p><p>　　單片機(jī)的外圍電路包括復(fù)位和時(shí)鐘電路，這兩個(gè)電路是單片機(jī)正常工作的保證。復(fù)位電

75、路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。如圖所示</p><p>　　圖3-1 上電復(fù)位電路 圖3-2 按鈕復(fù)位電路</p><p>　　最簡(jiǎn)單的是上電復(fù)位點(diǎn)路，本次用的就是上電自動(dòng)復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電里實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22uF，R取1K。<

76、/p><p>　　時(shí)鐘電路時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩引腳跨接石英晶體振

77、蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>　　4.2數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　本電路采用的是LED顯示器發(fā)光二極管LED由半導(dǎo)體材料磷砷花鎵或碳化硅等制作成PN結(jié)，當(dāng)正向偏置時(shí)，電流加大，由于電子和空穴復(fù)合釋放出熱量而發(fā)光。LED的正向工作壓降為1.2~2.6V，發(fā)光工作電流在5mA到20mA之間，發(fā)光強(qiáng)度與正向電流成比例，故電路必須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛?lt

78、;/p><p>　　最常見(jiàn)的是七段碼LED數(shù)碼顯示器，有共陰極和共陽(yáng)極兩種連接法，如圖3-3所示，它有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種，本電路采用動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，采用LED動(dòng)態(tài)顯示的方法，由串行口輸出段選碼和位選碼。實(shí)現(xiàn)顯示功能。</p><p>　　圖3-3 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖及接線方法</p><p><b>　　4.

79、3 按鍵電路</b></p><p>　　常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤接口。</p><p>　　1.獨(dú)立式按鍵接口 獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一個(gè)輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵電路配置靈活

80、，軟件簡(jiǎn)單。當(dāng)每個(gè)按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適合用于按鍵較少或者操作速度較高的場(chǎng)合。按鍵直接與8031的I/O口線相接，通過(guò)讀I/O口，判定各I/O口線的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。</p><p>　　2.按鍵的確認(rèn) 鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開(kāi)的話，那么低電平則表示鍵閉合，所以通過(guò)對(duì)行線電平

81、的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確定鍵按下的與否。為了確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作之確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響。</p><p>　　3．如何消除按鍵抖動(dòng) 消除按鍵抖動(dòng)通常采用硬件、軟件兩種方法：硬件消除按鍵抖動(dòng)一般采用雙穩(wěn)態(tài)消抖電路；軟件消除按鍵抖動(dòng)</p><p>　　如果按鍵較多，硬件消抖將無(wú)法勝任，因此常采用軟件的方法進(jìn)行消抖。在第一次檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序

82、后再確認(rèn)該案件抖動(dòng)時(shí)否認(rèn)保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有按鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。</p><p><b>　　4.4 保護(hù)電路</b></p><p>　　保護(hù)功能的作用是：在穩(wěn)壓電路正常工作的情況下，保護(hù)電路對(duì)穩(wěn)壓電路基本上沒(méi)有影響。當(dāng)電路發(fā)生異常時(shí)，保護(hù)電路起作用。穩(wěn)壓電源的保護(hù)功能基本上有兩種，其一，過(guò)流或短路保護(hù)，這是為防止穩(wěn)壓電

83、源輸出過(guò)載或短路時(shí)流過(guò)調(diào)整管的電流過(guò)大而造成調(diào)整管損壞。其二，過(guò)電壓保護(hù)，這是為了防止穩(wěn)壓電源出現(xiàn)異常時(shí)輸出過(guò)大電壓而損壞伏在。另外，還有過(guò)熱保護(hù)。</p><p>　　4.4.1 用穩(wěn)壓管保護(hù)</p><p>　　電路如圖3.1所示：電路中的R為檢測(cè)電阻，用以檢測(cè)輸出電流的大小，D為低壓硅穩(wěn)壓管，可以在必要的時(shí)候?qū)φ{(diào)整管基極電流起到分流的和限制的作用。</p><p&

84、gt;　　當(dāng)輸出電流小于一定值時(shí)，＋*R<,穩(wěn)壓管D的外加電壓小于其反向擊穿電流，D截至，對(duì)整個(gè)電路不起無(wú)影響；當(dāng)輸出電流大于設(shè)定值時(shí)，＋*R＝，該穩(wěn)壓管被擊穿，起到穩(wěn)壓作用，使得 ＋*R＝穩(wěn)定值，并不再起變化。</p><p>　　圖3-1 穩(wěn)壓管保護(hù)電路</p><p>　　此時(shí)，限制穩(wěn)壓管得最大輸出電流為＝（-）/R.。式中為保護(hù)穩(wěn)壓管得穩(wěn)定值，為調(diào)整管發(fā)射結(jié)正電壓，R為檢測(cè)

