基于DCDC電壓變換器的

1、 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第II 頁 共II頁目 錄引言11緒 論21.1課題背景21.2開關(guān)電源的發(fā)展和趨勢(shì)31.3DC/DC轉(zhuǎn)換器41.4DC/DC轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢(shì)41.5課題研究的目的及意義51.6課題結(jié)構(gòu)安排52方案設(shè)計(jì)62.1設(shè)計(jì)要求62.2方案確定63系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理介紹83.1DC/DC轉(zhuǎn)換器升壓原理83.1.1 連續(xù)工作模式93.1.2 非連續(xù)工作模式113.2PWM調(diào)制方式123.3軟啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法154硬件電路174.1硬件電路所使用芯片簡(jiǎn)介174.1.1 DC/DC轉(zhuǎn)換芯片MC34063174.1.2 單片機(jī)AT89S52204.1.3 ADC0809224

2、.2硬件電路設(shè)計(jì)254.2.1 DC/DC升壓穩(wěn)壓電路模塊254.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊264.2.3 數(shù)據(jù)處理模塊274.2.4 供電選擇模塊274.2.5 電壓顯示模塊285系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)306硬件制作及調(diào)試326.1系統(tǒng)PCB板的設(shè)計(jì)326.1.1 確定PCB的大小326.1.2 布局326.1.3 布線326.2硬件調(diào)試336.2.1 檢測(cè)元器件336.2.2 檢測(cè)各個(gè)引腳信號(hào)347結(jié)論35謝 辭36參考文獻(xiàn)37附 錄38 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第43 頁 共43頁引言近年來隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，越來越多的汽車走進(jìn)了千家萬戶，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪?/p>

3、的一部分。但是由于汽車本身的特點(diǎn)所限，國(guó)家有關(guān)汽車前照燈配光性能標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)燈光亮度指標(biāo)允許在一個(gè)非常大的范圍內(nèi)變化，不同類型、不同功率的大燈亮度指標(biāo)相差很大，再加上供電電壓有一定的允許變化范圍，造成標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)不同大燈實(shí)際亮度差異很大。隨著汽車電子行業(yè)的興起，對(duì)汽車大燈增亮方案的研究也逐漸增多，主要包含以下幾種：(1)增加大燈功率，這種辦法花費(fèi)較低，但是效果有限，反而引起線路的電壓損耗相應(yīng)增加，埋下事故隱患；(2)使用增光線，增光線是指在大燈與電瓶之間引入兩條可由繼電器控制通斷的較粗的電線，通過降低線路的電壓損失，這種方法只對(duì)線路老化的汽車較為明顯，但同時(shí)會(huì)使大燈亮度隨發(fā)動(dòng)機(jī)的波動(dòng)而變化，縮短大燈壽

4、命；(3)改裝H I D氣體放電燈，HID氣體放電燈亮度高色溫高，壽命長(zhǎng)，能耗低，但是價(jià)格太高，安裝不易。本文設(shè)計(jì)的增亮器基于開關(guān)電源技術(shù)，通過內(nèi)置的高效 高性能電源組件對(duì)汽車發(fā)電組件的不穩(wěn)定電源(10V-15V)升壓、穩(wěn)定處理，為汽車前照燈單獨(dú)提供恒定的最佳工作電壓14.5 V，這個(gè)電壓符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 3559-1976道路車輛一機(jī)動(dòng)車輛及其掛車裝用燈具的工作電壓)，汽車大燈工作在此電壓時(shí)發(fā)光效率最高，色溫接近日光，同時(shí)大燈的壽命損失不到15。增亮系統(tǒng)包含冷態(tài)啟動(dòng)、過熱、故障等智能保護(hù)措施，是一種低成本、高性能的汽車大燈增亮器。1 緒 論1.1 課題背景改革開放以來，人們生活水平越來越

5、高，汽車逐漸走百姓的生活之中，成為代步的工具。汽車大燈作為汽車的一部分，是保障行車安全運(yùn)行的重要部件之一，前照燈的配光特性、光照度是保證汽車行駛安全的重要指標(biāo)。資料顯示：車輛總行駛里程的25是在晚上和自然光線不足的情況下行駛的，而在此之間發(fā)生的交通事故占到33，并且50的前照燈的照明死亡事故發(fā)生在夜間。質(zhì)量不合格的前照燈不能為駕駛員提供良好的照明，有些還使對(duì)面駕駛員和道路行人產(chǎn)生強(qiáng)烈的炫目，直接關(guān)系到人身安全。前照燈的照明距離越遠(yuǎn)，配光性越好，汽車行駛的安全性能就越高。因此前照燈的設(shè)計(jì)中必須做到以下兩點(diǎn)：(1)光源技術(shù)上達(dá)到高光通量，高效率，長(zhǎng)壽命。(2)燈具技術(shù)配光性能要好，不致使對(duì)方來車駕

6、駛員感到炫目，且設(shè)計(jì)嚴(yán)密，可靠性好。汽車前照燈的發(fā)展大致經(jīng)歷了白熾燈、鹵素?zé)艉碗瘹鉄羧齻€(gè)階段。20世紀(jì)六十年代以前，白熾燈是汽車照明的首選。但是昏黃的燈光只能供給速度較慢的汽車，而且由于白熾燈質(zhì)量不穩(wěn)定，常有事故發(fā)生。1960年以后，鹵素?zé)舫蔀槠囌彰鞯男聦檭?。鹵紊燈，就是在燈泡內(nèi)摻入少量的的惰性氣碘，從燈絲蒸發(fā)出來的鎢原子與碘原子相遇反應(yīng)。生成碘化鎢化合物，當(dāng)?shù)饣u化合物一接觸白熱化的燈絲(溫度超過1450)，又會(huì)分解還原為鎢和碘，鎢又重新歸隊(duì)回到燈絲中去，碘則重新進(jìn)入氣體中。如此循環(huán)不已，燈絲幾乎不會(huì)燒斷。燈泡也不會(huì)發(fā)黑，所以它要比傳統(tǒng)的白熾前照燈壽命更長(zhǎng)，亮度更大。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技

