電源智能負(fù)載設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、ATX電源智能負(fù)載設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要本文闡明用單片機(jī)控制向ATX電源智能測試儀提供可控負(fù)載接口的方法，對如何輪流向電腦電源提供大功率負(fù)載問題進(jìn)行了研究；對如何選擇合適的開關(guān)管對大功率負(fù)載進(jìn)行輪流選通進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹；對如何利用AD芯片進(jìn)行電腦電源實(shí)際電壓的采集進(jìn)行了介紹。本文還討論了單片機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理問題，闡述ATX電源工作原理。本產(chǎn)品向ATX電源智能測試儀提供了5個可控負(fù)載接口。ATX電源智能測試儀可以很準(zhǔn)確的檢測出電腦電源的實(shí)際帶負(fù)載能力。關(guān)鍵詞負(fù)載、單片機(jī)、ATX電源、檢測ATX power supply design and implementation of intellige

2、nt load AbstractThe method which is described in the paper is how to supply the controllable load interfaces for ATX power supply intelligence test instrument through the single chip microcomputer control;The problem that how to altenatly supply high-power switch translator to realize the alternat s

3、trobe of the high-power loads is introduced systematicly;How to Sample the real voltage of the computer through the AD chip is introduced too.It is discussed that the key of the MCU control system is how to handle the data, so does the principle of the ATX power supply. The product has provided 5 co

4、ntrollable loads interfaces for ATX power source intelligence test instrument. The ATX power source intelligence test instrument candetect accuratly . the real loading ability of the computer power supply KeywordsLoads 、monolithic machine、 ATX power supply、detecting引言電腦電源檢測儀的現(xiàn)狀：電源是電腦能夠運(yùn)行的動力之源，在電腦運(yùn)行的

5、過程中我們越來越認(rèn)識到它的重要性。如果電源性能不佳，輕則機(jī)器時不時給你來個反復(fù)啟動、仿制處于半夢半醒之間，重則讓整部機(jī)器為此獻(xiàn)身。即使你機(jī)器配備的是品質(zhì)優(yōu)良的電源，但隨著不斷地給機(jī)器添置新的硬件和外設(shè)，這個電源是否還能擔(dān)當(dāng)起重任呢？我們又如何選擇合適的電源呢？打開電源的外殼后一個有經(jīng)驗(yàn)的用戶能夠了解電源的工藝水平，但并不能估算出電源輸出的實(shí)際功率，而且大多數(shù)經(jīng)銷商是不會給用戶這樣的機(jī)會的，所以電源的輸出功率、各端的最大輸出電流等指標(biāo)通常都標(biāo)注在電源的銘牌上。我們怎么知道這些指標(biāo)是真是假呢？市場上出現(xiàn)了許許多多的大功率電源，200W400W的電源到處都是，有雜牌的還有名牌的，面對這么多行行色色的

6、產(chǎn)品，作為消費(fèi)者，我們到底該如何選擇？很多人只是單純的用萬用表檢測下空載情況下電腦電源是否正常，根本不清楚電源的實(shí)際負(fù)載能力。市場上很難找到一款檢測電腦電源功率的電子產(chǎn)品。在網(wǎng)上找，費(fèi)了很大力氣才找到深圳的一家公司有類似的產(chǎn)品而且價格昂貴！針對這種情況，我們很有必要設(shè)計(jì)個合適的電腦電源檢測儀。目前單片機(jī)應(yīng)用廣泛，利用單片機(jī)可以設(shè)計(jì)出一款價格低廉適用性強(qiáng)的檢測儀。它有很大的市場前景，它的推廣可以很有力的打擊假冒偽劣產(chǎn)品，保護(hù)我們消費(fèi)者的利益。1 設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容本設(shè)計(jì)的要求就是設(shè)計(jì)一款智能負(fù)載，它能與ATX電源測試儀共同合作完成對電腦電源實(shí)際負(fù)載能力的測試。具體要求如下：（1）向ATX電源智能測試

7、儀+12V、+5V、+3V輸出端子提供大中小三種可控負(fù)載接口。（2）向ATX電源智能測試儀+5V USB1 +5V USB2輸出端子提供固定負(fù)載接口。-12V、-5V用指示燈表示正常與否。（3）提供各種被檢測電壓端口。（4）便于與ATX電源測試儀聯(lián)接。（5）可長時間工作。本設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)大功率負(fù)載，運(yùn)用IRF3205做開關(guān)管配合CD4051向單片機(jī)提供控制端口，控制大功率負(fù)載的選擇。并向AD芯片提供各種需要檢測的端口（+12V、+5V、+3V、+5V USB1 +5V USB2）。取得電腦電源的被檢測端口（+12V、+5V、+3V、+5V USB1 +5V USB2、-12V、-5V）。

