畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的數(shù)字PWM控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用(硬件).doc

論文題目：基于單片機(jī)的數(shù)字PWM控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用(硬件)專(zhuān) 業(yè)：微電子學(xué)摘 要PWM很大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，對(duì)噪聲抵抗能力的很強(qiáng)，噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響，所以用來(lái)控制開(kāi)關(guān)電源非常理想，得到了很好的應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)及其迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法如現(xiàn)代控制理論、非線(xiàn)性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。尤其是PWM控制器應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源的控制，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源目前便攜式設(shè)備市場(chǎng)需求巨大，DC-DC開(kāi)關(guān)電源的需求也越來(lái)越大，性能要求也越來(lái)越高，使得DC-DC開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)也更具挑戰(zhàn)性。 51單片機(jī)本身是沒(méi)有PWM接口的，本文是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)PWM在一定的頻率的方波中，調(diào)整高電平和低電平的占空比，控制BUCK電路。關(guān)鍵詞：數(shù)字PWM，占空比可調(diào)，開(kāi)關(guān)電源Subject：Based on Single Chip Microcomputer digital PWM controller design and application (hardware)Specialty：MicroelectronicsName： Wang Lei Signature Instructor：Liu Shulin Signature ABSTRACTOne advantage of a PWM from processor to be control system is in the form of digital signal and no analog-to-digital conversion, the strong resistance to noise, the noise in strong enough to will only logic 1 change for logic 0 or will logic 0 change for logic 1, can also influence of digital signal, so used to control switch power supply very ideal, got a good application. In the 1980 s, as all-controlling power electronics device of the emergence and its rapid development, PWM control technology to really get the application. Along with the power electronic technology, microelectronics technology and automatic control technology and the development of new methods such as the theory of modern control theory, the application of the nonlinear control system, PWM control technology achieved unprecedented development. Especially PWM controller used in the control of switch power supply, because the switch power supply currently portable equipment large market demand, DC-DC switch power demand is more and more big, the performance requirements also more and more high, make DC-DC switch power design also is more challenging. 51 Single Chip Microcomputer itself is no PWM interface, this paper is through the software implementation in certain frequency PWM of square wave, adjust the high level and low level of than the air, BUCK control circuit.Keywords: digital PWM, occupies empties compared adjustable, switching power supply.目 錄第一章 緒 論61.1 研究意義及背景61.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)71.3 主要工作內(nèi)容81.4 本章小結(jié)8第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及硬件電路簡(jiǎn)介92.1電路圖簡(jiǎn)介92.1.1 可調(diào)數(shù)字PWM92.1.2 數(shù)字PWM對(duì)BUCK電路的控制132.4 方案結(jié)果142.5 本章小結(jié)14第三章 單片機(jī)簡(jiǎn)介及數(shù)模裝換芯片153.1 單片機(jī)的工作原理153.1.1 單片機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介153.1.2 單片機(jī)功能引腳163.2 8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832193.3.1 功能特點(diǎn)193.2.2 外部引腳及其說(shuō)明203.2.3 單片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理203.2.4 ADC0832典型應(yīng)用223.3 數(shù)碼管243.3.1 數(shù)碼管簡(jiǎn)介243.3.2 注意事項(xiàng)253.4 本章小結(jié)25第四章 應(yīng)用電路264.1開(kāi)關(guān)電源的控制264.1.1 BUCK的原理及參數(shù)274.1.2 CCM/DCM區(qū)別及Buck線(xiàn)路的邊界條件294.1.3 各種驅(qū)動(dòng)電路分析334.2 正負(fù)015v可調(diào)模擬電源364.2.1 整流電路圖如下374.2.2 濾波電路圖如下384.2.3 LM317三端正電壓穩(wěn)壓器384.3 本章小結(jié)39第五章 總 結(jié)405.1 論文總結(jié)405.2 工作展望40致 謝41參考文獻(xiàn)42附 錄一43附 錄二44第一章 緒 論1.1 研究意義及背景 PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在20世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。