85、電阻。對(duì)于硅管，約等于0.7伏左右，為使R不致?lián)p耗太大得輸出功率，其值不應(yīng)過(guò)大，可見(jiàn)也不應(yīng)過(guò)大，通常為1～2伏左右。</p><p>　　4.4.2 二極管組成得過(guò)流保護(hù)電路</p><p><b>　　電路如圖所示：</b></p><p>　　圖3-2 二極管組成的過(guò)流保護(hù)電路</p><p>　　為保護(hù)管的基極電阻

86、，R為檢測(cè)電阻，當(dāng)檢測(cè)電壓R小于保護(hù)管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓時(shí)和上的壓降時(shí)，保護(hù)管不工作，在安全范圍內(nèi)工作；當(dāng)大于一定值時(shí)，R將使保護(hù)管導(dǎo)通，其集電極電流為調(diào)整管的基極電流分流，使調(diào)整管基極電流、集電極電流及輸出電流相應(yīng)減小，從而起到限制作用。</p><p>　　在畢設(shè)的電路設(shè)計(jì)中，取第二種方案，使用過(guò)流保護(hù)方式，來(lái)保護(hù)調(diào)整管不會(huì)被燒掉。</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p&g

87、t;<p>　　5.1 系統(tǒng)核心指令系統(tǒng)</p><p>　　指令的表示方法成為指令格式，一條指令通常有兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)。操作碼用來(lái)規(guī)定指令進(jìn)行什么操作，而操作數(shù)則是指令操作的對(duì)象。操作數(shù)可能是一個(gè)具體的數(shù)據(jù)，也可能是指出到哪里取得數(shù)據(jù)的地址或符號(hào)。在該指令系統(tǒng)中有單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令三種不同長(zhǎng)度的指令，指令長(zhǎng)度不同，指令格式也不同。</p><p>

88、;　　大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)，都需要使用操作數(shù)。尋址方式就是在指令中說(shuō)明操作數(shù)所在地址的方法。一般來(lái)說(shuō)，尋址方式越多，功能越強(qiáng)大，靈活性越大，指令系統(tǒng)也就越復(fù)雜。該指令系統(tǒng)具有7種尋址方式：寄存器尋址方式；直接尋址方式；寄存器間接尋址方式；立即尋址方式；基址寄存器加變址寄存器間接尋址方式；位尋址方式；相對(duì)尋址方式等等。</p><p>　　該指令系統(tǒng)大致可分為5類：數(shù)據(jù)傳送類指令；算術(shù)操作類指令；邏輯運(yùn)算類指令；控制轉(zhuǎn)

89、移類指令；位操作類指令等等。</p><p>　　5.2 軟件系統(tǒng)流程</p><p>　　整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心是D/A變化、A/D變換和數(shù)據(jù)的比較及調(diào)整方面。大體思路是：首先，由用戶通過(guò)鍵盤輸入所需要的輸出電壓，在確定后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換開(kāi)始，先進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，輸出用戶所需電壓的1/8作為基準(zhǔn)電壓，待系統(tǒng)反應(yīng)結(jié)束后，由取樣電路取得輸出電壓的1/8送A/D轉(zhuǎn)換器，待轉(zhuǎn)化結(jié)束后單片機(jī)接受取樣數(shù)據(jù)，并調(diào)

90、用智能比較調(diào)整程序，來(lái)控制MAX508的輸入數(shù)據(jù)，從而影響基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　主程序流程如圖4-1所示：</p><p><b>　　圖4-1 主流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)初始化時(shí)，屏蔽中斷，設(shè)置好MAX197的程序控制字，采用查詢方式查詢端，來(lái)判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成。調(diào)用D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，首先進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換，將BCD碼轉(zhuǎn)換