8、2整體方案設(shè)計(jì)和論證2.1 ATX電源工作原理檢測電腦電源，自然很有必要知道電腦電源的工作原理，以下是對電腦電源的簡要介紹：      PC電源的工作流程：當(dāng)市電進(jìn)入電源后，先通過扼流線圈和電容濾波去除高頻雜波和干擾信號，然后經(jīng)過整流和濾波得到高壓直流電。接著通過開關(guān)電路把高壓直流電轉(zhuǎn)成高頻脈動直流電，再送高頻開關(guān)變壓器降壓。最后濾除高頻交流部份，這樣最后輸出供電腦使用的相對純凈的低壓直流電。穩(wěn)定低壓直流輸出高壓市電輸入全橋電路整流（整流）+大容量高壓濾波電容（濾波）低壓濾波電路（整流、濾波）一、 二級EMI濾波電路（濾波）開關(guān)三級管

9、開關(guān)變壓器（變壓）圖2.1  PC電源的工作流程如圖2.1所示，電源內(nèi)部的大致流程為：高壓市頻交流輸入 一、二級EMI濾波電路（濾波） 全橋電路整流(整流)+大容量高壓濾波電容(濾波) 高壓直流 開關(guān)三極管 高頻率的脈動直流電 開關(guān)變壓器（變壓） 低壓高頻交流 低壓濾波電路（整流、濾波） 穩(wěn)定的低壓直流輸出1。開關(guān)管的品質(zhì)直接決定了電源的穩(wěn)定性，它也是電源中主要的發(fā)熱元件，拆開電源后看到的主散熱片上的兩個晶體管就是開關(guān)管。高頻開關(guān)變壓器同樣是整個電路中的核心部件，講究的是鐵氧體的效率、磁芯截面積的大小和磁隙的寬度，截面積過小的變壓器容易產(chǎn)生磁飽和而無法輸出較大的功率，各個繞組的匝數(shù)直

10、接影響輸出的電壓，通常我們無法具體的掌握這些參數(shù)，所以無法準(zhǔn)確的判斷變壓器到底能輸出多大的功率。另外，開關(guān)變壓器的輸出端雖然很多，但其中的某些輸出端使用的卻是相同的繞組，比如+3.3VDC和+5VDC就是這樣，所以當(dāng)+3.3VDC輸出最大電流時+5VDC就無法輸出很大的電流了，就是由于這個原因我們不能將電源各個輸出端的功率進(jìn)行簡單的累加。在主變壓器旁邊的兩個小變壓器也有各自的作用，其中一個將開關(guān)電路控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動開關(guān)管進(jìn)行工作，同時還可以將開關(guān)管工作的高壓區(qū)和集成電路工作的低壓區(qū)進(jìn)行物理隔離。另外一個完全是一套獨(dú)立的小型開關(guān)電源，這就是我們所說的待機(jī)電路，其輸出的電壓為電源的主電路供電

11、，同時通過+5VSB端輸出到主板來實(shí)現(xiàn)喚醒功能。開關(guān)電源向電腦提供+5V、+12V、+3.3V、-12V、-5V、+5V USB1、+5V USB2 七個端口，其中+5V、+12V、+3.3V端口需帶的起電腦的大功率負(fù)載，才能保證電腦正常運(yùn)行。以上介紹了ATX電源的基本工作原理及一些特殊的輸出端口。我們就是要檢測這些特殊的端口，來檢測ATX電源的實(shí)際負(fù)載能力。2.2各模塊方案設(shè)計(jì)和論證2.2.1電源模塊電源模塊的要求是向板子提供穩(wěn)定可靠的+12V、+5V電源。方案1：通過ATX電腦電源上提供的+12V檢測端口取得。優(yōu)點(diǎn)：合理利用資源，方便快捷。缺點(diǎn)：因?yàn)槭潜粰z測端口，所以存在很多不穩(wěn)定因素，比

12、如電腦電源本身就是壞的，提供的電壓根本就沒有+12V，或者根本就沒電壓，這樣我們就無法知道到底是檢測儀出了問題（比如芯片壞了、與電腦電源的銜接接觸不良），還是電腦電源有問題2。方案2：通過最簡單的7812及7805穩(wěn)壓電路即可滿足要求。市電進(jìn)入后經(jīng)15V變壓器整形濾波后向7812提供輸入端。取的+12V電壓后再通過7805取的穩(wěn)定的+5V電源。本設(shè)計(jì)采用的方案負(fù)載模塊這是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分之一，選擇的負(fù)載要滿足以下要求：1、能夠承受大電流；2、必須是小電阻；3散熱性能好；4、穩(wěn)定性好，電阻值基本不隨著溫度的變化而變化；5 能長期工作?？蛇x擇的材料：糠銅絲、鋁片、電爐絲。方案1：選擇

13、康銅絲。優(yōu)點(diǎn)：糠銅絲能承受很大的電流，且阻值小，是用做電壓采樣的好材料。缺點(diǎn)：康銅絲的散熱性能不好，不適應(yīng)長期工作。且康銅絲價格昂貴，不易選用康銅絲。方案2：選擇鋁片。優(yōu)點(diǎn)：鋁片的能承受很大的電流，而且散熱性能特好，又能長期工作，且阻值基本不隨溫度變化而變化。缺點(diǎn)：鋁片的阻值太小，如果選用鋁片，那必須用很大塊且體積龐大的鋁塊，行是行，就是顯的很浪費(fèi)且不易擺放，不利于產(chǎn)品的微小化設(shè)計(jì)原則。 方案3：選擇電爐絲。電爐絲能滿足本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中負(fù)載模塊的所有要求，且價格低廉易于采購。想獲得小電阻的阻值，一般都要通過比較麻煩的方法測量后得到，比如用高精度數(shù)字式小電阻測量器測量，搭橋式電路進(jìn)行測量等。電爐絲的