知道進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)及其迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法如現(xiàn)代控制理論、非線(xiàn)性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。 大多數(shù)采用PWM（脈寬調(diào)制）的方法進(jìn)行控制，它有兩種模式：一種是采用模擬電路控制，另一種是采用數(shù)字的控制。模擬控制由于其調(diào)試復(fù)雜等固有原因，正逐漸被淘汰。而在數(shù)字控制技術(shù)中，PWM控制具有精度高，反應(yīng)快，外部連線(xiàn)少，電路簡(jiǎn)單，便于控制等優(yōu)點(diǎn)廣泛的被人們使用，模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。9V電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類(lèi)似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在0V, 5V這一集合中取值。 模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車(chē)收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變??；流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線(xiàn)性比例。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用了微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。 盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀(guān)而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重（如老式的家庭立體聲設(shè)備）和昂貴。模擬電路還有可能?chē)?yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小，所以通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因?？傊?，PWM既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。 1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) PWM控制技術(shù)是一中廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域的技術(shù)，其原理是利用沖量相等而形狀不相同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)時(shí)候，效果基本相同。在國(guó)外，PWM源于上世紀(jì)九十年代，其思想源于通信技術(shù)，但隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展使得PWM理論越來(lái)越成熟，其發(fā)展的速度越來(lái)越快速。已經(jīng)取代傳統(tǒng)的可控硅電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。由原先的“電機(jī)控制”“電氣傳動(dòng)”已發(fā)展到“運(yùn)動(dòng)控制”的新階段。IGBT、MOSFET等為代表的全控型器件的不斷完善給PWM控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著電腦技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在新型的臺(tái)式電腦，筆記本電腦，都已經(jīng)取消了并口和串口，過(guò)去學(xué)習(xí)單片機(jī)大部分是采用并口ISP下載線(xiàn)。我們推出了解決方案 采用USB轉(zhuǎn)串口線(xiàn)配上STC89C52單片機(jī)使用電腦的USB口，就可以輕松實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)燒寫(xiě)單片機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)了，所以STC89C52單片機(jī)具有相當(dāng)好的發(fā)展前景。 在國(guó)內(nèi)PWM有理論基礎(chǔ)逐漸成熟，但在應(yīng)用上，國(guó)內(nèi)外差距也很大。PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用是近年來(lái)才開(kāi)始的，原因是我國(guó)的電子工業(yè)的基礎(chǔ)比較差。PWM調(diào)速系統(tǒng)中所需的關(guān)鍵部件得靠進(jìn)口。近年來(lái)，我國(guó)已開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一些關(guān)鍵部件，從而為該技術(shù)推行奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。PWM電機(jī)調(diào)速方案是未來(lái)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的首選方案，是實(shí)現(xiàn)電機(jī)拖動(dòng)數(shù)字控制的基礎(chǔ)。到目前為止，已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。一般情況下調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬有兩種方法一種方法是采用模擬電路中的調(diào)制方法另一種方法是使用脈沖計(jì)數(shù)法。對(duì)于一般電機(jī)控制采用第一種方法在控制電壓變化時(shí)濾波的實(shí)現(xiàn)存在較大的困難這主要是因?yàn)闉V波頻率較低、濾波精度要求高和濾波電路的參數(shù)不易調(diào)整。因此本設(shè)計(jì)采用由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的脈沖計(jì)數(shù)法。 1.3 主要工作內(nèi)容基于單片機(jī)的數(shù)字PWM控制器的設(shè)計(jì)是采用軟件完成，實(shí)現(xiàn)頻率不變占空比可調(diào)的，然后在此基礎(chǔ)上來(lái)控制開(kāi)關(guān)電源，具體是控制BUCK電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)斬壓可控制的電路。本文將分三章進(jìn)行安排： 設(shè)計(jì)內(nèi)容及硬件電路簡(jiǎn)介； 單片機(jī)簡(jiǎn)介及數(shù)模裝換芯片； 應(yīng)用電路。 