7、術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，性能更加優(yōu)良的氤氣燈(HighIntensity Discharge Lamp高壓氣體放電燈，簡(jiǎn)稱HID)的誕生，將汽車照明燈具提升到更高的層次。氙氣燈的原理是在UVcut抗紫外線水晶石英玻璃管內(nèi)，以多種化學(xué)氣體充填，其中大部份為氙氣(Xenon)與碘化物等惰性氣體，然后再透過增壓器(Ballast)將車上12V的直流電壓瞬間增壓至23000V的電流。經(jīng)過高壓振幅激發(fā)石英管內(nèi)的氙氣電子游離，在兩電極之間產(chǎn)生光源，這就是所謂的氣體放電。而由氙氣所產(chǎn)生的白色超強(qiáng)電弧光，可提高光線色溫值，類似自晝的太陽光芒，HID工作時(shí)所需的電流量?jī)H為3.5A，亮度是傳統(tǒng)鹵素?zé)襞莸?倍，使用壽命比傳

8、統(tǒng)鹵素?zé)襞蓍L(zhǎng)10倍。雖然氙氣燈與普通的鹵素?zé)粝啾刃阅苡泻艽蟮膬?yōu)勢(shì)，但是氙氣燈所有這些優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)必須建立在一套安全可靠的高性能電子鎮(zhèn)流器的基礎(chǔ)上，這就造成氙氣燈的改造費(fèi)用相比而言非常昂貴。目前國(guó)內(nèi)除了奔馳、寶馬等高檔轎車是原裝的氙氣大燈外，其他一些車輛出廠是都是鹵素前照燈。而且國(guó)內(nèi)目前對(duì)氙氣燈的改造還沒有相關(guān)的具體規(guī)定，私自改裝氙氣燈屬于違規(guī)行為。目前國(guó)內(nèi)汽車主流的汽車大燈還是鹵素前照燈。目前國(guó)內(nèi)很多用鹵素大燈用戶都反映汽車大燈不夠亮，造成這種問題的原因很多都是由于汽車供電系統(tǒng)供給大燈的電壓不夠穩(wěn)定，所以設(shè)計(jì)一款穩(wěn)定高效的汽車大燈增亮器是非常有意義的。1.2 開關(guān)電源的發(fā)展和趨勢(shì) 1955年美國(guó)

9、的科學(xué)家羅那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和來進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端，此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備上。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓較高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。60

10、年代末，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流交換器就可以直接有家點(diǎn)經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要有工頻變壓器降壓了。從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無工頻降壓變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減少。開關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻、高反壓的功率晶體管、高頻電容、開關(guān)二極管、開關(guān)變壓器鐵芯等器件也被研究出來，使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展，并且被廣泛地應(yīng)用與電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域中，從而使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源中的佼佼者。目前，開關(guān)電源

11、以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對(duì)由二極管存儲(chǔ)

12、電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對(duì)1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對(duì)這種開關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。1.3 DC/DC轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換器是一種應(yīng)用最廣泛的電源管理系統(tǒng)， 它通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的比率，將固定的直流電壓轉(zhuǎn)換成具有一定幅值的輸出電壓。由于電路的調(diào)

13、整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以具有較高的工作效率，加上體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于許多電子設(shè)備中。 從應(yīng)用領(lǐng)域看，DC/DC轉(zhuǎn)換器芯片市場(chǎng)的焦點(diǎn)集中在便攜式產(chǎn)品、消費(fèi)類電子、計(jì)算機(jī)、通訊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)工業(yè)設(shè)備和汽車電子對(duì)電源管理芯片，需求也呈上升趨勢(shì)，這些需求讓電源管理芯片市場(chǎng)倍添活力。由于人們?cè)谏詈凸ぷ髦械囊苿?dòng)性越來越強(qiáng)，對(duì)手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、MP3 播放器等便攜式產(chǎn)品的需求將越來越大，預(yù)計(jì) 2008 年全球所有便攜式產(chǎn)品的出貨量將增加到15 億個(gè)，這些產(chǎn)品構(gòu)成了電源管理芯片巨大的需求市場(chǎng)。隨著科技的發(fā)展，在當(dāng)今社會(huì)，便攜式電子設(shè)備己經(jīng)成為人們不可或缺的必需品

14、。而在便攜式電子設(shè)備中，低電壓高效率 DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)于單電池供電的系統(tǒng)顯得非常的重要。1.4 DC/DC轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢(shì)隨著半導(dǎo)體工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開關(guān)的大量使用，模塊 DC/DC 功率密度越來越大，轉(zhuǎn)換效率越來越高，應(yīng)用也越來越簡(jiǎn)單。DC/DC轉(zhuǎn)換器在產(chǎn)品、電路拓?fù)湟约吧a(chǎn)工藝等方面呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)：(1)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì) 向低電壓大電流高功率方向發(fā)展； 向分布電源方向快速發(fā)展，但集中式供電系統(tǒng)仍將繼續(xù)存在； 向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化產(chǎn)品方向發(fā)展； 向智能化、數(shù)字控制方向發(fā)展； 向總線結(jié)構(gòu)和非隔離負(fù)載點(diǎn)(niPOL，non-isolated point of load)電源發(fā)展。非隔離式 D

