數(shù)控開關(guān)電源本科設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 . .PAGE43 / NUMPAGES56 .航天工業(yè)學(xué)院論文開關(guān)穩(wěn)壓電源Commencement regulated power supply專 業(yè)：通信技術(shù)學(xué) 生：葉天新指導(dǎo)教師：志勇副教授航天工業(yè)學(xué)院電子工程系二零壹三年五月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）評(píng) 語(yǔ)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 簽字： 201 年 月 日評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) 簽字： 201 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄成績(jī)與評(píng)語(yǔ)答辯提問(wèn)記錄 記錄人： 201 年 月 日答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)成 績(jī)：主任簽字： 201 年 月 日航天工業(yè)學(xué)院電子工程系畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書裝 訂 線專業(yè)：通信技術(shù) 年級(jí)：2010041202葉天新學(xué)號(hào)35指導(dǎo)教師（

2、簽名）志勇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目開關(guān)穩(wěn)壓電源任務(wù)下達(dá)日期2013年4月1日設(shè)計(jì)提交期限2013 年6 月10日設(shè)計(jì)主要容設(shè)計(jì)并制作如圖1所示的開關(guān)穩(wěn)壓電源。DC-DC變換器IINU2=18V DC+-UoRLIO+-本題只針對(duì)今年參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽做本題并獲獎(jiǎng)同學(xué)主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)在電阻負(fù)載條件下，使電源滿足以下要求：1基本要求:輸出電壓UO可調(diào)圍：20V30V，最大輸出電流IOmax：0.5A。U2從15V變到25V時(shí)，電壓調(diào)整率SU5%（IO=0.5A）IO從0變到0.5A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI5%（U2=18V）輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP0.5V（U2=20V,UO=30V,IO=0.5A）DC-D

3、C變換器的效率50%（U2=20V,UO=30V,IO=0.5A）2發(fā)揮部分：（1）具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流IO（th）=1.50.1A，當(dāng)排除過(guò)流故障后，電源能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)。（2）能對(duì)輸出電壓進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)值小于等于1V，同時(shí)具有輸出電壓、電流的測(cè)量和數(shù)字顯示功能。（3）盡量提高變換器的效率。成果提交形式完成硬件與軟件設(shè)計(jì)，并編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份與制作實(shí)物一套設(shè)計(jì)進(jìn)度安排2013、4、01到4、29完成相關(guān)資料的復(fù)習(xí)與查閱；2013、4、30到5、10查閱相關(guān)資料完成實(shí)物的制作；2013、5、11到5、21完成實(shí)物的調(diào)試以與修改、以便達(dá)到相應(yīng)的要求；2013、5、22到6

4、、02根據(jù)實(shí)物以與相關(guān)資料完成論文的撰寫；2013、6、03到6、10完成答辯相關(guān)資料的準(zhǔn)備，完成本次設(shè)計(jì)。教研室意見(jiàn) 簽名： 200 年 月 日 系主任意見(jiàn)簽名： 200 年 月 日航天工業(yè)學(xué)院電子工程系畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告裝 訂 線葉天新學(xué)號(hào)5指導(dǎo)教師志勇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目開工穩(wěn)壓電源同組設(shè)計(jì)目的意義 開關(guān)電源是一種比較新型的電源，它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。在航天、潛艇、軍用等方面得到了廣泛的使用以與發(fā)展。因此，對(duì)開關(guān)電源的研究學(xué)習(xí)是我們新一代的方向，同時(shí)我們還可以：1.掌握單片機(jī)的基本工作原理與其應(yīng)用；2.學(xué)

5、習(xí)DC/DC開關(guān)電源的工作原理和LCD12864液晶顯示原理以與它們的軟件編程原理；3.鍛煉動(dòng)手與操作能力。方案論證（1）方案一： 做兩級(jí)的非隔離型的DC/DC變換，采用Boost升壓變壓器可實(shí)現(xiàn)電壓的升高，采用Buck降壓變壓器可實(shí)現(xiàn)電壓的降低，采用先升壓后降壓的模式，以STC89C52為控制核心。 （2）方案二： 直接做升降壓的BuckBoost非隔離型的DC/DC變換，以MSP430單片機(jī)為控制中心；單片機(jī)產(chǎn)生的PWM直接控制開關(guān)管。（3）方案三： 使用電容式開關(guān)電源它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負(fù)電壓。由于電路是開關(guān)工作的，電荷泵結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的輸出紋波和EMI(電磁干擾

6、)并且?guī)ж?fù)載的能力較差。 通過(guò)對(duì)上述三種方案的論證和比較，很容易看出，采用方案一，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也相對(duì)簡(jiǎn)單，輸出精度高、易于制作、開關(guān)工作效率高故采用了方案一。時(shí)間安排2013、4、01到4、29完成相關(guān)資料的復(fù)習(xí)與查閱；2013、4、30到5、10查閱相關(guān)資料完成實(shí)物的制作；2013、5、11到5、21完成實(shí)物的調(diào)試以與修改、以便達(dá)到相應(yīng)的要求；2013、5、22到6、02根據(jù)實(shí)物以與相關(guān)資料完成論文的撰寫；2013、6、03到6、10完成答辯相關(guān)資料的準(zhǔn)備，完成本次設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師意見(jiàn) 簽字： 年 月 日 審核小組意見(jiàn) 組長(zhǎng)簽字： 年 月 日摘要開關(guān)電源是一種比較新型的電源。它具有效