1.4 本章小結(jié)本章首先講述了本文的選題背景及研究的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義，然后講述了本課題相關(guān)研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史及本課題的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。提出了本文需要研究的主要內(nèi)容，并對(duì)文中的具體章節(jié)進(jìn)行了安排。 第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及硬件電路簡(jiǎn)介 2.1電路圖簡(jiǎn)介使用Proteus ISIS設(shè)計(jì)電路原理圖如下： 圖2-1 電路原理圖如圖2-1所示，基于單片機(jī)產(chǎn)生按鍵可調(diào)的PWM，控制BUCK電路，驅(qū)動(dòng)MOS管的開(kāi)斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的變換，并通過(guò)芯片ADC0832進(jìn)行采集，并在四位數(shù)碼管顯示。以下對(duì)各分模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：2.1.1 可調(diào)數(shù)字PWM采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替所需要的波形。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。基于單片機(jī)生成占空比可調(diào)的數(shù)字PWM圖如下： 圖2-1-1 可調(diào)的數(shù)字PWM根據(jù)PWM控制技術(shù)的特點(diǎn),到目前為止主要有以下8類(lèi)方法:1). 等脈寬PWM法 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)裝置在早期是用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓.等脈寬PWM法正是為了克服PAM法的這個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的,是PWM法中最為簡(jiǎn)單的一種.它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波,通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻,改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓,采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化.相對(duì)于PAM法,該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu),提高了輸入端的功率因數(shù),但同時(shí)也存在輸出電壓中除基波外,還包含較大的諧波分量。 2).隨機(jī)PWM 在上世紀(jì)70年代開(kāi)始至上世紀(jì)80年代初,由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管,載波頻率一般不超過(guò)5kHz,電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波造成的振動(dòng)引起了人們的關(guān)注.為求得改善,隨機(jī)PWM方法應(yīng)運(yùn)而生.其原理是隨機(jī)改變開(kāi)關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲(在線(xiàn)性頻率坐標(biāo)系中,各頻率能量分布是均勻的),盡管噪音的總分貝數(shù)未變,但以固定開(kāi)關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱.正因?yàn)槿绱?即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用的今天,對(duì)于載波頻率必須限制在較低頻率的場(chǎng)合,隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價(jià)值;另一方面則說(shuō)明了消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率,隨機(jī)PWM技術(shù)正是提供了一個(gè)分析,解決這種問(wèn)題的全新思路.3).SPWM法SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同.SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值.該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案。4).等面積法該方案實(shí)際上就是SPWM法原理的直接闡釋,用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波,然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔,并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中,通過(guò)查表的方式生成PWM信號(hào)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷,以達(dá)到預(yù)期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn),可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在計(jì)算繁瑣,數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大,不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn).5).硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的,其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào),把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波,通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作為載波,當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí),所得到的就是SPWM波形.其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單,可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路,用比較器來(lái)確定它們的交點(diǎn),在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制,就可以生成SPWM波.但是,這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以實(shí)現(xiàn)精確的控制.6).