15、C/DC變換器比隔離式增長(zhǎng)速度更快。(2)電路拓?fù)浼夹g(shù)發(fā)展趨勢(shì)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，單元化、模塊化，并以積木塊(Building Block)的方式進(jìn)行組合。零電壓-零電流軟開關(guān)技術(shù)及同步整流技術(shù)，已成為提高效率的重要途徑。主要發(fā)展方向有： 高頻化為縮小開關(guān)電源的體積，提高其功率密度，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)，DC/DC 電源的開關(guān)頻率由現(xiàn)在的200500 kHz 提高到 1 MHz 以上。但高頻化又會(huì)產(chǎn)生新的問題， 如開關(guān)損耗以及無源元件的損耗增大、高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI 等問題。 軟開關(guān)為提高效率，需采用各種軟開關(guān)技術(shù)，包括無源無損(吸收網(wǎng)絡(luò))軟開關(guān)技術(shù)、有源軟開關(guān)技術(shù)，如 ZV-ZCS 諧振、準(zhǔn)諧振、

16、恒頻零開關(guān)技術(shù)等，以減小開關(guān)損耗和開關(guān)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)高效率的高頻化。 低壓輸出低電壓、大電流、高功率變換技術(shù)，已從313 V降至 110 V，電流已達(dá)幾十至幾百安培。同時(shí)，電源的輸出指標(biāo)，如紋波、精度、效率、啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)過沖以及動(dòng)態(tài)特性等，也得到進(jìn)一步提高。它的研究?jī)?nèi)容非常廣泛，包括電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)問題(尤其是負(fù)載的大信號(hào)動(dòng)態(tài)問題)、同步整流技術(shù)、控制技術(shù)以及其它相關(guān)技術(shù)的研究。(3)工藝發(fā)展趨勢(shì)磁集成技術(shù)的出現(xiàn)使得磁性元件(變壓器和電感)的尺寸進(jìn)一步縮小。在開關(guān)電源中，磁性元件往往是體積最大的元件，減小磁性元件的體積就能大幅度提高電源功率密度。磁性材料的先進(jìn)設(shè)計(jì)工藝，如平面變電壓器技術(shù)和磁集成

17、技術(shù)，是產(chǎn)品追求小型化發(fā)展的方向。1.5 課題研究的目的及意義隨著市場(chǎng)上各種便攜式產(chǎn)品的不斷增長(zhǎng)，對(duì)低功耗、高轉(zhuǎn)換效率、小體積的DC/DC轉(zhuǎn)換器的需求也迅速增加。因此，DC/DC轉(zhuǎn)換器具有極高的市場(chǎng)潛力，前景非常樂觀。因此，致力于低功耗、高效率的 DC/DC 轉(zhuǎn)換芯片的設(shè)計(jì)及開發(fā)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.6 課題結(jié)構(gòu)安排 第一章介紹汽車大燈、開關(guān)電源的發(fā)展和DC/DC轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)，以及本課題的論文的安排。第二章對(duì)課題任務(wù)要求做了簡(jiǎn)要描述，并根據(jù)要求選擇確定本課題的總體方案。第三章主要介紹本課題所要用到的一些基本的原理，對(duì)DC/DC升壓電路、升壓電路的PWM控制做了主要的闡述。 第四章

18、根據(jù)第三章的基本原理來設(shè)計(jì)硬件電路，并對(duì)各個(gè)模塊的具體工作原理進(jìn)行分析介紹。第五章對(duì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要說明。 第六章介紹了后期硬件設(shè)計(jì)的制作及調(diào)試的一些注意事項(xiàng)。 2 方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求 任務(wù)書的要求是利用高效率的開關(guān)電源對(duì)汽車的電源進(jìn)行升壓并穩(wěn)定工作電壓在14.5V，同時(shí)要求具有必要的保護(hù)功能。過電壓保護(hù)，當(dāng)輸出電壓大于某個(gè)設(shè)定值由電源直接供電。低壓保護(hù)功能，若電源提供電壓小于14.5V的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入升壓模式。當(dāng)?shù)谝淮螁?dòng)時(shí)燈泡線性軟啟動(dòng)延時(shí)1秒(燈泡由暗至亮啟動(dòng)),以延長(zhǎng)燈泡壽命。2.2 方案確定 根據(jù)題目要求，利用電力電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，提出方案。首先通過DCDC變換將D

19、C 12V電壓逆變?yōu)楦哳l方波，經(jīng)高頻變壓器升壓，再整流濾波得到一個(gè)穩(wěn)定的145V直流電壓。通過過熱、故障控制電路選擇大燈的供電電壓，當(dāng)溫度過高或DC變換輸出電壓過低時(shí)，自動(dòng)切換到由汽車電瓶直接為大燈供電。冷啟動(dòng)檢測(cè)環(huán)節(jié)自動(dòng)檢測(cè)大燈啟動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)首次開啟時(shí)，通過脈寬調(diào)制控制電路的關(guān)斷功能控制DC-DC變換無輸出，從而通過供電選擇控制環(huán)節(jié)切換為電瓶直接供電，經(jīng)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后再切換為141 V供電。這樣可以降低高電壓冷啟動(dòng)對(duì)大燈的沖擊，保證大燈的使用壽命。結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。 蓄電池12V濾波DC-AC控制電路冷啟動(dòng)檢測(cè)汽車大燈高頻升壓逆變整流濾波DC 14.5V供電選擇控制過熱、故障保護(hù)圖2-1