14、測量就很方便，我們可以把買回來的電爐絲稍微拉長點(diǎn)，使每一小圈都沒接觸，然后數(shù)圈數(shù)。數(shù)到一千圈然后測量總共的阻值Y，將總的阻值除以一千就可以得到一小圈的電爐絲的阻值，精度高，若想截下某一阻值的電爐絲，可以通過計(jì)算得到圈數(shù)后截取。比如想取得阻值為X阻值的電爐絲 (Y為一千圈電爐絲的總阻值)本設(shè)計(jì)采用電爐絲做為負(fù)載3。2.2.3開關(guān)模塊 該模塊要實(shí)現(xiàn)的功能：提供單片機(jī)選擇具體讓某塊負(fù)載工作的端口。該模塊可有用開關(guān)功能實(shí)現(xiàn)電路加上開關(guān)管構(gòu)成。開關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)的選擇方案1：選擇普通三極管，如9012、9013等。優(yōu)點(diǎn)：易于控制。缺點(diǎn)：浪費(fèi)單片機(jī)的管腳資源，穩(wěn)定性差。方案2：選擇模擬開關(guān)芯片。

15、優(yōu)點(diǎn)：易于控制，節(jié)約單片機(jī)管腳資源，產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，穩(wěn)定性好，易于采購。理想的多路開關(guān)其開路電阻為無窮大，其導(dǎo)通時的電阻為零此外，還希望它切換速度快，噪音小，壽命長，工作可靠。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中多采用集成電路多路開關(guān)，其種類、型號都比較多，有8通道、16通道、甚至32通道的。常用的多路開關(guān)有CD4051(八選1)、菜單4052（雙四選1 ）、cd4067（十六八選1）等。本設(shè)計(jì)選擇的是CD4051芯片。下面是對CD4051芯片的詳細(xì)介紹：圖2.2 CD4051引腳圖圖2.3 功能圖CD4051是8通道多路開關(guān)，由邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼器和8個開關(guān)電路組成。CD4051的引腳如圖45所示，圖

16、中C、B、A是二進(jìn)制的控制輸入端，INH是允許輸入端。當(dāng)INH為高電平時，不論從A、B、C端輸入何值，8個通道均不通；當(dāng)INH為低電平時，允許由A、B、C端輸入3位二進(jìn)制數(shù)，在8路通道中選擇一路將輸入和輸出接通。CD4051允許雙向使用，改變圖中IN/OUT和OUT/IN的接法，可以實(shí)現(xiàn)“多到一”或“一到多”的轉(zhuǎn)換。 CD4051是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛使用的模擬開關(guān)，直流供電電源為VDD =515V，輸入電壓UIN =0VDD ，它所能傳送的數(shù)字信號電位變化范圍為315V，模擬信號峰峰值為15V，當(dāng)VEE 接負(fù)電源時，正、負(fù)模擬電壓均可通過。接通電阻小，一般小于80， 斷開電阻高，在VDD -

17、VEE =10V時，泄漏電流的典型值為±10nA。表2.1 真值表CD4051應(yīng)用上有個非常值得注意的地方，那就是VDD的大小會影響到芯片對選通管腳的選擇端口A、B、C電壓高低的識別。比如當(dāng)VDD>10V時，要給A賦高于6V的電壓才認(rèn)為是A至1了。當(dāng)VDD<=8V時，只要給A賦5V ，A就至14。 開關(guān)管的選擇開關(guān)管的要求：1、必須能承受大功率。2、開路電阻為無窮大，其導(dǎo)通時的電阻為幾乎為零。3、希望它切換速度快，噪音小，壽命長，工作可靠。對于這樣苛刻的要求也只有場效應(yīng)管方能勝任。場效應(yīng)管與晶體管不同,它是一種電壓控制器件(晶體管是電流控制器件),其特性更象

18、電子管,它具有很高的輸入阻抗,較大的功率增益,由于是電壓控制器件所以噪聲小. 場效應(yīng)管是一種單極型晶體管,它只有一個P-N結(jié),在零偏壓的狀態(tài)下,它是導(dǎo)通的,如果在其柵極(G)和源極(S)之間加上一個反向偏壓(稱柵極偏壓)在反向電場作用下P-N變厚(稱耗盡區(qū))溝道變窄,其漏極電流將變小,反向偏壓達(dá)到一定時,耗盡區(qū)將完全溝道"夾斷",此時,場效應(yīng)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài),此時的反向偏壓我們稱之為夾斷電壓,用Vpo表示,它與柵極電壓Vgs和漏源電壓Vds之間可近以表示為Vpo=Vps |Vgs|,這里|Vgs|是Vgs的絕對值. 當(dāng)Vgs=0時Id(漏極電流)=0,只有當(dāng)Vgs增加到某一個