軟件生成法由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易,因此,軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生.軟件生成法其實(shí)就是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法,其有兩種基本算法,即自然采樣法和規(guī)則采樣法. 7).自然采樣法 以正弦波為調(diào)制波,等腰三角波為載波進(jìn)行比較,在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷,這就是自然采樣法.其優(yōu)點(diǎn)是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性,脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距,從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程,計(jì)算繁瑣,難以實(shí)時(shí)控制.8).規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法,一般采用三角波作為載波.其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波,再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷,從而實(shí)現(xiàn)SPWM法.當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn)(或底點(diǎn))位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí),由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬,在一個(gè)載波周期(即采樣周期)內(nèi)的位置是對(duì)稱(chēng)的,這種方法稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣.當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí),由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬,在一個(gè)載波周期(此時(shí)為采樣周期的兩倍)內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱(chēng),這種方法稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣. 規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn),其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單,便于在線(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算,其中非對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦.其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低,線(xiàn)性控制范圍較小. 2.1.2 數(shù)字PWM對(duì)BUCK電路的控制 應(yīng)用方案是利用數(shù)字PWM對(duì)BUCK電路的控制實(shí)現(xiàn)直流斬壓，并使用數(shù)模裝換芯片現(xiàn)實(shí)電壓變化. 圖2-2-2 BUCK電路 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)思想是，利用自舉升壓結(jié)構(gòu)將上拉驅(qū)動(dòng)管Q1的柵極（B點(diǎn)）電位抬升，使得UBVDD+VTH ，則NMOS管工作在線(xiàn)性區(qū)，使得VDS 大大減小，最終可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輸出高電平達(dá)到VDD。而在輸出低電平時(shí)，下拉驅(qū)動(dòng)管本身就工作在線(xiàn)性區(qū)，可以保證輸出低電平位GND。因此無(wú)需增加自舉電路 也能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 考慮到此驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用于升壓型DCDC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)，負(fù)載電容CL很大，一般能達(dá)到幾十皮法，還需要進(jìn)一步增加輸出電流能力，因此增加了晶體管 Q1作為上拉驅(qū)動(dòng)管。這樣在輸入端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，Q1導(dǎo)通，由Q1同時(shí)提供電流，OUT端電位迅速上升，當(dāng)OUT端電位上升到 VDDVBE時(shí)，Q1截止，繼續(xù)提供電流對(duì)負(fù)載電容充電，直到OUT端電壓達(dá)到VDD。2.4 方案結(jié)果通過(guò)單片機(jī)軟件程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)字PWM的設(shè)計(jì)，并完成對(duì)BUCK電路的控制，通過(guò)電壓采集與顯示，電壓的變換隨著PWM占空比的變化而變化。具體參數(shù)如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)頻率為30KHZ，占空比20%可調(diào)，幅值為5V的輸出，BUCK輸入電壓12V，電感100mh，輸出100mA，電壓輸出范圍3V8V。 2.5 本章小結(jié)本章主要介紹了整體的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)，在以后幾章節(jié)中會(huì)對(duì)各個(gè)分模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 第三章 單片機(jī)簡(jiǎn)介及數(shù)模裝換芯片3.1 單片機(jī)的工作原理3.1.1 單片機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。它是在一塊芯片上集成嵌入了CPU、RAM和ROM存儲(chǔ)器、I/O接口等而構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。因主要用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域，故又稱(chēng)為微控制器或嵌入式控制器。單片機(jī)的核心是中央處理器CPU。用超大規(guī)模集成技術(shù)把CPU集成在一塊芯片上，稱(chēng)為微處理器。微處理器、微控制器和微型計(jì)算機(jī)三者的關(guān)系十分密切。目前單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中已占重要地位。各電氣廠(chǎng)商、機(jī)電行業(yè)和測(cè)控企業(yè)都把單片機(jī)作為本部門(mén)產(chǎn)品更新?lián)Q代、產(chǎn)品智能化的重要工具。