20、大燈增量器結(jié)構(gòu)圖上面所提出方案雖然能高效的達(dá)到任務(wù)書所要求的，但是制作困難，調(diào)試不易，缺乏相應(yīng)的制作工具。鑒于此種情況，提出以下方案來對(duì)系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行模擬。升壓穩(wěn)壓電路采用專業(yè)的DC/DC變換芯片MC34063和反饋電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的升壓穩(wěn)壓功能。利用單片機(jī)AT89S52及其ADC0809來對(duì)輸入輸出電壓進(jìn)行采集處理，然后控制繼電器來選擇系統(tǒng)的供電方式，實(shí)現(xiàn)低壓保護(hù)及其過壓保護(hù)功能，并且利用顯示模塊來對(duì)系統(tǒng)的輸入輸出電壓進(jìn)行監(jiān)控。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理介紹3.1 DC/DC轉(zhuǎn)換器升壓原理直流斬波電路（DC Chopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，也稱為直接直流直流變

21、換器（DC/DC Converter）。直流斬波電路的包括6種基本的斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路。下面對(duì)升壓斬波電路做具體地介紹。圖3-1 升壓斬波電路及其工作波形a）電路圖b）波形一個(gè)基本的升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器主回路電路如上圖所示，它是由一個(gè)功率開關(guān)管V、二極管 VD、LC低通濾波器和負(fù)載組成。升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的工作模式是依據(jù)流經(jīng)電感的電流是否降為零來區(qū)分的，一般可分為兩種工作模式：連續(xù)導(dǎo)通模式（Continuous-Conduction Mode；CCM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式

22、（Discontinuous-Conduction Mode；DCM）。當(dāng)流過電感的電流不會(huì)降為零時(shí)，我們定義轉(zhuǎn)換器工作在連續(xù)導(dǎo)通模式；而當(dāng)其電感電流將會(huì)降為零時(shí)，我們定義轉(zhuǎn)換器工作在不連續(xù)導(dǎo)通模式，亦即流經(jīng)電感器的電流是不連續(xù)的。為了分析方便，我們可以假定： (1) 開關(guān)管V和二極管VD具有理想的特性（無損耗，無慣性）； (2) 電感足夠大，電感電流連續(xù)，電感無損耗；電容足夠大，電容脈動(dòng)電壓可以忽略，電容無損耗； (3) 假設(shè)輸出電壓紋波值與輸出電壓比值小到可以忽略，即可以認(rèn)為V（t） =Vo，輸出直流電壓無脈動(dòng)；在 CCM 時(shí)由于電感電流紋波值相對(duì)平均電感電流小，為了分析方便我們也認(rèn)為電感

23、瞬態(tài)電流 i（t）= ，如下圖所示。 圖3-2 電壓紋波示意圖 (4) 電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)3.1.1 連續(xù)工作模式連續(xù)工作模式分為兩個(gè)階段，第一階段為開關(guān)導(dǎo)通階段（ 0<t ton） ，第二階段為開關(guān)斷開階段（ ton < t T），T為開關(guān)周期。1.開關(guān)導(dǎo)通階段（ 0<t ton）開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的壓降很小，所以二極管反向。假設(shè)電感在此過程未飽和，電流從I1 到 I2 線性上升，所以 (3-1) = (3-2)電感儲(chǔ)存能量 (3-3)在這階段輸出電流完全由輸出電容C提供，所以要選擇適當(dāng)大小的輸出電容。2.開關(guān)關(guān)斷階段（ ton < t T）第二階段開始于t=ton，。因?yàn)殡姼须娏?/p>

24、不能突變，為了保持電感電流，電感電壓反向，此時(shí)電流流過開關(guān)、電感L、電容 C、二極管 D和負(fù)載。在下一周期開關(guān)重新導(dǎo)通之前，電感電流線性下降。電感通過二極管把儲(chǔ)存的能量向電容充電，使得輸出電壓高于輸入電壓。電感上的電壓（Va-Vs）線性下降(3-4)(3-5)因?yàn)閮蓚€(gè)階段電感紋波電流相等 (3-6) 把 ton=DT和toff=(1-D)T代入式（3-6）中，得 （3-7） 因?yàn)椋?-8） （3-9） 從（3-9）式可以看出，反比于開關(guān)頻率和電感 L。開關(guān)導(dǎo)通期間，負(fù)載電流由電容提供，因此電容電流平均值Ic等于輸出電流平均值Ia。開關(guān)斷開期間，電容充電電流從（I2-Ia）到（I1-Ia）線性減

25、小。穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，平均充電電流和 toff 的乘積等于平均放電電流和ton 的乘積，因此輸出電壓紋波 （3-10）由（3-7）得 （3-11） （3-12） 把式（3-12）代入式（3-10），化簡(jiǎn)得（3-13） 輸出電壓的紋波 等于電容電壓紋波 ，所以要減小輸出電壓紋波可以提高開關(guān)頻率或增大輸出電容，電感只是作為儲(chǔ)能元件而并不是輸出濾波器組成部分，因此升壓變換器的輸出紋波一般大于降壓變換器的紋波。3.1.2 非連續(xù)工作模式如果開關(guān)在下一個(gè)周期導(dǎo)通之前，電感電流下降到零，那么變換器就工作在非連續(xù)模式。假設(shè)輸入功率等于輸出功率的理想情況，臨界電感 Lc（3-14）非連續(xù)工作模式第二階段分為ton