7、率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。本系統(tǒng)以89C52為核心，電壓可預(yù)置，步進(jìn)電壓為1V，輸出電壓圍為20V到30V可調(diào)，輸出電流為00.5A，可顯示預(yù)置電壓，顯示輸出電壓，輸出電流。該系統(tǒng)主要由最小單片機(jī)系統(tǒng)，開關(guān)電源DC-DC模塊電路，A/D信號(hào)采集以與D/A控制輸出和過(guò)流保護(hù)部分、顯示部分等組成。系統(tǒng)通過(guò)鍵盤預(yù)置電壓值送給D/A控制電路形成閉環(huán)反饋回路，采樣電壓間接推算出電流并顯示當(dāng)電路的輸出電流過(guò)大時(shí)控制電路會(huì)自動(dòng)切斷輸出電壓、蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警從而形成保護(hù)，當(dāng)電流恢復(fù)正常時(shí)電路自動(dòng)回復(fù)功能。本系統(tǒng)具有調(diào)整速度快，精度高，電壓調(diào)整率低，負(fù)

8、載調(diào)整率低，效率高，無(wú)需另加輔助電源板，輸出紋波小與過(guò)流保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：STC89C52、LM2576、LM2587、DC/DC變換、ABSTRACTSwitching power supply is a comparative new type of power supply. It has high efficiency, light weight, can rise, the blood pressure, output power etc. But because the circuit work in the switch state, so the noise is bigg

9、er.This system with 80 c52 as the core, voltage can be preset, stepping voltage for 1 v, output voltage range of 20 v to 30 v adjustable, output current is 0-0.5 A, it can display preset voltage, shows that the output voltage and the output current. The system is mainly composed of single chip micro

10、computer system minimum, switching power supply DC - DC module circuit and A/D signal acquisition and D/A control output and over-current protection part, display section, etc. System through the keyboard preset voltage value to D/A control circuit form closed-loop feedback circuit, sampling voltage

11、 indirectly calculated current and display when circuit output current too big when control circuit will automatically cut off the output voltage, buzzer to alarm and formation protection, when current are back to normal that the circuit auto reply function. This system has the adjusting speed, accu

12、racy, high voltage adjustment rate is low, negative ?KEY WORDS：“STC89C52”、“LM2576”、“LM2587”、“DC/DC conversion”、目 錄TOC o 1-3 t h z u HYPERLINK l _Toc23265 第一章 MACROBUTTON InsertCrossReference 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)闡述 PAGEREF _Toc23265 1 HYPERLINK l _Toc18650 1.1 技術(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc18650 1 HYPERLINK l _Toc22895 1.2 開關(guān)穩(wěn)

13、壓電源簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc22895 1 HYPERLINK l _Toc15525 1.3 問(wèn)題總結(jié) PAGEREF _Toc15525 2 HYPERLINK l _Toc9940 第二章 方案論證 PAGEREF _Toc9940 3 HYPERLINK l _Toc29890 1.1 單片機(jī)控制模塊 PAGEREF _Toc29890 3 HYPERLINK l _Toc19892 1.2 電源控制核心模塊 PAGEREF _Toc19892 3 HYPERLINK l _Toc542 1.3 顯示模塊 PAGEREF _Toc542 6 HYPERLINK l _Toc20

14、692 1.4 鍵盤輸入模塊 PAGEREF _Toc20692 6 HYPERLINK l _Toc25542 1.5 系統(tǒng)各模塊的最終方案 PAGEREF _Toc25542 6 HYPERLINK l _Toc9442 第三章 總體設(shè)計(jì)與模塊簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc9442 7 HYPERLINK l _Toc20004 1.1 STC89C52的介紹 PAGEREF _Toc20004 7 HYPERLINK l _Toc15696 1.2 LM2576簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc15696 9 HYPERLINK l _Toc23780 1.3 LM2587簡(jiǎn)介 PAGERE

15、F _Toc23780 10 HYPERLINK l _Toc27920 1.4 LCD12864的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc27920 11 HYPERLINK l _Toc3393 1.5 TLV5638的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc3393 13 HYPERLINK l _Toc8765 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8765 14 HYPERLINK l _Toc2962 1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc2962 14 HYPERLINK l _Toc31724 1.2 主控電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc31724 15 HYPERLINK l

16、 _Toc30274 1.3 升壓電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc30274 16 HYPERLINK l _Toc29635 1.4 降壓電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29635 16 HYPERLINK l _Toc2468 1.5 過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2468 17 HYPERLINK l _Toc24839 1.6 按鍵電路顯示電路 PAGEREF _Toc24839 18 HYPERLINK l _Toc827 第五章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc827 19 HYPERLINK l _Toc2358 1.1 主程序流程圖 PAGEREF _Toc2

17、358 19 HYPERLINK l _Toc16495 1.2 過(guò)流保護(hù)程序流程圖 PAGEREF _Toc16495 20 HYPERLINK l _Toc21107 1.3 AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖 PAGEREF _Toc21107 21 HYPERLINK l _Toc31691 1.4 TLV5638數(shù)模轉(zhuǎn)換程序流程圖 PAGEREF _Toc31691 21 HYPERLINK l _Toc3657 第六章 繪制PCB、實(shí)物制作與調(diào)試 PAGEREF _Toc3657 22 HYPERLINK l _Toc25903 1.1 Altium designer 09繪制原理圖軟

18、件簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc25903 22 HYPERLINK l _Toc18320 1.2 利用Altium designer 09繪制原理圖 PAGEREF _Toc18320 23 HYPERLINK l _Toc29857 1.3 硬件電路的制作 PAGEREF _Toc29857 23 HYPERLINK l _Toc5246 1.4 調(diào)試 PAGEREF _Toc5246 23 HYPERLINK l _Toc5286 1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc5286 24 HYPERLINK l _Toc13859 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc13859 25 H