單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過(guò)程也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，即一條條執(zhí)行的指令的過(guò)程所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫(xiě)下來(lái)這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的。一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作，單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)不同種類(lèi)的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問(wèn)題編成一系列指令，這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令。這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元，最小的存儲(chǔ)單位組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里。單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣。每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱(chēng)為存儲(chǔ)單元的地址。這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行。必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器PC，包含在CPU中。在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，給PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長(zhǎng)度決定，可能是1、2或3。以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。 3.1.2 單片機(jī)功能引腳STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能，8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線(xiàn)，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作?；趩纹瑱C(jī)的PWM調(diào)光9止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz6T/12T可選。 圖3-1-2 AT89C51引腳圖上圖為STC89C52引腳圖以及各引腳功能。各功能引腳的簡(jiǎn)介如下：VCC：供電電壓。GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流，ILL這是由于上拉的緣故。P3口的第二功能： P3.0RXD串行輸入口 P3.1TXD串行輸出口 P3.2/INT0外部中斷0 P3.3/INT1外部中斷1 P3.4T0計(jì)時(shí)器0外部輸入 P3.5T1計(jì)時(shí)器1外部輸入 P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 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/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。下圖為單片機(jī)振蕩電路： 圖3-1-3單片機(jī)振蕩電路3.2 8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC08323.3.1 功能特點(diǎn)ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)三線(xiàn)接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。其主要特點(diǎn)如下：（1）8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V；（2）5V單電源供電；（3）輸入模擬信號(hào)電壓范圍為05V；（4）輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；（5）在250KHZ時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；（6）具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；（7）功耗低，15mW。3.2.2 外部引腳及其說(shuō)明ADC0832有DIP和SOIC兩種封裝，DIP封裝的ADC0832引腳排列,如下圖所示。 圖 3-2-1 ADC0832引腳圖各引腳說(shuō)明如下： CS片選端，低電平有效。 CH0，CH1兩路模擬信號(hào)輸入端。 DI兩路模擬輸入選擇輸入端。 DO模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。 CLK串行時(shí)鐘輸入端。 Vcc/REF正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。 GND電源地。3.2.3 單片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理一般情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線(xiàn)，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線(xiàn)上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK提供時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)位。在第2、3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見(jiàn)表1。輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+表1 ADC0832配置位如表1所示，當(dāng)配置位2位數(shù)據(jù)為1、0時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為1、1時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、0時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、1時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)時(shí)鐘脈沖開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位D7，隨后每一個(gè)脈沖DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)D0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出D0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。下圖為ADC0832時(shí)序圖。