19、值時才開始導(dǎo)通,有漏極電流產(chǎn)生.并稱開始出現(xiàn)漏極電流時的柵源電壓Vgs為開啟電壓.本設(shè)計(jì)是給Vgs提供足夠大的電壓，使場效應(yīng)管工作在放大區(qū)，Ids完全取值于Rds5。本設(shè)計(jì)選擇了IRF3205，下面是對IRF3205的詳細(xì)介紹：IRF3205是大功率場效應(yīng)管, 開路電阻為無窮大，其導(dǎo)通時的電阻為幾乎為零,切換速度快,只要應(yīng)用得當(dāng),能長時間工作.以下通過圖片來描述IRF3205場效應(yīng)管與的關(guān)系, 與的關(guān)系.圖2.3在室溫25攝氏度下典型的輸出特性圖2.4在175攝氏度下典型的輸出特性從以上2.4圖可以看出與的關(guān)系基本不受溫度的影響,且只要大于1V, 足可以超過15A.利用這點(diǎn)可以很好的解決當(dāng)為3

20、.3V時向ATX電源提供大功率負(fù)載的問題.圖2.5典型的傳輸特性從圖2.5可看出,只要6V, 能有可達(dá)到100A.足以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求.圖2.6開關(guān)時間波形從圖2.6可以看出IRF3205易于控制,且開關(guān)時間短.62.2.4顯示模塊該模塊的功能:實(shí)現(xiàn)對采集到信號的及時顯示.方案1:用LED做時時動態(tài)顯示.優(yōu)點(diǎn):控制簡單,價格低廉,易于購買.缺點(diǎn):浪費(fèi)CPU資源.方案2:用LCD做靜態(tài)顯示.優(yōu)點(diǎn): 控制簡單,價格低廉,易于購買,可以有效的節(jié)約CPU資源.可以顯示字符.缺點(diǎn):浪費(fèi)單片機(jī)斷口;本設(shè)計(jì)采用的是LCD1602;下面是LCD1602進(jìn)行詳細(xì)資料:1602B引腳說明如表2.2表2.2 160

21、2B引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2雙向數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3雙向數(shù)據(jù)口3VL對比度調(diào)節(jié)11D4雙向數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5雙向數(shù)據(jù)口5R/W讀/寫選擇13D6雙向數(shù)據(jù)口6E模塊使能端14D7雙向數(shù)據(jù)口7D0雙向數(shù)據(jù)口15BLK背光源地8D1雙向數(shù)據(jù)口16BLA背光源正極注意事項(xiàng)：從該模塊的正面看，引腳排列從右向左為：15腳、16腳然后才是114腳(線路板上已經(jīng)標(biāo)明)。VDD：電源正極，4.55.5V，通常使用5V電壓；VL：LCD對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為05V。接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，因此通常

22、使用一個10K的電位器來調(diào)整對比度，或者直接串接一個電阻到地；RS：MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要寫入指令時，使RS為低電平；MCU要寫入數(shù)據(jù)時，使RS為高電平；R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時，寫入數(shù)據(jù)；E：LCD模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)模塊。D0D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4D7接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式；BLA： LED背光正極。需要背光時，BLA串接一個限流電阻接VDD，BLK接地，實(shí)測該模塊的背光電流為50mA左右；BLK： LED背光地端

23、。根據(jù)資料,只要對各端口進(jìn)行準(zhǔn)確的控制,可以很容易的實(shí)現(xiàn)讀寫.2.2.5單片機(jī)模塊本設(shè)計(jì)的核心控制芯片就是單片機(jī),該模塊的功能:實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制.單片機(jī)種類繁多,應(yīng)該選擇最合適的單片機(jī),要熟練掌握它的功能且靈活應(yīng)用.本設(shè)計(jì)選擇的是89S51.優(yōu)點(diǎn):控制方便,性能穩(wěn)定,資源豐富.完全滿足本設(shè)計(jì)要求,以下是對單片機(jī)的詳細(xì)介紹:1MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部介紹（1）振蕩器MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部有一個振蕩器，只要外接一個晶振即可產(chǎn)生整個系統(tǒng)所需的時鐘脈沖。CPU這是一個特別適于從事自動控制的高性能8位CPU，用來執(zhí)行指令和控制整個單片機(jī)的運(yùn)作。程序存儲器ROM、EPROM或Flash存儲器，用來

24、儲存程序及固定不變的常數(shù)。其容量隨型號而異。它們的最大特點(diǎn)是內(nèi)容不會因電源切斷而消失。但是CPU僅能讀取程序存儲器的內(nèi)容，而無法改變程序存儲器的內(nèi)容。數(shù)據(jù)存儲器RAM，用來儲存程序執(zhí)行中需要加以改變的數(shù)據(jù)。其容量隨型號而異。它是一種隨時可以有CPU存取數(shù)據(jù)的存儲器，但存于內(nèi)部的數(shù)據(jù)會隨電源的切斷而消失。定時計(jì)數(shù)器可用指令設(shè)定為16位的定時器或16位的計(jì)數(shù)器用。I/O引腳一共有32個輸入/輸出引腳可供使用7。2MCS-51系列單片機(jī)的引腳圖如下：圖2.7 MCS-51系列單片機(jī)引腳圖盡管單片機(jī)的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線

