直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 系 別： 電子信息工程系 班 級(jí)： 2012 姓 名： 吳鵬 輔導(dǎo)老師：楊靜 摘 要在各種電子實(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)中需要使用不同的電壓值來(lái)測(cè)試的要求。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

2、作為調(diào)整管，由運(yùn)放作為反饋取樣之后的放大電路，利用放大電路來(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。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。關(guān)鍵詞直流穩(wěn)定電源；整流；濾波；程控；D/A；A/D目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)11.3 電源技術(shù)存在的問(wèn)題2第2章 穩(wěn)壓電源整體設(shè)計(jì)32.1整流電路32.1.1 單相半波整流電路

3、3單向全波整流電路42.1.3 橋式整流電路42.2 濾波電路52.2.1 電容濾波電路6電感濾波器72.3 穩(wěn)壓電路82.3.1 穩(wěn)壓電路的指標(biāo)82.3.2 穩(wěn)壓管基本應(yīng)用電路92.3.3 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路10第3章 硬件部分外圍電路設(shè)計(jì)153.1 程控部分153.1.1 8051單片機(jī)153.1.2 D/A和A/D芯片153.1.3 單片機(jī)外圍電路173.2數(shù)碼管顯示電路183.3 按鍵電路193.4 保護(hù)電路193.4.1 用穩(wěn)壓管保護(hù)193.4.2 二極管組成得過(guò)流保護(hù)電路20第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2141 系統(tǒng)核心指令系統(tǒng)214.2 軟件系統(tǒng)流程21第5章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的不足25

4、結(jié) 論26參考文獻(xiàn)27附錄128附錄229附錄330致謝31第1章 緒論1.1 課題背景電子設(shè)備都需要良好穩(wěn)定的電源，而外部提供的能源大多數(shù)為交流電源，電源設(shè)備擔(dān)負(fù)著把交流電源轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需的各種類別直流電源的任務(wù)，轉(zhuǎn)換后的直流電源應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，當(dāng)電網(wǎng)或負(fù)載變化時(shí)，它能保持穩(wěn)定的輸出電壓，并具有較低的紋波。我們通常稱這種直流電源為穩(wěn)壓電源2。但有時(shí)提供的直流電壓不符合設(shè)備要求，仍需變換，稱為DC/DC變換。常規(guī)的穩(wěn)壓電源為串聯(lián)調(diào)整線性穩(wěn)壓電源，它通常由50Hz工頻變壓器、整流器、濾波器、串聯(lián)調(diào)整線性穩(wěn)壓器組成。調(diào)整元件工作在線性放大區(qū)，流過(guò)的電流是連續(xù)的，調(diào)整管上損耗較大的功率，需要

5、體積較大的散熱器，因此該種電源體積大，且效率低，通常僅為3560。同時(shí)承受過(guò)載能力較差，但是它具有優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開(kāi)關(guān)電源處于電源技術(shù)的核心地位，它主要分為AC/DC和DC/DC兩大類。開(kāi)關(guān)電源去除了笨重的工頻變壓器，代之以幾十kHz、幾百kHz甚至數(shù)MHz的高頻變壓器。由于調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因而功率損耗小，效率高。目前，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)向著輕、小、薄、低噪音、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。新器件和新拓?fù)淅碚摰某霈F(xiàn)使得開(kāi)關(guān)電源日趨可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用。1.2電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)新型半導(dǎo)體器

6、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。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。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、

7、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)51.3 電源技術(shù)存在的問(wèn)題隨著半導(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

8、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)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

9、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。   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)，其交變電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的元件產(chǎn)生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾。這些干擾就會(huì)污染市電電網(wǎng)，影響鄰近的電子儀器及設(shè)備的正常工作。隨著開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路和抑制干擾措施的不斷改進(jìn)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)得到了一定的克服，可以達(dá)到不妨礙一般的電子儀器、家用電器的正常工作的程度。但是在一些精密電子儀器中，由于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，卻使它得不到使用

10、。所以，克服開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高它的使用范圍，是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第三個(gè)問(wèn)題。第2章 穩(wěn)壓電源整體設(shè)計(jì)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，和穩(wěn)壓電路等四個(gè)部分組成。圖 2-1直流穩(wěn)壓電源組成框圖電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担缓笸ㄟ^(guò)整流電路將電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(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，

11、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。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6。2.1整流電路 單相半波整流電路 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。 圖2-2 單相半波整流電路電路中，T為變壓器，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。 輸出直流電壓的平均值，即直流電壓V0可按下式求出 (2-1)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，直流成分比較低；變壓器有半個(gè)周期不導(dǎo)電，利用率低；

12、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。單向全波整流電路 單向全波整流電路如圖2-3所示。 圖2-3 單相全波整流電路全波整流電路接入濾波電容C，其充放電過(guò)程與半波整流相同，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。 橋式整流電路 橋式整流電路如圖2-4所示。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： (2-2)負(fù)載直流電壓平均值為 (2-3) 圖2-4 橋式整流電路每個(gè)二極管截止時(shí)的反向電壓相同，為V2的幅值。即： (3-4)導(dǎo)通二極管的電流平均值為負(fù)載電