圖3-2-2 ADC0832時(shí)序圖3.2.4 ADC0832典型應(yīng)用 單片機(jī)串行口方式0與ADC0832接口圖3-2-3 ADC0832與單片基接口 如圖所示，AT89C51的P1.7為片選信號(hào)端，TXD是時(shí)鐘信號(hào)輸出端，RXD為啟動(dòng)信號(hào)，模擬通道選擇信號(hào)發(fā)送端以及A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)據(jù)的接收端。 ADC0832的時(shí)鐘頻率最高為400KHZ，單片機(jī)AT89C51晶振選用4MHZ，在TXD端的輸出頻率為4MHZ/12=333KHZ，符合要求。 ADC0832 輸出的串行數(shù)據(jù)共15位，由兩段8位數(shù)據(jù)組成，前一段是最高位在先，后一段是最高位在后，兩段數(shù)據(jù)的最低位共用。只有在時(shí)鐘的下降沿，ADC0832的串行數(shù)據(jù)才移出一位。由單片機(jī)控制時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，并由TXD發(fā)出，以達(dá)到控制ADC0832輸出數(shù)據(jù)位的目的。為了得到一列完整的8位數(shù)據(jù)，單片機(jī)分兩次采集含有不同位的數(shù)據(jù)，再合成一列完整的8位數(shù)據(jù)。 當(dāng)REN=0時(shí)，AT89C51連續(xù)一次向ADC0832發(fā)送8個(gè)時(shí)鐘脈沖，前3個(gè)脈沖發(fā)送的是啟動(dòng)位和模擬通道選擇位，共計(jì)3位；從第4個(gè)脈沖下降沿開(kāi)始，ADC0832發(fā)出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D7D4（在脈沖上升沿單片機(jī)方可接收）。但由于REN=0，單片機(jī)不予接收，丟失D7D4數(shù)據(jù)。當(dāng)REN=1時(shí)，單片機(jī)又向ADC0832連續(xù)發(fā)出8個(gè)時(shí)鐘脈沖，其輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D3，D2，D1，和d0,d1,d2,d3,d4,存入累加器A形成如下結(jié)構(gòu)： 累加器A d4d3d2d1d0D1D2D3MSB LSB上述數(shù)據(jù)右移3位，并屏蔽掉高3位，暫存于寄存器B，得到如下結(jié)構(gòu)： 寄存器B000d4d3d2d1d0MSB LSB 單片機(jī)第二次接收，可得到下列數(shù)據(jù)： 累加器A XXXXXd7d6d5MSB LSB以上數(shù)據(jù)左移5位，并屏蔽低5位，送入累加器A，得到如下結(jié)構(gòu)： 累加器Ad7d6d500000 MSB LSB進(jìn)行（A）+（B）（A）運(yùn)算，得到如下結(jié)構(gòu)：累加器Ad7d6d5d4d3d2d1d0MSB LSB從而得到一個(gè)完整的8位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。3.3 數(shù)碼管3.3.1 數(shù)碼管簡(jiǎn)介四位七段數(shù)碼管引腳圖的內(nèi)部的四個(gè)數(shù)碼管共用adp這8根數(shù)據(jù)線(xiàn)，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗兴膫€(gè)數(shù)碼管，所以它有四個(gè)公共端，加上adp，共有12個(gè)引腳，下面便是一個(gè)共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽(yáng)的與之相反）。 下圖為四位數(shù)碼管內(nèi)部示意圖： 圖3-3-1 四個(gè)數(shù)碼管1).段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻2).使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定3).使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流 4-5mA峰值 電流100mA。3.3.2 注意事項(xiàng) 數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說(shuō)明： （a）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角； （b）焊接溫度：度；焊接時(shí)間： （c）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來(lái)。 3.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了單片機(jī)的發(fā)展和各功能的引腳，對(duì)單片機(jī)有個(gè)更為系統(tǒng)的認(rèn)知，然后介紹了數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片0832，以及0832與單片機(jī)的鏈接方式。 第四章 應(yīng)用電路4.1開(kāi)關(guān)電源的控制與電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,電子設(shè)備,有越來(lái)越多的人工作以電子設(shè)備、生活越來(lái)越密切的關(guān)系。任何電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠供電電源的需求,他們也越來(lái)越高。電子設(shè)備的小型化、低成本的光的力量又瘦,小而高效的為發(fā)展方向。開(kāi)關(guān)電源工作原理是:第一效用成粉末整流器和直流滲入,然后通過(guò)開(kāi)關(guān)電路、高頻開(kāi)關(guān)高頻變壓器低壓脈沖,再經(jīng)過(guò)精餾和濾波電路,最后輸出低壓直流電源。與此同時(shí),在部分有一個(gè)電路的輸出反饋控制電路,通過(guò)控制PWM占空比實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的控制原理來(lái)分類(lèi),我們有以下三種工作模式:1)脈沖寬度調(diào)整式,簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)制PulseWidth脈沖寬度調(diào)制(PWM)的類(lèi)型、詞的縮寫(xiě)。其主要特點(diǎn)是固定開(kāi)關(guān)頻率、脈沖寬度調(diào)節(jié),通過(guò)改變電壓390 v,實(shí)現(xiàn)的目的。其核心是脈沖寬度調(diào)制器。開(kāi)關(guān)周期固定設(shè)計(jì)濾波電路,提供了方便。然而,其缺點(diǎn)是受到限制開(kāi)關(guān)電源傳導(dǎo)時(shí)間最少的輸出電壓不能廣泛調(diào)節(jié);此外,輸出將假負(fù)載通常(也稱(chēng)為預(yù)負(fù)荷),以防止拖動(dòng)當(dāng)輸出電壓升高。目前,大部分的集成開(kāi)關(guān)電源采用PWM方式。2)脈沖頻率調(diào)制方式脈沖頻率調(diào)制(,即PulseFrequency調(diào)制,縮寫(xiě)為烤瓷)類(lèi)型。其特點(diǎn)是將通過(guò)改變脈沖寬度固定開(kāi)關(guān)頻率來(lái)調(diào)節(jié)電壓390 v,實(shí)現(xiàn)的目的。其核心是脈沖頻率調(diào)制器。電路設(shè)計(jì)使用固定脈寬發(fā)電機(jī)取代脈寬調(diào)制器和使用鋸齒波發(fā)生器電壓?變頻器(例如壓控振蕩器頻率壓控振蕩器的變化)。在電壓穩(wěn)定性的原則是:當(dāng)正和輸出電壓的升高,輸出信號(hào)控制器脈沖寬度不變,而周期較長(zhǎng),使正和390 v減小,減小。