91、成二進(jìn)制碼，然后調(diào)用除法程序，根據(jù)MAX508的輸出電壓方式，得到12位標(biāo)準(zhǔn)的適合MAX508輸出的二進(jìn)制碼。由508輸出基準(zhǔn)電壓。待MAX197轉(zhuǎn)換完成，讀取數(shù)據(jù)到單片機(jī)中，調(diào)用比較調(diào)整程序，自動(dòng)調(diào)整508的輸出，使最終的輸出結(jié)果穩(wěn)定而且達(dá)到用戶的需要。</p><p>　　D/A程序包括了調(diào)用碼制轉(zhuǎn)換，調(diào)用數(shù)據(jù)調(diào)整（即除法程序）及輸出。首先輸出地址，選定MAX508，然后由P0口輸出二進(jìn)制碼，分兩次輸出，先低

92、后高。程序較簡(jiǎn)單，就不畫出流程了。</p><p>　　A/D數(shù)據(jù)接收程序，就是當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，由單片機(jī)接收轉(zhuǎn)換結(jié)果的程序。首先輸出地址信息，通過(guò)MAX197的片選端選定芯片，分兩次通過(guò)P0口接收數(shù)據(jù)，存到特定單元</p><p>　　顯示程序，采用動(dòng)態(tài)顯示的方法，由串口輸出段選碼和位選碼，并調(diào)用延時(shí)，顯示一段時(shí)間，然后換下一位顯示。</p><p>　　除法

93、程序，除法可以由一系列的減法和移位操作實(shí)現(xiàn)，商位是以串行方式獲得的，一次得一位。首先，把被除數(shù)得高位與除數(shù)相比較，如被除數(shù)高位大于除數(shù)，則商為1，并從被除數(shù)中減去除數(shù)，形成一個(gè)部分余數(shù)；否則商位為0，不執(zhí)行減法。然后把新得部分余數(shù)左移一位，并與除數(shù)再次進(jìn)行比較。循環(huán)此步驟，直到被除數(shù)的所有位都處理完為止，一般商的字長(zhǎng)為n，則需要循環(huán)n次這種除法上商前，先比較被除數(shù)與除數(shù)，根據(jù)比較結(jié)果決定上商1或0，并且只有在商為1時(shí)，才執(zhí)行減法，所以稱

94、之為比較法。流程如圖4-2所示：</p><p>　　除法在本程序中的作用就是用來(lái)計(jì)算輸出的D/A轉(zhuǎn)換碼是多少的。就是用戶所需電壓的1/8在MAX508的5伏電壓的量程下，用什么樣的12</p><p>　　位二進(jìn)制數(shù)才能表示。 </p><p>　　比較調(diào)整程序，就是當(dāng)單片機(jī)接收到A/D轉(zhuǎn)換完成后所送來(lái)的反饋結(jié)果后，進(jìn)行比較判斷，來(lái)進(jìn)一步調(diào)整D/A的輸出，從而使

95、電壓更加穩(wěn)定的程序。流程如圖4-3所示：</p><p>　　之后，判斷結(jié)果是否理想，來(lái)決定下一步是返回還是繼續(xù)進(jìn)行D/A變換，繼續(xù)調(diào)整輸出電壓。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　硬件部分采用了多個(gè)芯片，但沒(méi)找到合適的要求供電一致的芯片，故而使用了多個(gè)78系列穩(wěn)壓芯片為單片機(jī)、D/A、A/D等供電，使得系統(tǒng)散熱大

96、，不易于集成化，而且費(fèi)用較高。改進(jìn)方法是試著尋找供電一致的芯片或試著由系統(tǒng)自己供電，減少78系列芯片的使用。</p><p>　　軟件方面采用查詢方式相應(yīng)按鍵，會(huì)產(chǎn)成相應(yīng)不及時(shí)的問(wèn)題。在D/A和A/D數(shù)據(jù)處理時(shí)采用了除法子程序，處理時(shí)間比較長(zhǎng)。在數(shù)據(jù)處理方面占用的大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，而且程序編寫出來(lái)比較復(fù)雜。同時(shí)匯編語(yǔ)言編譯器的糾錯(cuò)功能不是很強(qiáng)大，造成了軟件調(diào)試?yán)щy。以后再開(kāi)發(fā)硬件系統(tǒng)時(shí)，除要求對(duì)硬件操作很高的場(chǎng)

97、合外，會(huì)使用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行編程，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程等等。</p><p>　　本文給出了一個(gè)高精度程控穩(wěn)壓電源的解決方案，初步設(shè)計(jì)了能夠人為控制輸出，輸出范圍在0～25V之間的，穩(wěn)定精度能達(dá)到要求的程控穩(wěn)壓電源。</p><p>　　該系統(tǒng)由硬件和軟件部分組成，在查閱并學(xué)習(xí)現(xiàn)有的模塊電路之后，選合適的電路進(jìn)行組合。硬件部分由220V輸入，24V輸出變壓器、橋式整流電路、π型RC濾波電路、帶有