19、YPERLINK l _Toc26687 致 PAGEREF _Toc26687 26 HYPERLINK l _Toc22753 附錄一 電路原理圖 PAGEREF _Toc22753 27 HYPERLINK l _Toc20998 附錄二 程序清單 PAGEREF _Toc20998 29 MACROBUTTON InsertCrossReference 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)闡述本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要是完成開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的供電系統(tǒng)，在電阻負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，使電源滿足相應(yīng)的要求。技術(shù)指標(biāo)根據(jù)本次設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，電源首先應(yīng)該滿足設(shè)計(jì)的基本要求，在能力圍，完成發(fā)揮部分的設(shè)計(jì)。

20、1、基本要求（1）輸出電壓UO可調(diào)圍：20V30V，最大輸出電流IOmax：0.5A。（2）U2從15V變到25V時(shí)，電壓調(diào)整率SU5%（IO=0.5A）（3）IO從0變到0.5A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI5%（U2=18V）（4）輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP0.5V（U2=20V,UO=30V,IO=0.5A）（5）DC-DC變換器的效率50%（U2=20V,UO=30V,IO=0.5A）2、發(fā)揮部分：（1）具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流IO（th）=1.50.1A，當(dāng)排除過(guò)流故障后，電源能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)。（2）能對(duì)輸出電壓進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)值小于等于1V，同時(shí)具有輸出電壓、電流的測(cè)量

21、和數(shù)字顯示功能。（3）盡量提高變換器的效率。開關(guān)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)介根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源是一種比較新型的電源。開關(guān)穩(wěn)壓電源(以下簡(jiǎn)稱開關(guān)電源)問(wèn)世后，在很多領(lǐng)域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展，PWM開關(guān)電源問(wèn)世，它的特點(diǎn)是用20kHz的載波進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，電源的效率可達(dá)65%70%，而線性電源的效率只有3040。因此，用工作頻率為20 kHz的PWM開關(guān)電源替代線性電源，可大幅度節(jié)約能源，從而引起了人們的廣泛關(guān)注，在

22、電源技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)為20kHz革命。隨著超大規(guī)模集成芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多，而航天、潛艇、軍用開關(guān)電源以與用電池的便攜式電子設(shè)備(如手提計(jì)算機(jī)、移動(dòng)等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對(duì)開關(guān)電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。此外，還要求開關(guān)電源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。這一切高新要求便促進(jìn)了開關(guān)電源的不斷發(fā)展和進(jìn)步。問(wèn)題總結(jié)根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求，以與開關(guān)穩(wěn)壓電源具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)，利用開關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)可以很輕松的完成本設(shè)計(jì)，并能輕松達(dá)到要求。方案論證本題要設(shè)計(jì)并制作一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源，要求輸

23、出電壓U0可調(diào)其圍為：20V30V,最大輸出電流為I0max=0.5A。根據(jù)對(duì)題目的要求以與對(duì)基本要求和發(fā)揮部分的理解，將對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行方案的論證以與選擇，以達(dá)到一個(gè)較好的設(shè)計(jì)成果。單片機(jī)控制模塊方案一：采用51芯片AT89C51作為主控制臺(tái)，通過(guò)行列式鍵盤直接接入51芯片并使用液晶顯示器控制輸入頻率與幅度。采用XR-2206信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生三個(gè)頻率完全一樣的信號(hào)，為正弦波、方波和三角波。其中方波信號(hào)被送至分頻電路分頻?？梢赃_(dá)到題目所要求的10Hz1MHz的圍，但精確度會(huì)隨著頻率的增大而難以控制，失真度也會(huì)隨之增大。當(dāng)改變幅度時(shí)，很難達(dá)到題目所要求的圍。 方案二：采用89C2051開發(fā)制造

24、產(chǎn)品,因?yàn)?051看起來(lái)體積比較小,功能也較全面.但是2051不是標(biāo)準(zhǔn)的51核，所以89C2051的程序不能直接移植到51上。由于2051是精簡(jiǎn)型，所以P口變得很少，這樣一來(lái)可利用資源比較緊，只能做一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品。因此，對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不想適應(yīng)的。 方案三：采用SCT89C52作為主控芯片，該單片機(jī)是51單片機(jī)中增強(qiáng)型單片機(jī)，它體積小，工作穩(wěn)定可靠，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得本設(shè)計(jì)能G更加順利地完成。方案論證：從題目要求以與以上方案來(lái)看，我們選擇方案三比較合理。電源控制核心模塊方案一：根據(jù)輸入輸出電壓的要求，部分輸出電壓值包含在輸入電壓圍，即要對(duì)輸入電壓實(shí)現(xiàn)升壓或是降壓功能，因此我們采用

25、兩級(jí)的非隔離型的DC/DC變換來(lái)解決這一問(wèn)題，將電壓升高到最大要求輸出值，控制降壓值，實(shí)現(xiàn)不同輸出，進(jìn)而解決了即升又降的問(wèn)題。方案如下圖2-1所示，采用Boost升壓變壓器可實(shí)現(xiàn)電壓的升高，采用Buck降壓變壓器可實(shí)現(xiàn)電壓的降低，采用先升壓后降壓的模式，以STC89C52為控制核心，用外部的AD（模數(shù)轉(zhuǎn)換）對(duì)輸出電壓、電流大小進(jìn)行檢測(cè)并用LCD顯示，用DA（數(shù)模轉(zhuǎn)換）控制輸出電壓的大小。圖2-1 方案一框圖升壓Boost型DC-DC變換器拓?fù)鋱D的基本原理如下圖2-2所示。圖2-2 Boost型DC-DC變換器拓?fù)鋱DSW是受控制電路決定的周期性導(dǎo)通的開關(guān)，L為升壓電感，D為續(xù)流二極管，C為濾波電