26、<t 和 <tT兩種情況（ 為電感電流為零的時(shí)刻）。在0<t ton和ton <t 期間電感平均電壓分別為Vs 和（Va-Vs）（3-15）定義 D2=(t2-ton)/T，則平均輸出電流（3-16）平均輸入電流等于平均電感電流（3-17）把式（3-16）和（3-17）代入式（3-15）得（3-19）（3-18）比較兩種工作模式可以看，出兩者輸出電壓上升的速度不同，非連續(xù)模式比連續(xù)模式電壓上升的速度要快。在相同的占空比D，非連續(xù)模式輸出電壓比連續(xù)模式要高。 升壓變換器開關(guān)開始導(dǎo)通時(shí)，數(shù)倍于穩(wěn)態(tài)電流的浪涌電流會(huì)流過開關(guān)，所以要采取措施限制浪涌電流，如果浪涌電流使輸入電感飽

27、和，那么只有電源阻抗和寄生電阻限制浪涌電流，浪涌電流會(huì)更大。開關(guān)占空比的改變對(duì)輸出電壓的影響非常敏感，所以必須要設(shè)計(jì)反饋電路。如果輸出電壓高于輸入電壓三倍，器件寄生參數(shù)對(duì)電路的影響會(huì)變得非常大。3.2 PWM調(diào)制方式DC/DC 變換器的調(diào)制方式主要有三種：脈沖寬度調(diào)制方式、脈沖頻率調(diào)制方式和混合調(diào)制方式。下面將分別介紹這三種調(diào)制方式的特點(diǎn)。 (1) 脈沖寬度調(diào)制方式，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，縮寫為PWM）方式。其特點(diǎn)是固定開關(guān)頻率，通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)占空比。因開關(guān)周期固定，為設(shè)計(jì)濾波電路提供了方便。其缺點(diǎn)是受功率開關(guān)管最小導(dǎo)通時(shí)間的限制，對(duì)輸出電壓不能作

28、寬范圍調(diào)節(jié)；同時(shí)在晶體管導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，有很短的 ton 時(shí)間可調(diào)，使輸出電壓不穩(wěn)定，故在輸出端要有一定數(shù)量的假負(fù)載（預(yù)負(fù)載），以防止空載時(shí)輸出電壓升高。 (2) 脈沖頻率調(diào)制方式， 簡(jiǎn)稱脈頻調(diào)制（Pulse Frequency Modulation，縮寫為PFM）方式。它是將脈沖寬度固定，通過改變開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)占空比的。在電路設(shè)計(jì)上要用固定脈寬發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器，并利用固定頻率轉(zhuǎn)換器改變頻率。其穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變而周期變長(zhǎng)，使占空比減小，輸出電壓降低。(3) 混合調(diào)制方式，是指脈沖寬度與開關(guān)頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它屬于 PW

29、M 和 PFM 的混合方式。由于脈沖寬度和周期均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，因此占空比調(diào)節(jié)范圍最寬，適合制作供實(shí)驗(yàn)室使用的輸出電壓可以寬范圍調(diào)節(jié)的開關(guān)電源。PWM反饋控制原理PWM開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過被控制信號(hào)與基難信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。PWM的開關(guān)頻率一般為恒定值，控制取樣信號(hào)有輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓及開關(guān)器件峰值電流。由這些信號(hào)可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)一些附帶的過流保護(hù)、抗偏磁及

30、均流等功能。PWM反饋控制模式主要有5種，電壓模式、峰值電流模式、平均電流模式、滯環(huán)電流模式、相加模式等PWM反饋控制模式。下面以VDMOS開關(guān)器件構(gòu)成的穩(wěn)壓正激型降壓斬波器為例，闡述PWM反饋控制模式的發(fā)展過程、基本工作原理、詳細(xì)電路原理示意圖、波形、特點(diǎn)及應(yīng)用要點(diǎn)。一般來講，正激型開關(guān)電源的主電路可用圖3-1所示的降壓斬波器簡(jiǎn)化表求，Ug表示控制電路的PWM輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)選用不同的PWM反饋控制模式，電路中的輸入電壓Uin、輸山電壓Uo、開關(guān)器件電流(由b點(diǎn)引出)、電感電流(由c點(diǎn)或d點(diǎn)引出)均可作為取樣控制信號(hào)。輸出電壓Uo在作為控制取樣信號(hào)時(shí)，通常經(jīng)過圖3-2所示的電路進(jìn)行處理，得

31、到電壓信號(hào)Uc，Uc再經(jīng)處理或直接送入PWM控制器。在圖3-2中，電壓運(yùn)算放大器(ea)的作用有三：（1）將輸出電壓與給定電壓Uref的差值進(jìn)行放大及反饋，保證穩(wěn)態(tài)時(shí)的穩(wěn)壓精度。該運(yùn)放的直流放大增益理論上為無窮大，實(shí)際上為運(yùn)放的開環(huán)放大增益。 (2)將開關(guān)電源主電路輸出端的附帶有較寬頻帶開關(guān)噪聲成分的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ǚ档谋容^“干凈”的直流反饋控制信號(hào)(Ie)，即保留直流低頻成分，衰減交流高頻成分。因?yàn)殚_關(guān)噪聲的頻率較高，幅搜較大，高頻開關(guān)噪聲衰減得不夠的話，穩(wěn)態(tài)反饋不穩(wěn)，高頻開關(guān)噪聲衰減得過大的話，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。雖然互相矛盾，但是電壓誤差運(yùn)算放大器的基本設(shè)計(jì)原則仍是低頻增益要高，高