98、運(yùn)放的串聯(lián)調(diào)整型晶體管穩(wěn)壓電路組出核心模擬電路部分，由單片機(jī)、D/A芯片MAX508、A/D芯片MAX197組成數(shù)控電路，外圍電路包括數(shù)碼管顯示部分、按鍵部分、保護(hù)電路部分。軟件部分利用單片機(jī)語(yǔ)言編程，控制D/A數(shù)據(jù)輸出和A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的接收，通過(guò)接收反饋電壓，對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)整并顯示輸出電壓。</p><p>　　系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要由穩(wěn)壓調(diào)整部分和單片機(jī)控制部分。運(yùn)放LM324的正端接D/A輸出的基準(zhǔn)電壓，負(fù)端接反

99、饋電壓，單片機(jī)控制基準(zhǔn)電壓的輸出，同時(shí)根據(jù)反饋電壓來(lái)調(diào)整基準(zhǔn)電壓的大小。基本過(guò)程：用戶輸入所需電壓，根據(jù)所需電壓計(jì)算D/A的輸出，通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出，同時(shí)反饋輸出電壓給單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)反饋電壓的大小，與基準(zhǔn)電壓比較并調(diào)整，同時(shí)判斷輸出是否達(dá)到要求。</p><p>　　系統(tǒng)在芯片供電方面和軟件設(shè)計(jì)方面存在不足，造成費(fèi)用較高，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。</p><p><b>　　致謝

100、</b></p><p>　　作為一個(gè)專科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有老師的督促指導(dǎo)，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。所以在這里首先要感謝方華麗老師，她在百忙之中抽空給我指導(dǎo)寫畢業(yè)設(shè)計(jì)。從理論學(xué)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。其次要忠心的感謝指導(dǎo)我理論學(xué)習(xí)的老師，他們給予了我很多學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和技巧，以

101、及與我一起學(xué)習(xí)和作畢業(yè)設(shè)計(jì)的各位同學(xué)，他們給了我許多建議和意見(jiàn)。在這次設(shè)中我克服了許多困難，最后將設(shè)計(jì)圓滿的完成。</p><p>　　最后，我要感謝我的母校,感謝她這三年來(lái)的培育!</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 黃珍貴.基于D/A轉(zhuǎn)換器的程控電源設(shè)計(jì).沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2004.3, 12～16

102、</p><p>　　2 周加超.直流穩(wěn)壓電源的演變過(guò)程.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2005.3, 25～27</p><p>　　3 賀洪江.一種高精度數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì).河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào),</p><p>　　2000.1,33～39</p><p>　　4 程曉玲,數(shù)字給定式穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì),天津輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) ,2003.2

103、 45～46</p><p>　　5 程杰寶,實(shí)用高效率直流穩(wěn)壓電源.實(shí)用電子制作,2003.5,25～26</p><p>　　6 陳希.可網(wǎng)絡(luò)化管理的高精度多路數(shù)控直流電源.浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào), 2005.3,23～26</p><p>　　7 樊俊峰.新型分布式直流電源系統(tǒng)（碩士學(xué)位論文）.河海大學(xué),</p><p>　　

104、2003.3,5～11</p><p>　　8 朱艷萍.軟開(kāi)關(guān)高功率因數(shù)“綠色”開(kāi)關(guān)電源研究（碩士學(xué)位論文）. </p><p>　　燕山大學(xué),2003.3,31～34</p><p>　　9 張毅剛，彭喜元，姜守達(dá). 新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì). 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003，25~26,29~50,53~67,203~213,322~376

105、 </p><p>　　10 周志敏，周紀(jì)海. 開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.人民郵電出版社，2003，1～16 </p><p>　　11 康華光,陳大欽,電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.高等教育出版社,1999，443-467</p><p>　　12 曲學(xué)基，王增福，曲敬凱.穩(wěn)定電源基本原理與工藝設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，2004，142～200</p><

106、;p>　　13 何希才，張名莉.新型穩(wěn)壓電源及應(yīng)用實(shí)例，電子工業(yè)出版社，2004.5，1～54</p><p>　　14 段九州.電源電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)，遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.8，1～41</p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　MAX508引腳圖如圖：</p><p><b&g