26、容。開關(guān)閉合的時(shí)間越長(zhǎng)，電感中的電流也就越大，磁儲(chǔ)能也就越多，開關(guān)斷開期間向輸出端饋送的能量越多，因此輸出端的電壓也就越高。這樣，調(diào)節(jié)占空比d就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓。同樣，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)(變高或變低)也可以通過(guò)改變占空比達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，輸入電壓Vin與輸出電壓Vo的關(guān)系：Vo/Vin=1/(1-d)公式（2-1）。降壓Buck型DC-DC變換器拓?fù)鋱D的基本原理如下圖2-3所示。圖2-3 Buck型DC-DC變換器拓?fù)鋱DS是受控制電路決定的周期性導(dǎo)通的開關(guān)，L為降壓電感，VD為續(xù)流二極管，C為濾波電容。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，加在電感兩端的電壓為(Vi-Vo)，此時(shí)電感由電壓(Vi-Vo)勵(lì)

27、磁，電感增加的磁通為：(Vi-Vo)*Ton公式（2-2）。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，由于輸出電流的連續(xù)，二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通，電感削磁，電感減少的磁通為：(Vo)*Toff。當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，(Vi-Vo)*Ton=(Vo)*Toff公式（2-3），由于占空比DVo，實(shí)現(xiàn)降壓功能。方案二：直接做升降壓的BuckBoost非隔離型的DC/DC變換，以MSP430單片機(jī)為控制中心；單片機(jī)產(chǎn)生的PWM直接控制開關(guān)管，片的AD（模數(shù)轉(zhuǎn)換）對(duì)輸出電壓、電流進(jìn)行進(jìn)行采樣，經(jīng)處理后用LED顯示，同時(shí)也對(duì)采樣回來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)合算法控制PWM的輸出占空比，從而實(shí)現(xiàn)了電壓的穩(wěn)定輸出。升降壓的BuckBoost

28、基本原理如下圖2-4所示。圖2-4 BuckBoost型DC-DC變換器拓?fù)鋱DS是受控制電路決定的周期性導(dǎo)通的開關(guān)，L為降壓電感，VD為續(xù)流二極管，C為濾波電容。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，此時(shí)電感由電壓(Vi)勵(lì)磁，電感增加的磁通為：(Vi)*Ton;當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感削磁，電感減少的磁通為：(Vo)*Toff。當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí),增加的磁通等于減少的磁通，(Vi)*Ton=(Vo)*Toff 公式（2-4），根據(jù)Ton比Toff值不同，可能ViVo。但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。BuckBoost型DC-DC變換器計(jì)算公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D）公式（2-5），D為充電

29、占空比，既S導(dǎo)通時(shí)間。0D1。方案三：電容式開關(guān)電源它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負(fù)電壓。其部的FET開關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數(shù)(0.5,2或3)倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。這種特別的調(diào)制過(guò)程可以保證高達(dá)80的效率，而且只需外接瓷電容。由于電路是開關(guān)工作的，電荷泵結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的輸出紋波和EMI(電磁干擾)并且?guī)ж?fù)載的能力較差。方案論證：經(jīng)過(guò)綜合比較可以知道方案二的硬件電路要比方案一的簡(jiǎn)單，但是在軟件方面恰好相反，方案三帶負(fù)載的能力較差。而且51單片機(jī)我們已經(jīng)能夠熟練的使用，因此我們選擇方案一。顯示模塊方案一：采用LED數(shù)碼管

30、顯示。雖然功率低，控制簡(jiǎn)單，但卻只能顯示數(shù)字和一些簡(jiǎn)單的字符，沒(méi)有較好的人機(jī)界面。方案二：1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16*2即32個(gè)字符。1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。使用時(shí)直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。它的特點(diǎn)是顯示字跡清楚，價(jià)格相對(duì)便宜。但是1602顯示過(guò)于簡(jiǎn)單，不能顯示文字。方案三：12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示8*4個(gè)中文漢字和一些簡(jiǎn)單的圖片

31、，顯示信息也非常的清楚。使用時(shí)也直接編寫軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。方案論證：從題目要求以與以上方案來(lái)看，我們選擇方案三比較理想。鍵盤輸入模塊方案一：采用傳統(tǒng)的獨(dú)立式按鍵。這種方式占用系統(tǒng)的資源較多，而且效率低，程序的編寫量大而復(fù)雜。 方案二：為了提高單片機(jī)的資源利用率，按鍵部分使用4*4矩陣式鍵盤。這種方法在開關(guān)數(shù)量多的情況下可以節(jié)省很多的接口，并且提高系統(tǒng)接口的利用率。 方案論證：確定選擇采用方案二。系統(tǒng)各模塊的最終方案經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析與論證，決定系統(tǒng)各模塊的最終方案如下： 控制模塊：采用STC98C52控制； 顯示模塊：采用LCD12864顯示； 鍵盤輸入模塊：采用4*4矩陣式鍵盤輸入電