32、頻增益要低。（3）對(duì)整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行校正，使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。輸入電壓、電流等信號(hào)在作為取樣控制信號(hào)時(shí)大多也需經(jīng)過處理的處理方法不同。圖3-3 正激型開關(guān)電源主電路圖3-4 輸出電壓控制電路圖下面主要對(duì)本系統(tǒng)多用的電壓模式控制進(jìn)行闡述圖3-5(a)為Buck降壓斬波器的電壓模式控制(Voltag- Mode Contro1)反饋系統(tǒng)原理圖。電壓模式控制是20世紀(jì)60年代后期開關(guān)穩(wěn)壓電源剛剛開始發(fā)展時(shí)所采用的第一種控制方法。該方法與些必要的過電流保護(hù)電路相結(jié)合，至今仍然在工業(yè)界廣泛應(yīng)用。電壓模式控制只有一個(gè)電壓反饋閉環(huán)，采用脈沖寬度調(diào)制法，即將電壓誤差放大器采樣放大的慢變化的直流信號(hào)與恒定頻率的

33、三角波上斜坡相比較，通過脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時(shí)的脈沖寬度，如圖3-5(a)中的波形所示。逐個(gè)脈沖的限流保護(hù)電路必須另外附加。當(dāng)輸入電壓突然變小或負(fù)載阻抗突然變小時(shí)，因?yàn)橹麟娐酚休^大的輸出電容c及電感L的相移延時(shí)作用，輸出電壓的變小也延時(shí)滯后。輸出電壓變小的信息還要經(jīng)過電壓誤差放大器的補(bǔ)償電路延時(shí)滯后，才能傳至PWM比較器將脈寬展寬。這兩個(gè)延時(shí)滯后作用是暫態(tài)響應(yīng)慢的主要原因。電壓模式控制的優(yōu)點(diǎn)有：(1)PWM三角波的幅值較大。(2)占空比調(diào)節(jié)不受限制。脈沖寬度調(diào)節(jié)時(shí)具有較好的抗噪聲裕量。(3)對(duì)于多路輸出電源，它們之間的交互調(diào)節(jié)效應(yīng)較好。(4)單一反饋電壓閉環(huán)設(shè)計(jì)、調(diào)試比較容易。(5)對(duì)輸出

34、負(fù)載的變化有較好的響應(yīng)調(diào)節(jié)。電壓模式控制的缺點(diǎn)有：(1)對(duì)輸入電壓的變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)較饅。(2)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)本來就較為復(fù)雜，閉環(huán)增益隨輸入電壓而變化，使其更為復(fù)雜。(3)輸出LC濾波器給控制環(huán)增加了雙極點(diǎn)，在補(bǔ)償設(shè)計(jì)誤差放大器時(shí)，需要將主極點(diǎn)低頻衰減，或者增加一個(gè)零點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。(4)在檢測(cè)及控制磁芯飽和故障狀態(tài)方面較為復(fù)雜。 加快電壓模式控制瞬態(tài)響應(yīng)速度的方法有兩種：一是增加電壓誤差放大器的帶寬，保證具有一定的高頻增益，但是這樣容易受高頻開關(guān)噪聲干擾影響，需要在主電路及反饋控制電路上采取措施進(jìn)行抑制或同相位衰減平滑處理；另一方法是采用電壓前饋模式控制技術(shù)，原理如圖3-5(b)所示。用輸入電壓對(duì)電阻

35、、電容(Rft、Cft)充電產(chǎn)生的具有可變化上斜坡的三角波取代傳統(tǒng)電壓模式控制中振蕩器產(chǎn)生的固定三角波。此時(shí)，輸入電壓的變化能立刻在脈沖寬度的變化上反映出來。因此，該方法能明顯提高輸入電壓變化引起的瞬態(tài)響應(yīng)速度。對(duì)輸入電壓的前饋控制是開環(huán)控制，而對(duì)輸出電樂的控制是閉環(huán)控制，目的是提高對(duì)輸入電壓變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。這是一個(gè)由開環(huán)和閉環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)控制系統(tǒng)。3-5（a）降壓斬波器的電壓模式控制3-5（b）電壓前饋模式控制3.3 軟啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法隨著便攜式電子產(chǎn)品在通信、計(jì)算機(jī)及消費(fèi)類電子(3C)等領(lǐng)域中的不斷增長(zhǎng)，對(duì)電源管理IC的需求也呈上升趨勢(shì)。而DCDC開關(guān)電源在寬輸入電壓范圍和寬負(fù)載范圍條件下

36、具有杰出的效率表現(xiàn)，而被廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源是通過將誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成占空比控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)而工作的。在啟動(dòng)階段，誤差放大器處于非平衡狀態(tài)，使得環(huán)路處于100占空比工作，因此會(huì)有很大的浪涌電流灌入輸出電容，使得輸出電壓產(chǎn)生較大的過沖，浪涌電流也有可能損耗開關(guān)管和其他器件。為此軟啟動(dòng)電路應(yīng)運(yùn)而生，它的設(shè)計(jì)思想是通過限制占空比或限制開關(guān)電流來消除浪涌電流，避免輸出電壓過沖。隨著電子系統(tǒng)趨于復(fù)雜化，系統(tǒng)對(duì)電源電壓的上電時(shí)序和上電的平穩(wěn)度有了更高的要求。下面結(jié)合典型的Buck型DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)電路做下介紹。圖3-6 Buck型DC-DC轉(zhuǎn)換器控制框圖在啟動(dòng)初始階段，輸出電壓遠(yuǎn)低于設(shè)定值，所以電