25、系統(tǒng)。同時集成諸如通訊接口、定時器，實(shí)時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)的種種優(yōu)勢，足以滿足本設(shè)計(jì)的要求。2.2.6整體方案設(shè)計(jì)整體方案1CD4051開關(guān)管（IRF3205）負(fù)載（電爐絲）ATX電源檢測儀分壓ATX電源被檢測端口圖2.8 方案1方框圖方案論證:當(dāng)接入ATX電源做好檢測準(zhǔn)備后，等待單片機(jī)的控制。單片機(jī)控制CD40

26、51來輪流選通場效應(yīng)管,打開場效應(yīng)管后,負(fù)載開始工作, 在打開負(fù)載端口的期間，負(fù)載會迅速加熱。單片機(jī)再控制AD芯片不斷的對提供負(fù)載工作的端口電壓進(jìn)行采集并顯示,并將采集到的模擬值進(jìn)行處理后送顯示,并做報警處理。優(yōu)點(diǎn)：材料實(shí)惠而且易與采購。解決了負(fù)載因?yàn)榧訜岫淖冏柚档膯栴}，解決了因?yàn)榇蠊β使ぷ鞫y于控制的問題?？梢院苡行У膶?shí)現(xiàn)大功率負(fù)載的選擇與檢測。精度高、性能穩(wěn)定且可以長時間工作。缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)自檢功能。本設(shè)計(jì)中用到的開關(guān)管是直接串聯(lián)到大功率工作線上的，所以有可能出現(xiàn)因長期使用而壞死的情況，一旦某一路開關(guān)管的場效應(yīng)管是不能工作了，就會導(dǎo)致這一路的大功率負(fù)載不工作，那檢測儀檢測到的電壓實(shí)際上是

27、這一路空載情況下的電壓。本設(shè)計(jì)中ATX檢測儀在開始工作時并未先對開關(guān)管的好壞進(jìn)行檢測。整體方案2分壓負(fù)載（糠銅絲或者鋁塊）CD4051ATX電源檢測儀分壓ATX電源被檢測端口圖2.9 方案2方框圖方案論證：當(dāng)接入ATX電源做好檢測準(zhǔn)備后，等待單片機(jī)的控制。單片機(jī)控制CD4051來輪流選通負(fù)載，在打開負(fù)載端口的期間，負(fù)載會迅速加熱。單片機(jī)再控制AD芯片不斷的對提供負(fù)載工作的端口電壓進(jìn)行采集并顯示,并將采集到的模擬值進(jìn)行處理后送顯示,并做報警處理。優(yōu)點(diǎn)：控制方便，性能穩(wěn)定、能長時間工作。缺點(diǎn)：不能完全實(shí)現(xiàn)大功率負(fù)載的檢測，精度不夠高本設(shè)計(jì)采用的是方案1，場效應(yīng)管IRF3205的最大工作功率可達(dá)18

28、0W，本設(shè)計(jì)中只是利用了它的飽和導(dǎo)通特性，它正常工作時的DS間電阻基本為零，基本不承受任何負(fù)載，故出故障的可能性也很低，本設(shè)計(jì)雖然說不能實(shí)現(xiàn)自檢功能，當(dāng)出現(xiàn)故障的幾率也很低。方案1可以很有效的實(shí)現(xiàn)大功率負(fù)載的選擇與檢測。精度高、性能穩(wěn)定且可以長時間工作。故選擇它。方案2雖然性能穩(wěn)定控制方便，但是它并未真正實(shí)現(xiàn)大功率工作，且精度不高。本設(shè)計(jì)選擇了方案1，當(dāng)然肯定還有更多更好的方案，只是能力有限，并未想到。3硬件電路3.1 電源模塊 電源模塊采用的是最常用的7812、7805穩(wěn)壓電路。硬件電路圖如圖3.1。圖3.1 電源模塊圖市電經(jīng)過15V的交流變壓器后進(jìn)行整流穩(wěn)壓可得到+12V、 +5V電壓。3

29、.2與電腦電源的銜接模塊從廢舊的主板上拆下與電源銜接的20針座子，因?yàn)樵摻涌诎穗娔X電源出來的所有需要檢測的電壓。具體接口如圖3.2所示：圖3.2 電腦電源的銜接模塊其中需注意的是:必須將3、4腳的針同時插上，保證連接。電腦電源才會啟動。其他的端口有多輸出端子，可以只接一個。3.3可控負(fù)載模塊該模塊采用的是CD4051與IRF3205結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)的，具體電路圖如下：圖3.3 可控負(fù)載模塊具體阻值如表3.1。表3.1 負(fù)載阻值表電阻R0、R2、R22R4、R6、R8R9、R11、R13阻值/歐0.717142851.07142851.800000因?yàn)樨?fù)載要大功率工作，為了讓功耗基本上都加在負(fù)載