32、壓值；開關(guān)電源控制核心模塊：做兩級(jí)的非隔離型的DC/DC變換，先升壓后降壓； 第三章 總體設(shè)計(jì)與模塊簡(jiǎn)介本開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)基于LM2587、LM2576升降壓模塊，采用Boost升壓降壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。由單片機(jī)STC89C52作為控制器。STC89C52單片機(jī)通過(guò)控制LM2576產(chǎn)生不同的電壓，經(jīng)濾波后輸出，并通過(guò)LCD12864液晶模塊和鍵盤按鍵進(jìn)行人機(jī)交互。系統(tǒng)的總體框圖如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)的總體框圖用戶從控制面板上按鍵輸入命令，數(shù)據(jù)將顯示在LCD12864上，并將命令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，再由單片機(jī)控制LM2576芯片輸出電壓，并通過(guò)后級(jí)控制電路調(diào)整電壓誤差，最后輸出所需的電壓

33、。因?yàn)槭强烧{(diào)控制，調(diào)節(jié)按鍵可以輸出不同的電壓以與按照不同的步進(jìn)增加或降低電壓。STC89C52的介紹STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。 主要特性如下： 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051. 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V2.0V（3V單片機(jī)） 工作頻率圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051的080MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RA

34、M 通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。 ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 具有EEPROM功能 具有看門狗功能共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART工作溫度圍：-4

35、0+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）PDIP封裝圖3-2 STC89C52RC引腳圖LM2576簡(jiǎn)介L(zhǎng)M2576系列的穩(wěn)壓器是單集成電路，能提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓器（Buck型）的各種功能，能驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載，有優(yōu)異的線性和負(fù)載調(diào)整能力。這些器件的固定輸出電壓有3.3V,5V,12V,15V以與還有可調(diào)節(jié)輸出的型號(hào)，可調(diào)節(jié)輸出型號(hào)輸出電壓圍在線性和負(fù)載條件下1.23V-37V可調(diào)（HV型號(hào)的57V）最大正負(fù)4%，低功耗。這些穩(wěn)壓器件部含有頻率補(bǔ)償和一個(gè)固定頻率振蕩器，將外部器件大大減少器件，使電路簡(jiǎn)單。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下： 最大輸出電流：3A; 最高輸入電壓：LM2576為

36、40V，LM2576HV為60V; 輸出電壓：3.3V、5V、12V、15V和ADJ(可調(diào))等可選; 振東頻率：52kHz; 轉(zhuǎn)換效率：75%88%(不同電壓輸出時(shí)的效率不同); 控制方式：PWM; 工作溫度圍：-40 +125 工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制; 工作模式控制：TTL電平兼容; 所需外部元件：僅四個(gè)(不可調(diào))或六個(gè)(可調(diào)); 器件保護(hù)：熱關(guān)斷與電流限制; 封裝形式：TO-220或TO-263。LM2576的部框圖如圖3-3所示，該框圖的引腳定義對(duì)應(yīng)于五腳TO-220封裝形式。圖3-3 LM2576的部框圖LM2576部包含52kHz振蕩器、1.23V基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)

37、斷電路、電流限制電路、放大器、比較器與部穩(wěn)壓電路等。為了產(chǎn)生不同的輸出電壓， 通常將比較器的負(fù)端接基準(zhǔn)電壓(1.23V)，正端接分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，這樣可根據(jù)輸出電壓的不同選定不同的阻值，其中R1=1k(可調(diào)-ADJ時(shí)開路)， R2分別為1.7 k(3.3V)、3.1 k(5V)、8.84 k(12V)、11.3 k(15V)和0(-ADJ)，上述電阻依據(jù)型號(hào)不同已在芯片部做了精確調(diào)整，因而無(wú)需使用者考慮。將輸出電壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出同部基準(zhǔn)穩(wěn)壓值 1.23V進(jìn)行比較，若電壓有偏差，則可用放大器控制部振蕩器的輸出占空比，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。由圖與LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的特性可以看出，以

38、LM2576為核心的開關(guān)穩(wěn)壓電源完全可以取代三端穩(wěn)壓器件構(gòu)成的MCU穩(wěn)壓電源。LM2587簡(jiǎn)介L(zhǎng)M2587 系列穩(wěn)壓器是專為回掃、步升(升壓)和正激轉(zhuǎn)換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的單片集成電路。此器件有4個(gè)不同的輸出電壓型號(hào)：3.3V、5.0V、12V和電壓可調(diào)。這些穩(wěn)壓器所需外圍元件最少，性價(jià)比高，而且簡(jiǎn)單易用。數(shù)據(jù)表中包含了升壓型穩(wěn)壓器和回掃式穩(wěn)壓器的典型電路。同時(shí)還給出了元件的選型指南，包括二極管、電容器、一系列標(biāo)準(zhǔn)電感器以與與這些開關(guān)穩(wěn)壓器配合工作的回掃式變壓器。電源開關(guān)是一個(gè)可承受65V電壓的5.0A NPN器件。為電源開關(guān)提供保護(hù)的包括限流和限熱電路以與一個(gè)欠壓鎖定電路。此集成電路包含一個(gè)100

39、 kHz固定頻率部振蕩器，允許使用小型磁性元件。其他特性包括軟啟動(dòng)模式和電流模式控制，其中軟啟動(dòng)可以降低啟動(dòng)過(guò)程中的浪涌電流，電流模式控制可以提供改善的輸入電壓拒絕、輸出負(fù)載瞬態(tài)和逐周期限流。在規(guī)定輸入電壓和輸出負(fù)載的情況下，供電系統(tǒng)可保證4%的輸出電壓容差。LM2587開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下： 僅需極少量外圍元件 一系列標(biāo)準(zhǔn)電感器和變壓器 5.0A、65V的NPN輸出開關(guān) 寬廣的輸入電壓圍：4V至40V 電流工作模式可改善瞬態(tài)響應(yīng)、線路調(diào)節(jié)和限流性能 100 kHz開關(guān)頻率 部軟啟動(dòng)功能降低了啟動(dòng)中的浪涌電流 限流、欠壓鎖定和熱關(guān)斷可保護(hù)輸出晶體管 對(duì)于線路和負(fù)載可保證最大4%的系統(tǒng)