13、流平均值的一半，最大值與負(fù)載電流最大值相同。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??；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。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。2.2 濾波電路交流電經(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)備能用上純凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓

14、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。 電容濾波電路 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: 圖2-5電容濾波電路電容濾波電路簡(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-型濾波電路在實(shí)際電路中經(jīng)常使用。RC-型濾波電路如圖2-6所示：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

15、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。圖2-6 RC-型濾波電路電感濾波器 利用電感具有阻止電流變化的特點(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。 圖2-7 電感濾波電路當(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。 由于電感交流電阻很大，而直流電阻很小，輸出直流分量在電感上損失很小，所以它適用于負(fù)

16、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。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 圖2-8 LC型濾波電路不難看出，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<3。 LC濾波電路中輸出電壓中的基波分量應(yīng)由jL和RL/(1/C)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

17、良好的濾波效果，所以說(shuō)他對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性比較強(qiáng)。 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： 圖2-10 型LC濾波電路2.3 穩(wěn)壓電路 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。 穩(wěn)壓電路的指標(biāo) 衡量穩(wěn)壓器的性能有許多指標(biāo)，

18、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)。 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：(=額定值) （2-5） 上式中，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。 另外還有以的倒數(shù)S為標(biāo)準(zhǔn)，稱S1/為穩(wěn)定系數(shù)的。 2 等效電阻 又稱為動(dòng)態(tài)電阻，是包括整流、濾波和

19、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：（額定值） （2-6） 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1.5以下。 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)?？捎靡粋€(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。2.3.2 穩(wěn)壓管基本應(yīng)用電路硅穩(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

20、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?，則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。 圖2-12是由穩(wěn)壓管構(gòu)成的基本穩(wěn)壓電路：圖2-12 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路電路中，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

21、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。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。2.3.3 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路比穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路要復(fù)

22、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)定的輸出電壓。 圖2-13 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路框圖取樣電路和基準(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)

23、的電壓傳遞函數(shù)，也就是調(diào)整管電路的電壓放大倍數(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： （2-9）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。 圖2-14 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)模式串聯(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

24、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。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。（1）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

25、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。 圖2-15 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路從上邊的穩(wěn)壓過(guò)程可以看出，當(dāng)輸入電壓增大或負(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。 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)。（2） 帶有放大器的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 簡(jiǎn)單的反饋型晶體

26、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

27、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。 圖2-16 帶有放大器的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路當(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持不變。 以

28、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220V24V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)，所以選用型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217所示：圖2-17 核心電路圖第3章 硬件部分外圍電路設(shè)計(jì)外圍電路包括程控

29、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。3.1 程控部分本設(shè)計(jì)采用了AT89C51作為系統(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。3.1.1 8051單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只

30、讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能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。3.1.2 D/A和A/D芯片在設(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)

31、，送單片機(jī)處理，進(jìn)行控制。這就需要D/A和A/D芯片。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。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

32、包含一個(gè)BURIEDZENER參考電源，積分轉(zhuǎn)換器（DAC），電壓輸出放大器。 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。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、式A/D轉(zhuǎn)換器和V/F轉(zhuǎn)換器。本次設(shè)

33、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420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，84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

34、編程位（STBYPD、FULLPD）用來(lái)提供轉(zhuǎn)換過(guò)程中的低電流關(guān)斷模式。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。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)附錄中的總體電路圖。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

35、。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。MAX508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。3.1.3 單片機(jī)外圍電路單片機(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。如圖所示圖3-1 上電復(fù)位電路

36、 圖3-2 按鈕復(fù)位電路最簡(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。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

37、腳XTAL2。這兩引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。3.2數(shù)碼管顯示電路本電路采用的是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1.22.6V，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Ｗ畛Ｒ?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。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。圖3-3 數(shù)碼管

38、結(jié)構(gòu)圖及接線方法3.3 按鍵電路常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤接口。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。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，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。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

39、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。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)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。3.4 保護(hù)電路保護(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

40、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)。3.4.1 用穩(wěn)壓管保護(hù)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。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)

41、壓作用，使得 *R穩(wěn)定值，并不再起變化。 圖3-1 穩(wěn)壓管保護(hù)電路此時(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)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12伏左右。3.4.2 二極管組成得過(guò)流保護(hù)電路電路如圖所示： 圖3-2 二極管組成的過(guò)流保護(hù)電路為保護(hù)管的基極電阻，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

42、小，從而起到限制作用。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。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)41 系統(tǒng)核心指令系統(tǒng)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。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)

43、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。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)移類指令；位操作類指令等等。4.2 軟件系統(tǒng)流程整個(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)用智能比較調(diào)整程序，來(lái)控

44、制MAX508的輸入數(shù)據(jù)，從而影響基準(zhǔn)電壓。主程序流程如圖4-1所示：圖4-1 主流程圖系統(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。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P

45、0口輸出二進(jìn)制碼，分兩次輸出，先低后高。程序較簡(jiǎn)單，就不畫出流程了。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。除法程序，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)

46、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，所以稱之為比較法。流程如圖4-2所示：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位二進(jìn)制數(shù)才能表示。 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，從而使電壓更加穩(wěn)定的程序。流程如圖4-3所示：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。第5章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的不足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，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。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