30、上，導(dǎo)通時場效應(yīng)管的阻值要基本為零，故因使IRF3205工作在放大區(qū)，通過調(diào)試，發(fā)現(xiàn)場效應(yīng)管IRF3205的特性與PDF提供的有點(diǎn)不同，從PDF資料可以看出只要Vgs達(dá)到5V，Id足可以達(dá)到18A以上，并且阻值DS間阻值基本為零，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)只要Vgs達(dá)到7V左右場效應(yīng)管IRF3205才基本不發(fā)燙。故要保證CD4051的輸入的選通端電壓為7V左右，本設(shè)計(jì)采用的12V電壓進(jìn)行分壓后得到7.2V作為輸入電壓，既是Vgs電壓。當(dāng)輸入端（被選通端）電壓有7.2V時，CD4051的Vdd必須在8V到9.5V之間，要不然單片機(jī)不利于控制，當(dāng)Vdd大于9.5V時，單片機(jī)提供的選通控制信號（5V）就變的無

31、效8。3.4單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊只要是起控制作用，具體電路如圖3.4。圖3.4 單片機(jī)模塊為了便于畫圖，本設(shè)計(jì)主要是用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來繪圖。單片機(jī)要工作的基本條件都必須有，它包括晶振、電源等。上圖中CON16是LCD顯示模塊9。4軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要是負(fù)責(zé)智能負(fù)載的實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)，也參與軟件的局部設(shè)計(jì)與調(diào)試，以下是局部子程序10。4.1 CD4051控制子程序void cd4051() switch(ccd) case(1):A1=1;B1=0;C1=0; break;case(2):A1=0;B1=1;C1=0; break;case(3):A1=0;B1=0;C1=1; break;case(4):A

32、1=0;B1=1;C1=1; break;case(5):A1=1;B1=1;C1=1; break;case(6):A1=0;B1=0;C1=0; break;case(7):A1=1;B1=1;C1=0; break;case(8):A1=1;B1=0;C1=1; break;default:INH=1; INH=0;4.2 AD轉(zhuǎn)換子程序 void ad()switch(cad) case(1):A=1;F=1;C=0; break;case(2):A=0;F=0;C=1; break;case(3):A=0;F=1;C=0; break;case(4):A=1;F=0;C=0; bre

33、ak;case(5):A=1;F=0;C=1; break;default:A=0;F=0;C=1;OE=0; /啟動ST=0;ST=1;ST=0;OE=1; delay1m(200); delay1m(200); /結(jié)束 P2=0xff;p20=p37;p21=p36;p22=p35;p23=p34; /數(shù)據(jù)高低位互換p24=p33;p25=p32;p26=p31;p27=p30; x1=P2;4.3 顯示子程序void setxy(char x,char y) /*X=行(12)，Y=列(116)*/uchar c;if(y<1|y>16);elseswitch(x)case

34、1:DATA=0x80+y-1;enable();break;case 2:DATA=0xc0+y-1;enable();break;default:break;void enable(void)RS=0;RW=0;E=0;delay15(5);E=1;void enable1(void)RS=1;RW=0;E=0;delay15(1);E=1;4.4 系統(tǒng)流程圖圖4.1系統(tǒng)流程圖5調(diào)試調(diào)試過程中遇到的主要問題有：（1）調(diào)試AD過程中，OE端口直接用P17來控制，因?yàn)镺E端口會硬件拉低，使得下載線端口出現(xiàn)異常，怎么也燒不進(jìn)程序，開始以為是因?yàn)閿嗦贰⒕д竦葐栴}引起，結(jié)果費(fèi)了好大力氣都沒出結(jié)果。后

35、來才發(fā)現(xiàn)用來是OE端口會硬件拉低引起的。（2）CD4051控制部分調(diào)試過程中因?yàn)殚_始直接用12V接CD4051的VDD（16腳），發(fā)現(xiàn)CD4051根本不受單片機(jī)控制，開始以為是CD4051出問題了，換了幾塊，還是沒有用。認(rèn)真的看過PDF文檔后發(fā)現(xiàn)是VDD過高的原因。后來用了分壓的方法給VDD送了8.2V就正常了。（3）調(diào)試CD4051的選通功能，解決了2點(diǎn)的問題后，就要試下到底選通后場效應(yīng)管工作了沒有。接上ATX電源接口，使電源開始正常供電，單片機(jī)賦110，發(fā)現(xiàn)+3.3V的一端開始加熱了，其他的負(fù)載都未加熱。說明控制這一負(fù)載的端口能正常工作了，然后逐一試過，發(fā)現(xiàn)都能正常工作。（4）在實(shí)現(xiàn)負(fù)載工