40、輸出電壓容差典型應(yīng)用電路：圖3-4 LM2587典型應(yīng)用電路LCD12864的簡(jiǎn)介帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字。也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于一樣

41、點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。LCD12864基本特性如下:低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V）顯示分辨率:12864點(diǎn) 置漢字字庫(kù)，提供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選) 置 128個(gè)168點(diǎn)陣字符 2MHZ時(shí)鐘頻率 顯示方式：STN、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS 視角方向：6點(diǎn) 背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10 通訊方式：串行、并口可選 置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓 無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)工作溫度: 0 - +55 ,存儲(chǔ)溫度: -20 - +60模塊接口說(shuō)明：表3-1管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2V

42、CC3.0+5V電源正3V0-對(duì)比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號(hào)7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空腳17/RE

43、SETH/L復(fù)位端，低電平有效18VOUT-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負(fù)端TLV5638的簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用TLV5638，TLV5638是TI公司的12位D/A轉(zhuǎn)換器，具有兩個(gè)輸出通道，數(shù)據(jù)傳輸接口為3線的串行接口，該接口能夠與常用的微控制器或者微處理器直接相連。每次傳輸數(shù)據(jù)由16位的數(shù)據(jù)組成一幀，其中4位控制命令字，12位輸出數(shù)據(jù)。TLV5638輸出經(jīng)過(guò)兩個(gè)緩沖器，DAC的可編程建立時(shí)間使得設(shè)計(jì)人員能夠優(yōu)化速度與功耗分配的關(guān)系。同時(shí)置片上電壓參考源，該參考源最大能達(dá)到1mA的電流，因此也可以將其作為整個(gè)系統(tǒng)的參考源，減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜

44、性。TLV5638的基本特性參數(shù)如下： 12位分辨率； 雙輸出通道； 可編程部參考源； 可變成速度（建立時(shí)間）：快速模式1s；慢速模式3.5s； 兼容SPI串行接口； 差分非線性度0.5LSB； 供電電源：2.7V5.5V DC。TLV5638的引腳配置如圖3-5所示。圖3-5TLV5638的引腳配置TLV5638的引腳功能說(shuō)明： DIN：串行數(shù)據(jù)輸入 SCLK：串行接口時(shí)鐘輸入 /CS：片選信號(hào)輸入，低電平有效 OUTA：A通道模擬電壓輸出 AGND：模擬地 REF：模擬電壓參考輸入/輸出 OUTB：B通道模擬電壓輸出 VDD：供電電源（2.7V5.5V）第四章 硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)單

45、片機(jī)系統(tǒng)電路由STC89C52為核心，STC89C52擁有豐富的IO口和片上資源，是目前比較流行的單片機(jī)，該部分電路如圖4-1所示，主要有時(shí)鐘電路，復(fù)位電路構(gòu)成。圖4-1 信號(hào)產(chǎn)生與控制電路P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖

46、器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2 口：P2 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器。能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器

47、或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。時(shí)鐘電路：STC89C52的XTAL1是片振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz選擇。電容取30PF左右。STC89C5

48、2中有一個(gè)用于構(gòu)成部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。片外石英晶體或者瓷諧振器與電容C7、C8接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C7、C8雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序與溫度穩(wěn)定性，這里采用電容30pF，晶振采用11.0592MHz。復(fù)位電路：STC89C52的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。上電復(fù)位電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。按鍵電平復(fù)位電路是在

49、普通RC復(fù)位電路的基礎(chǔ)上接一個(gè)有下拉電阻10K、上拉電容10f接VCC,電源由開關(guān)接至復(fù)位腳（和上拉電容并聯(lián)），上拉電容支路負(fù)責(zé)在“上電”瞬間實(shí)施復(fù)位；開關(guān)通過(guò)10K下拉電阻分壓器，保證對(duì)單片機(jī)實(shí)施按鍵電平復(fù)位。主控電路設(shè)計(jì)主控電路我們以STC89C52、A/D0832和TLV5638為核心，首先由以A/D0832和TLV5638為主的電路對(duì)DC-DC部分的輸出電壓進(jìn)行采樣實(shí)時(shí)送到單片機(jī)進(jìn)行處理，然后再傳到LCD12864顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)檢測(cè)外部按鍵的數(shù)據(jù)輸入來(lái)改變輸出電壓，當(dāng)檢測(cè)到負(fù)載過(guò)流信號(hào)的時(shí)候，單片機(jī)就會(huì)給LM2576部分電路的五腳輸出一個(gè)高電平信號(hào)使降壓部分輸出電壓為零從而是電路得以保