37、壓遠(yuǎn)低于基準(zhǔn)電壓，使得誤差放大器處于非平衡狀態(tài)，誤差放大器(EA)輸出Vc為高電平，此時(shí)環(huán)路處于100占空比工作，因此會(huì)有很大的浪涌電流灌入輸出電容。為了消除啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流實(shí)現(xiàn)輸出軟啟動(dòng)，通常有兩種方法：一種是電壓限制的方法；另一種是電流限制的方法。電壓限制方法的設(shè)計(jì)思想是通過限制誤差放大器(EA)輸出信號(hào)Vc的電壓值，從而限制啟動(dòng)時(shí)的占空比，該方法又可以分為直接限制Vc電壓和限制EA輸入信號(hào)兩種。傳統(tǒng)的做法是通過一個(gè)電流源給電容充電得到斜坡上升的軟啟動(dòng)電壓，用軟啟動(dòng)電壓代替或Vc電壓，從而達(dá)到軟啟動(dòng)的目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，缺點(diǎn)是需要一個(gè)軟啟動(dòng)電容來控制軟啟動(dòng)時(shí)間，該電容往往很大，

38、不能集成在芯片上，這將增加應(yīng)用面積和應(yīng)用成本。電流限制的方法是通過檢測(cè)開關(guān)管的電流并由電流比較電路來限制開關(guān)管的電流，消除浪涌?？紤]到電流限制值一般大于工作電流的最大值，開始就以電流限制值工作可能會(huì)造成輸出過沖，為此，一般通過階梯型增加電流限制閾值的方法來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。這種方法的缺點(diǎn)是需要增加電流檢測(cè)和電流比較電路，不適合于沒有電流限制功能的開關(guān)電源電路，而且電流限制值的切換往往并不平穩(wěn)。4 硬件電路4.1 硬件電路所使用芯片簡(jiǎn)介4.1.1 DC/DC轉(zhuǎn)換芯片MC34063 MC34063本身包含了DC/DC變換器所需要的主要功能的單片控制電路。它由具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功 能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器

39、、占空比可控的振蕩器RS觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)電路等組成。該器件既可用于升壓變換器也可用于降壓變換器的控制，由它構(gòu)成的DC/DC變換器僅用少量的外部元器件。主要應(yīng)用于以微處理器(MPU)或單片機(jī)(MCU)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。它的主要特征主要特征：輸入電壓范圍：2.540V，輸出電壓可調(diào)范圍：1.2540V，輸出電流可達(dá)1.5 A，工作頻率最高可達(dá)100kHz。 它的內(nèi)部框圖及封裝形式如圖所示：圖4-1 內(nèi)部框圖圖4-2 器件引腳圖它的引腳功能。1腳：開關(guān)管T1集電極引出端；2腳：開關(guān)管T1發(fā)射極引出端；3腳：定時(shí)電容Ct接線端；調(diào)節(jié)Ct可使工作頻率在100100kHz范圍內(nèi)變化；4腳：電源地；5腳

40、：電壓比較器反相輸入端，同時(shí)也是輸出電壓取樣端；使用時(shí)應(yīng)外接兩個(gè)精度不低于1的精密電阻；6腳：電源端；7腳：負(fù)載峰值電流（Ipk）取樣端；6，7腳之間電壓超過300mV時(shí)，芯片將啟動(dòng)內(nèi)部過流保護(hù)功能；8腳：驅(qū)動(dòng)管T2集電極引出端。MC34063的一些主要參數(shù)如下表所示：表4-1 MC34063主要參數(shù)項(xiàng)目條件參數(shù)單位Power Supply Voltage 電源電壓VCC40VdcComparator Input Voltage Range 比較器輸入電壓范圍VIR0.3-+40VdcSwitch Collector Voltage 集電極電壓開關(guān)VC(switch)40VdcSwitch E

41、mitter Voltage (VPin 1 = 40 V) 發(fā)射極電壓開關(guān)VE(switch)40VdcSwitch Collector to Emitter Voltage 開關(guān)電壓集電極到發(fā)射極VCE(switch)40VdcDriver Collector Voltage 驅(qū)動(dòng)集電極電壓VC(driver)40VdcDriver Collector Current (Note 1) 驅(qū)動(dòng)集電極電流IC(driver)100mASwitch Current 開關(guān)電流ISW1.5AOperating Junction Temperature工作結(jié)溫TJ+150Operating Ambie

42、nt Temperature Range操作環(huán)境溫度范圍TA0-70其內(nèi)部框圖中所表示的電路解釋如下： 振蕩器通過恒流源對(duì)外接在CT管腳(3腳)上的定時(shí)電容不斷地充電和放電，以產(chǎn)生振蕩波形，充電和放電電流都是恒定的，所以振蕩頻率僅取決于外接定時(shí)電容的容量。與門的C輸入端在振蕩器對(duì)外充電時(shí)為高電平，D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時(shí)為高電平，當(dāng)C和D輸入端都變成高電平時(shí)，觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關(guān)管導(dǎo)通，反之，當(dāng)振蕩器在放電期間，C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 電流限制SI檢測(cè)端(5腳)通過檢測(cè)連接在V+和5腳之間電阻上的壓降來完成功能，當(dāng)檢測(cè)到電阻上的電壓