36、作的調(diào)試時發(fā)現(xiàn)就+12V負(fù)載并未加熱，一開始就一個的檢查是不是程序出了問題，檢查了好久，發(fā)現(xiàn)CD4051已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了選通功能，難道是場效應(yīng)管壞了？我們又換了塊場效應(yīng)管，結(jié)果還是一樣。弄了半天，原來是+12V出來的被采集信號線在上次的加熱中燒斷了，因?yàn)闆]腐蝕好，那條線上的某個小部分過于的細(xì)。用了根條線還加了好多焊錫連接上后就正常了。（5）調(diào)試過程中還遇到斷路、虛焊、短路等問題。（6）測試數(shù)據(jù)：檢測負(fù)載到底受不受溫度影響，方法：用1000圈1500W電爐絲進(jìn)行加熱，加上110V的交流電，電爐絲速效燒紅，用高精度萬用表檢測到電阻值為73.202歐。未加熱時的電阻值未72.514歐，說明的、其電阻值基本

37、不受溫度影響。檢測場效應(yīng)管的阻值，未工作時用萬用表檢測到電阻為無窮大，導(dǎo)通時檢測到電阻基本為零。（7）使用說明：板子上有個跟電腦電源20針相接的端口，對準(zhǔn)了叉上后ATX電源，如果電源的風(fēng)扇能轉(zhuǎn)了，說明已經(jīng)ATX電源正常工作了，然后等待單片機(jī)的控制。板子上只有2個按鍵，一個是復(fù)位鍵，位與板子的下方，靠近變壓器。一個是位于板子的上方，靠近與電源相接的20針座子，這個鍵被設(shè)置為啟動鍵，按下啟動鍵，就開始對ATX電源進(jìn)行系統(tǒng)的檢測，按下復(fù)位鍵者停止檢測，恢復(fù)到等待狀態(tài)。6 結(jié)論本論文通過單片機(jī)控制AD芯片、模擬開關(guān)的方法，對如何輪流向電腦電源提供大功率負(fù)載問題進(jìn)行了研究；介紹了硬件的原理以及連接的方法

38、，軟件的設(shè)計(jì)流程以及部分代碼，并在附錄1給出了完整的電路圖，經(jīng)調(diào)試可實(shí)現(xiàn)電腦電源的負(fù)載能力檢測。硬件部分設(shè)計(jì)保證了單片機(jī)能很好的在ATX電源加上大功率負(fù)載下進(jìn)行輪流的AD采集，其中場效應(yīng)管IRF3205是起到主要的開關(guān)作用的開關(guān)作用，保證大功率負(fù)載能輪流工作。而CD4051起到了單片機(jī)與負(fù)載之間的控制銜接作用。軟件部分的設(shè)計(jì)跟硬件完美配合實(shí)現(xiàn)了ATX的實(shí)際負(fù)載能力檢測。我們知道只要合理的控制AD的時序便能很好的實(shí)現(xiàn)AD采集，合理的安排整個檢測的流程，便能實(shí)現(xiàn)完全的系統(tǒng)的檢測。軟件的設(shè)計(jì)就是通過不斷的控制CD4051及AD采集并將采集結(jié)果經(jīng)過處理送到LCD1602進(jìn)行顯示并做報警處理。整個完整的

39、程序在附錄2給出。本設(shè)計(jì)完成的實(shí)物圖6.1.圖3.4 實(shí)物圖參考文獻(xiàn)1 李勇·微型計(jì)算機(jī)主機(jī)電源原理與故障檢修·北京:電出版社，2001,8: 1722.2 李勇帆 ·李衛(wèi)明·李科峰·新型微型計(jì)算機(jī)電源電路原理與故障檢修 ·北京:國防工業(yè)出版社，2006 ,8: 5065.3 :北方交通大學(xué)，羅民昌主編·模擬集成電路系統(tǒng)·北京:中國鐵道出版社，1998,7:2025.4 謝沅清·電子技術(shù)基礎(chǔ)·北京:人民郵電出版社，1999,3:526.5 清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，童詩白主編·模擬電子技

40、術(shù)基礎(chǔ)（第三版）·北京：高等教育出版社，2001,3:5268.6 華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室編，康華光主編·電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第四版，高等教育出版社，1999,8:6472.7 李華等編著·MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)·北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993,4:5665.8 張立科·單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐·北京：人民郵電出版社，2005,3:3262.9 戴佳·戴衛(wèi)恒·51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講·北京：電子工業(yè)出版社，2006,4:3136.10 Barry B.Brey.Int

41、el·Pearson Education 2001,2:3236.附錄A系統(tǒng)電路圖附錄完整程序#include <reg51.h>#include <absacc.h>#include "intrins.h"#include "math.h"/*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*/#define DATA P2sbit E=P07;sbit RS=P05;sbit RW=P06;sbit A=P13;sbit F=P14;sbit C=P15;s

42、bit ST=P16;sbit OE=P04;sbit di=P10; sbit zs=P11; sbit go=P12;sbit A1=P00; sbit B1=P01; sbit C1=P02; sbit INH=P03;sbit p30=P30; sbit p31=P31; sbit p32=P32; sbit p33=P33;sbit p34=P34; sbit p35=P35; sbit p36=P36; sbit p37=P37; sbit p20=P20; sbit p21=P21; sbit p22=P22; sbit p23=P23;sbit p24=P24; sbit p2