50、護(hù)。連接方法如下圖4-2所示：圖4-2 主控電路設(shè)計(jì)圖升壓電路設(shè)計(jì)升壓電路芯片采用的是LM2587，其連接方法如圖4-3所示：圖4-3 升壓電路設(shè)計(jì)圖降壓電路設(shè)計(jì)采用LM2576構(gòu)成的降壓電路如圖2所示，輸出電壓經(jīng)R1和R2分壓取樣后送到減法器的正輸入端，負(fù)端接VSET。VSET信號(hào)是單片機(jī)給出的電壓信號(hào)，輸出的取樣電壓減去D/A轉(zhuǎn)換電壓后得到誤差信號(hào)。再將誤差信號(hào)加上參考電壓（VREF）1.23V, 將此結(jié)果送到LM2576的反饋端。如圖4-4所示。圖4-4 降壓電路設(shè)計(jì)圖相比于傳統(tǒng)的直接反饋，本設(shè)計(jì)中的反饋回路復(fù)雜度較高，這種設(shè)計(jì)主要是出于以下考慮：首先是便于單片機(jī)控制，只要改變D/A轉(zhuǎn)換

51、輸出電壓，則反饋回路起作用，自動(dòng)將輸出取樣電壓向D/A轉(zhuǎn)換電壓靠近，完成電壓調(diào)整過(guò)程；其次，可以滿足零伏輸出。若單純用LM2576的反饋引腳，則手冊(cè)中給出的參考電路最低輸出只能達(dá)到1.25V,因此需要將反饋電壓“平移”一個(gè)VREF參考電壓的電平。反饋電阻分壓得到的電壓還同時(shí)送到單片機(jī)的DAC,通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換和尺度換算，得到輸出電壓值，作為數(shù)字量顯示輸出到液晶顯示器上。過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求，電路需具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流IO（th）=1.50.1A，當(dāng)排除過(guò)流故障后，電源能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)。該電路部分對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，并實(shí)時(shí)送到單片機(jī)進(jìn)行處理，然后再傳到LCD12864顯示數(shù)據(jù)。過(guò)

52、流保護(hù)電路是由減法器和比較器構(gòu)成。電流流過(guò)1歐姆的電阻會(huì)產(chǎn)生壓降利用減法器把其壓降減出來(lái)，根據(jù)歐姆定律得到電流與減出來(lái)的電壓是1:1的關(guān)系，減出來(lái)的電壓送到比較器，如果有過(guò)流比較器動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下降沿的脈沖，單片機(jī)在下降沿的到來(lái)時(shí)進(jìn)入中斷，并給LM2576部分電路的五腳輸出一個(gè)高電平信號(hào)使降壓部分輸出電壓為零，當(dāng)過(guò)流解除時(shí)恢復(fù)電壓輸出，從而使電路得以保護(hù)。電路設(shè)計(jì)如圖4-5所示：圖4-5 過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)圖按鍵電路顯示電路這部分電路相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，它主要是通過(guò)鍵盤對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)從而改變輸出電壓，可以步進(jìn)加/減，復(fù)位。同時(shí)在LCD12864液晶顯示屏上顯示出來(lái)。第五章 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)

53、件主要包括了LCD12864液晶顯示、D/A、A/D模塊、STC89C52模塊、按鍵模塊和主函數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，其次顯示LCD，并使系統(tǒng)運(yùn)作起來(lái)，由STC89C52控制LM2576輸出電壓，最后，我們可以通過(guò)按鍵模塊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行變化。D/A、A/D模塊和STC89C52模塊是本次軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。主程序流程圖主程序主要是在不斷地做循環(huán)的程序，經(jīng)過(guò)不斷循環(huán)可以將變化的信息顯示出來(lái)并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。本程序在主循環(huán)做兩個(gè)循環(huán)，第一個(gè)循環(huán)是對(duì)液晶顯示器與按鍵的循環(huán)，通過(guò)對(duì)兩者進(jìn)行循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)用按鍵對(duì)輸出電壓的預(yù)設(shè)定和一些顯示基本的信息顯示功能；當(dāng)“確認(rèn)”按鍵按下后程序執(zhí)行另外一

54、個(gè)循環(huán)程序，主要實(shí)現(xiàn)輸出電壓、預(yù)設(shè)電壓、電流、是否存在過(guò)流的顯示，還有就是對(duì)DA、AD的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換功能。主程序流程框圖如下圖5-1所示。圖5-1 主程序流程圖過(guò)流保護(hù)程序流程圖過(guò)流保護(hù)是利用了單片機(jī)的外部中斷P32接口。用外部中斷下降沿觸發(fā)方式做過(guò)流保護(hù)具有響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，極為有效地保護(hù)了我們電源的本身以與負(fù)載。當(dāng)過(guò)流現(xiàn)象消失時(shí)恢復(fù)正常，再次等待中斷觸發(fā)信號(hào)，程序流程圖如下圖5-2所示。圖5-2 過(guò)流保護(hù)流程圖AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖圖 5-3 A/D轉(zhuǎn)換流程圖TLV5638數(shù)模轉(zhuǎn)換程序流程圖圖5-4 D/A轉(zhuǎn)換流程圖繪制PCB、實(shí)物制作與調(diào)試1.1 Altium d

55、esigner 09繪制原理圖軟件簡(jiǎn)介Altium(前身為Protel國(guó)際)由NickMartin于1985年始創(chuàng)于塔斯馬尼亞州霍巴特，致力于開發(fā)基于PC的軟件，為印刷電路板提供輔助的設(shè)計(jì)。最初的DOS環(huán)境下的PCB設(shè)計(jì)工具在澳大利亞得到了電子業(yè)界的廣泛接受，在1986年中期，Altium通過(guò)經(jīng)銷商將設(shè)計(jì)軟件包出口到美國(guó)和歐洲。隨著PCB設(shè)計(jì)軟件包的成功，Altium公司開始擴(kuò)大其產(chǎn)品圍，包括原理圖輸入、PCB自動(dòng)布線和自動(dòng)PCB器件布局軟件。80 年代晚期，Altium 公司意識(shí)到在開發(fā)利用Microsoft Windows 作為平臺(tái)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA 軟件方面存在商機(jī)。雖然Window