43、降接近超過300mV時(shí)，電流限制電路開始工作，這時(shí)通過CT管腳(3腳)對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電，以減少充電時(shí)間和輸出開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間結(jié)果是使得輸出開關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)。 該器件所組成的DC/DC升壓壓變換器電路如下圖。 圖4-3 升壓變換器原理電路圖 。 在設(shè)計(jì)DC/DC變換器時(shí)，相關(guān)參數(shù)必須按圖4-4所給公式來確定，首先應(yīng)該確定的參數(shù)如下：Ui (輸入電壓)：如果該電壓不是一個(gè)穩(wěn)定的值，那么，對(duì)于降壓變換器，應(yīng)該取Ui的最大值進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于升壓變換器，應(yīng)該取Ui的最小值進(jìn)行計(jì)算。 Uo（輸出電壓)：它的穩(wěn)壓值由R1和 R2決定，其計(jì)算公式為U o=1.25 ( 1 + R2/R1 )。 Io

44、(輸出電流) ：是 DC/DC變換器的輸出電流。 (振蕩器頻率) ：它決定開關(guān)管的通斷頻率： ( 輸出電壓紋波峰一峰值) ：該參數(shù)用于決定輸出濾波電容Co的數(shù)值。 其中為輸出開關(guān)管飽和電壓，為輸出開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，為整流二極管正向壓降，為輸出開關(guān)管關(guān)閉時(shí)間。圖4-4 設(shè)計(jì)規(guī)范表4.1.2 單片機(jī)AT89S52AT89S52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。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和

45、在系統(tǒng)可編程Flash，使得 AT89S52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。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/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，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？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)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52是一個(gè)有40個(gè)引腳的芯片，引腳配

46、置如圖4-5所示。其40個(gè)引腳功能為：VCC：電源電壓。GND：接地。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有I/O引腳復(fù)位至“1”。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：來自反向振蕩放大器的輸出。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(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)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8

47、EH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。但在訪問外部數(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）。 P0口：8位漏

48、級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫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：8位雙向I/O口。引腳P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1），P1口輸出緩沖器能接收20mA電流，并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器；P1口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。

49、在閃速編程與編程校驗(yàn)期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。 P2口：帶內(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門電流，當(dāng)P2口被寫“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：引腳P3.0P3.7為帶內(nèi)部上拉的雙向I/0引腳。P3口

50、的輸出緩沖器能接收20mA的灌電流；P3口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口，其功能見表1。P3口同時(shí)也可為閃速存儲(chǔ)器編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(hào)。圖4-5 AT89S52引腳配置4.1.3 ADC0809ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖4-6 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用

51、A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 圖4-7 ADC0809引腳圖引腳結(jié)構(gòu) IN0IN7：8條模擬量輸入通道 ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通

52、IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 表4-2CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809

53、的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ；VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 ADC0809應(yīng)用說明 a. ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 b. 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。 c. 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 d. 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 e. 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷。 f. 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。(2) ADC0809電路ADC0809的電路接線圖如下：數(shù)據(jù)輸出引腳OUT1OUT8接到單片機(jī)的P

54、0.0p0.7，用于把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中；A、B、C分別接地址鎖存器提供的低三位地址，只要把三位地址寫入ADC0809中的地址鎖存器，就實(shí)現(xiàn)了模擬通道選擇。我們采用的是線選法，口地址由P2.7確定，同時(shí)和WR相或取反后作為ADC0809的開始選通信號(hào)，ALE信號(hào)與START信號(hào)連接在一起，這樣使得在ALE信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，緊接著在其后就啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束以后，轉(zhuǎn)換完成的信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，EOC信號(hào)經(jīng)過反相器后送到單片機(jī)的INT0端，當(dāng)中斷被請(qǐng)求后，送出口地址，并與RD相或取反后作為選通信號(hào)，當(dāng)OE信號(hào)有效后，把數(shù)據(jù)傳送入數(shù)據(jù)總線。CLK的時(shí)

55、鐘輸入信號(hào)為500KHz； 圖4-8 ADC0809電路接線圖4.2 硬件電路設(shè)計(jì)4.2.1 DC/DC升壓穩(wěn)壓電路模塊本模塊采用專用的DC/DC變換芯片來實(shí)現(xiàn)升壓，然后利用電壓模式的PWM反饋控制原理來對(duì)芯片中的開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行控制。具體原理圖如下圖所示。圖4-9 DC/DC升壓穩(wěn)壓電路 當(dāng)芯片內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源經(jīng)取樣電阻Rsc、電感L、MC34063的1腳和2腳接地，此時(shí)電感L開始存儲(chǔ)能量，而由C6對(duì)負(fù)載提供能量。當(dāng)芯片內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)斷開時(shí)，電源和電感同時(shí)給負(fù)載和電容C6提供能量。電感在釋放能量期間，由于其兩端的電動(dòng)勢(shì)極性與電源極性相同，相當(dāng)于兩個(gè)電源串聯(lián)，因而負(fù)載上得到的電壓高于電源電壓。開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率稱為芯片的工作頻率。只要此頻率相對(duì)負(fù)載的時(shí)間常數(shù)足夠高，負(fù)載上便可獲得連續(xù)的直流電壓。腳5電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓1.25V同時(shí)送人內(nèi)