43、5=P25; sbit p26=P26; sbit p27=P27;int x,x1,x2=0,s1=3,s2=2,s3=0,ss1=3,ss2=1,ss3=1,ss4=0,begin,cad,ccd;int i=0,j=0,k=0,flag=0,xx1=250,a1=0,a2=0,a3=0;int cnt ,scnt, second;uchar *p,*p1,*p2,*p3;void lcd();void delay15(uchar);void enable(void);void enable1(void);void delay1ms(void);void setxy(char x,char

44、 y);void reset(void);void show1(void);void show2(void);void show3(void);void show4(void);void show5(void);void didi(void);void ad(void);void cd4051(void);void cj33(void);void cj55(void);void cj122(void);void cjusb(void);void cj3v(void);void cj5v(void);void cj12v(void) ;uchar code BB117=" ATX TE

45、XT "uchar code BB217=" begin? "uchar code BB317="text:"uchar code BB417="fact:"uchar code BB517=" It is good"uchar code BB617=" It is bad"uchar code BB717=" text over" uchar code BB1117=" thank you!"uchar code BB817=" wa

46、rnig! " uchar code BB917=" text usb one" uchar code BB1017=" text usb two" uchar code AA16='0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'uchar show16=1,2,3,4,5;mdelay(unsigned int Delay) unsigned int i;

47、 for(;Delay >0;Delay-) for(i=0;i<100;i+) ; void setxy(char x,char y) /*X=行(12)，Y=列(116)*/if(y<1|y>16);elseswitch(x)case 1:DATA=0x80+y-1;enable();break;case 2:DATA=0xc0+y-1;enable();break;default:break;void enable(void)RS=0;RW=0;E=0;delay15(5);E=1;void enable1(void)RS=1;RW=0;E=0;delay15(1

48、);E=1;void delay15(uchar a)uchar d,c;for(d=0;d<5;d+)for(c=0;c<a;c+);delay1m(unsigned int Delay) unsigned int i; for(;Delay >0;Delay-) for(i=0;i<1000;i+) ; /xianshi/void show1(void) /xianshi : 第一行英文 setxy(1,1); p=p1;enable1(); for(;*p!='0'*p+)DATA=*p;RS=1;RW=0;E=0;delay15(1);E=1;

49、void show2(void) /顯示第2行英文 setxy(2,1); p=BB2; for(;*p!='0'*p+)DATA=*p;RS=1;RW=0;E=0;delay15(1);E=1; DATA=0x0c;enable(); void show3(void)setxy(1,1); p=BB3; /show text:s1s2.s3va1a2a3% for(;*p!='0'*p+)DATA=*p;RS=1;RW=0;E=0;delay15(1);E=1; DATA=AAs1;enable1();DATA=AAs2;enable1();DATA='

50、;.'enable1();DATA=AAs3;enable1();DATA='v'enable1();DATA=' 'enable1();DATA=' 'enable1();DATA=AAa1;enable1();DATA=AAa2;enable1();DATA=AA0;enable1();DATA='%'enable1(); void show4(void)setxy(2,1); p=BB4; /show fact:ss1.ss2ss3v scnt for(;*p!='0'*p+)DATA=*p;RS=1

51、;RW=0;E=0;delay15(1);E=1; DATA=' ' enable1(); ss1=x/100;ss2=(x%100)/10;ss3=x%10; DATA=AAss1;enable1();DATA='.'enable1();DATA=AAss2;enable1();DATA=AAss3;enable1();DATA='v'enable1();DATA=' 'enable1(); DATA=' 'enable1(); DATA=AAsecond/10;enable1(); DATA=AAsecond%

52、10;enable1(); DATA=0x0c;enable(); void show5(void)setxy(2,1); p=BB4; /show fact:ss1ss2.ss3vss4v scnt for(;*p!='0'*p+)DATA=*p;RS=1;RW=0;E=0;delay15(1);E=1; DATA=' ' enable1(); ss1=x/1000;ss2=(x%1000)/100;ss3=(x%100)/10;ss4=x%10; DATA=AAss1;enable1();DATA=AAss2;enable1();DATA='.

53、9;enable1();DATA=AAss3;enable1();DATA='v'enable1();DATA=' 'enable1(); DATA=' 'enable1(); DATA=AAsecond/10;enable1(); DATA=AAsecond%10;enable1(); DATA=0x0c;enable(); void reset(void)delay1m(15);DATA=0x38;enable();delay1m(5);DATA=0x38;enable();DATA=0x38;enable(); DATA=0x01;enab

54、le();DATA=0x0e;enable();DATA=0x06;enable();DATA=0x80;enable();void lcd() ss1=x/100;ss2=(x%100)/10;ss3=x%10;reset();void cd4051() switch(ccd) case(1):A1=1;B1=0;C1=0; break;case(2):A1=0;B1=1;C1=0; break;case(3):A1=0;B1=0;C1=1; break;case(4):A1=0;B1=1;C1=1; break;case(5):A1=1;B1=1;C1=1; break;case(6):A1=0;B1=0;C1=0; break;case(7):A1=1;B1=1;C1=0; break;case(