PFM類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的范圍很廣,輸出端不滿(mǎn)足假負(fù)載。PWM方式和途徑調(diào)制波形烤瓷分別載于本許可證圖1(a),(b)顯示、tp說(shuō)脈沖寬度(即功率開(kāi)關(guān)管傳導(dǎo)時(shí)間噸),T代表周期。它可以容易看出兩者的區(qū)別。但是他們有一些共同點(diǎn):(1)所有使用時(shí)間比控制(曾經(jīng))的穩(wěn)壓原理、是否變tp、最后調(diào)整或T脈沖390 v。即使采取了不同的方式,但控制目標(biāo),是殊途同歸。(2)當(dāng)負(fù)荷,重量輕,或輸入電壓,分別通過(guò)增加高改變脈沖寬度、更高頻率的方法,使輸出電壓保持穩(wěn)定。3)混合調(diào)制方式,是指脈沖寬度、開(kāi)關(guān)頻率不固定,彼此可以改變,它屬于方式和烤瓷的混合模式PWM(脈寬調(diào)制)。它包含了脈寬調(diào)制器和脈沖頻率調(diào)制器。因?yàn)楹蚑均可單獨(dú)調(diào)節(jié),所以占空比的調(diào)整范圍最為廣泛,適合制作輸出電壓的實(shí)驗(yàn)室使用廣泛的可調(diào)整開(kāi)關(guān)電源。以上三個(gè)工作統(tǒng)稱(chēng)為“時(shí)間比控制”(作為一種控制,從編織的方法。值得注意的是,脈寬調(diào)制器或作為一個(gè)獨(dú)立的IC使用(例如UC3842型脈寬調(diào)制器),也可以是綜合在DC / DC變換器(例如LM2576式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器集成電路),還可以集成在AC / DC變換器(例如TOP250型單片機(jī)開(kāi)關(guān)電源。其中,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器屬于直流/直流功率轉(zhuǎn)換器,開(kāi)關(guān)電源一般用于AC / DC電源轉(zhuǎn)換器。 4.1.1 BUCK的原理及參數(shù)buck線(xiàn)路（降壓線(xiàn)路）的原理圖如圖1所示，降壓線(xiàn)路的基本特征為：輸出電壓低于輸入電壓，輸出電流為連續(xù)的，輸入電流是脈動(dòng)的。圖4-1-1 buck原理圖 下圖為降壓線(xiàn)路工作時(shí)的理想波形： 圖 4-1-2 降壓線(xiàn)路工作時(shí)的理想波形 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸出電感儲(chǔ)能，流過(guò)電感的電流線(xiàn)性增加，同時(shí)給負(fù)載提供能量；.(1) 開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，輸出電感通過(guò)diode進(jìn)行續(xù)流，流過(guò)電感的電流線(xiàn)性減小。 .(2) 依據(jù)電感伏秒平衡原理可得：.(3) 由式(3)可得：.(4)4.1.2 CCM/DCM區(qū)別及Buck線(xiàn)路的邊界條件 開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路是否工作在CCM或者DCM,主要取決于流過(guò)電感電流是否連續(xù)，當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí)，則開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器工作于CCM(current continuous mode);當(dāng)電感電流不連續(xù)時(shí)，則開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器工作于DCM(current discontinuous mode)。 當(dāng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路工作于CCM/DCM邊界，對(duì)于buck線(xiàn)路而言，即流過(guò)電感的電流紋波與輸出電流相等即： .(5)由式(5)可得邊界條件為: .(6)即:當(dāng)時(shí)，buck變換器工作在CCM模式；當(dāng)時(shí)，buck變換器工作在DCM模式；當(dāng)時(shí)，buck變換器工作在CCM/DCM邊界；（1）buck變換器的DCM時(shí)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系當(dāng)buck變換器工作在DCM時(shí)，則一個(gè)完整的周期分為三個(gè)部分(interval)。即：當(dāng)時(shí)，電感儲(chǔ)能，電感兩端的電壓為：(7)當(dāng)時(shí)，電感釋放能量，電感兩端的電壓為：.(8)當(dāng)時(shí)，電容釋放能量，電感兩端的電壓為：.(9)依據(jù)電感的伏秒平衡原理可得：(10)式中：（2）CCM時(shí)AC等效電路模型(AC equivalent circuit Modeling)建立，考慮輸出電感的寄生阻抗DCR,輸出電容的寄生阻抗ESR。當(dāng)時(shí): .(11).(12) 當(dāng)時(shí)：.(13).(14)使用平均值近似代替小紋波量，即：、將上述式子代入式(11)、(12)、(13)、(14)并計(jì)算電感電壓平均值及電容電流平均值得：.(15).(16)平均輸入電流的平均值為： .(17)構(gòu)建在靜態(tài)工作點(diǎn)（I、V、D）的小信號(hào)ac 模型，即有： 使用上述式子代替式(15)、(16)、(17)并消除DC term(直流分量)得：.(18).(19).(20)由上述三式構(gòu)建小信號(hào)ac等效電路如下圖示 圖 4-1-3 小信號(hào)ac等效電路由上圖可以獲知： .(21) (22)(23).(24).(25)4.1.3 各種驅(qū)動(dòng)電路分析以下進(jìn)行各驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單介紹與對(duì)比：1）直接驅(qū)動(dòng)圖4-1-4 直接驅(qū)動(dòng) 當(dāng)主電路的供電電壓不太高時(shí)，可插入圖上所示的電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)一是當(dāng)輸入電壓Vin較高時(shí)不易處理好；二是電平移動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分需要電荷泵供電，因此電路比較繁復(fù)。 2) 光電耦合器隔離驅(qū)動(dòng)圖4-1-5 光電耦合器隔離驅(qū)動(dòng)這是一種常用的方法，如上圖所示，優(yōu)點(diǎn)是電路比較成熟，但光耦次級(jí)需要隔離電源，由于光耦的速度不是很快，工作頻率不能太高，并可能降低電源的瞬態(tài)響應(yīng)速度。3). 變換MOSFET的位置，直接驅(qū)動(dòng) 圖4-1-6 變換MOSFET的位置 如上圖所示，將MOS管移到供電電源的負(fù)端，就可用IC輸出的信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)成本低，缺點(diǎn)一是輸出地懸浮，抗干擾性差；二是不能直接引進(jìn)反饋，需要再加光耦隔離傳送。4). 變壓器直接隔離驅(qū)動(dòng)圖 4-1-7 變壓器直接隔離驅(qū)動(dòng) 如上圖所示這種直接驅(qū)動(dòng)方法的突出優(yōu)點(diǎn)是成本最低，但是由于變壓