56、s 平臺(tái)在處理性能和可靠性上取得了進(jìn)步，但當(dāng)時(shí)很少有用于Windows 平臺(tái)的EDA 軟件,而當(dāng)時(shí)越來(lái)越多的設(shè)計(jì)工程師使用基于Windows 的操作系統(tǒng)。于是，在1991 年Altium 公司發(fā)布了世界上第一個(gè)基于Windows 的PCB 設(shè)計(jì)系統(tǒng)，Advanced PCB。在后來(lái)幾年里，憑借各種產(chǎn)品附加功能和增強(qiáng)功能所帶來(lái)的好處，Altium 建立了具有創(chuàng)新意識(shí)的EDA 軟件開發(fā)商的地位。1997 年，Altium 公司認(rèn)識(shí)到越來(lái)越需要把所有核心EDA 軟件工具集中到一個(gè)集成軟件包中，從而可以實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)概念直到生產(chǎn)的無(wú)縫集成。因此Altium 發(fā)布了專為Windows NT 平臺(tái)構(gòu)建的Pro

57、tel98，這是首次將所有5 種核心EDA 工具集成于一體的產(chǎn)品，這5 種核心EDA 工具包括原理圖輸入、可編程邏輯器件(PLD)設(shè)計(jì)、仿真、板卡設(shè)計(jì)和自動(dòng)布線。隨后在1999 年又發(fā)布了Protel 99 和第二個(gè)版本Protel 99 SE，這些版本提供了更高的設(shè)計(jì)流程自動(dòng)化程度，進(jìn)一步集成了各種設(shè)計(jì)工具，并引進(jìn)了“設(shè)計(jì)瀏覽器”平臺(tái)。設(shè)計(jì)瀏覽器平臺(tái)允許對(duì)電子設(shè)計(jì)的各方面設(shè)計(jì)工具、文檔管理、器件庫(kù)等進(jìn)行無(wú)縫集成，它是Altium 建立涵蓋所有電子設(shè)計(jì)技術(shù)的完全集成化設(shè)計(jì)系統(tǒng)理念的起點(diǎn)。Altium 公司致力于產(chǎn)品開發(fā)，并為工程師提供幫助他們實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的最佳設(shè)計(jì)工具。AltiumDesigner

58、基于一個(gè)軟件集成平臺(tái)，把為電子產(chǎn)品開發(fā)提供完整環(huán)境所需的工具全部整合在一個(gè)應(yīng)用軟件中。AltiumDesigner包含所有設(shè)計(jì)任務(wù)所需的工具：原理圖和HDL設(shè)計(jì)輸入、電路仿真、信號(hào)完整性分析、PCB設(shè)計(jì)、基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)。另外可對(duì)AltiumDesigner工作環(huán)境加以定制，以滿足用戶的各種不同需求。1.2 利用Altium designer 09繪制原理圖Altium designer 09繪制原理圖很簡(jiǎn)單，其步驟如下：（1)新建工程、新建原理圖元件庫(kù)文件、原理圖文件、PCB元件庫(kù)文件、PCB文件等。（2) 繪制原理圖元件庫(kù)元件、原理圖、PCB元件庫(kù)元件。 （3) 導(dǎo)入PC

59、B，進(jìn)行初步的元件布局并自動(dòng)布線。（4) 手工修改自動(dòng)布線不合理的線并對(duì)PCB進(jìn)行“美化”。（5) 保存、退出Altium designer 09軟件。1.3 硬件電路的制作硬件電路的制作流程如下：（1）利用Altium designer 09繪制原理圖以與PCB。（2）把畫好的PCB圖利用熱轉(zhuǎn)印原理印到銅板上。（3）用三氯化鐵腐蝕掉廢銅。（4）鉆孔。（5）把元件插到印制并腐蝕好的印制板上、焊接。（6）用萬(wàn)用表檢查線路，看有無(wú)短路、開路情況出現(xiàn)。1.4 調(diào)試把已經(jīng)調(diào)試好的程序下載到單片機(jī)，接上電源，觀察顯示器上顯示的現(xiàn)象，測(cè)試輸出電壓是否與預(yù)設(shè)電壓相等或接近。第一次調(diào)試失敗，輸出電壓與預(yù)設(shè)電壓

60、并不相等，且輸出電壓根本不變。經(jīng)過(guò)對(duì)作品的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)降壓電路設(shè)計(jì)控制部分的減法器不起作用，經(jīng)過(guò)討論以與老師的講解，得出失敗的原因在于減法器使用的運(yùn)放OP07是單電源工作，沒(méi)有達(dá)到所需的要求。后將OP07換成LM358問(wèn)題便得到了解決。經(jīng)過(guò)本次失敗，總結(jié)了運(yùn)放單電源與雙電源工作的區(qū)別：（1）在放大直流信號(hào)時(shí)，如果采用雙電源運(yùn)放，則最好選擇正負(fù)雙電源供電，否則輸入信號(hào)幅度較小時(shí)，可能無(wú)常工作；如果采用單電源運(yùn)放，則單電源供電或雙電源供電都可以正常工作； （2）在放大交流信號(hào)時(shí)，無(wú)論是單電源運(yùn)放還是雙電源運(yùn)放，采用正負(fù)雙電源供電都可以正常工作； （3）在放大交流信號(hào)時(shí)，無(wú)論是單電源運(yùn)放還是雙電源運(yùn)放