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1、精选优质文档-倾情为你奉上 毕业设计（论文）题目： 基于微控制器的程控电源设计 院 (系)： 信息工程系 专 业： 电子信息工程技术 姓 名： 陈旭阳 学 号： 111 指导教师： 郑 雪 娇 二一一年十一月十五日 毕业设计（论文）任务书学生姓名陈旭阳学号111专 业电子信息工程技术院（系）信息工程系毕业设计（论文）题目基于微控制器的程控电源设计任务与要求完成时间段2011年11月4日 至2012年3月20日 共18周指导教师单位郑雪娇职称讲师院（系）审核意见毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2011.11.4-2011.11.18查找资料，选题2011
2、.11.18-2011.12.20完成论文的初稿2011.12.21-2012.1.20完成论文二稿的写作2012.1.21-2012.2.10完成论文的终稿及格式修改2012.2.11-2012.2.25定稿，打印论文，做好答辩的准备2011.3月论文答辩教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一专心-专注-专业毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目: 基于微控制器的程控电源设计学生姓名: 程旭阳 学号：111专业：电子信息工程技术 指导教师姓名:郑雪娇职称: 讲师检查教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难
3、度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况指导次数学生工作态度认真一般较差其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师签字: 年 月 日院（系）意见(加盖公章): 年 月 日摘 要稳定电源是各种电子设备的动力源，被人们誉为电路的心脏。人所皆知，所有用电设备，包括电子仪器仪表、家用电器等，对供电电压都有一定的要求。设计出一种高精度的可调输出的电源不但能满足不同电子实验的需求，而且能够满足在同一实验中需要使用不同的电压值来进行测试的目的。本文设计了一种高精度的线性程控电源
4、，该电源由硬件和软件两方面来实现。硬件部分主要包括变压器、整流滤波电路、稳压电路、程控电路、电流电压反馈电路、显示电路以及支持单片机工作的复位和时钟电路。市电经过变压器流入系统，整流滤波之后，加到稳压电路上，进行输出电压的稳定。软件方面，通过单片机控制DA模块输出模拟控制电压，调节输出电压的电压值。最后在输出电压上面进行电压的采样，通过AD模块将采样的信号送入单片机，单片机控制显示模块对采样的数据进行显示。整个系统的设计是考虑实际生产的需要以及满足电子设备的需求进行设计的。关键词：单片机、DA、AD、程控、直流稳压电源、整流滤波目 录第一章 绪 论1.1 作品背景电子设备都需要良好稳定的电源，
5、而外部提供的能源大多数为交流电源，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流电源的任务，转换后的直流电源应具有良好的稳定性，当电网或负载变化时，它能保持稳定的输出电压，并具有较低的纹波。我们通常称这种直流电源为稳压电源。但有时提供的直流电压不符合设备要求，仍需变换，称为DC/DC变换。常规的稳压电源为串联调整线性稳压电源，它通常由50Hz工频变压器、整流器、滤波器、串联调整线-性稳压器组成。调整元件工作在线性放大区，流过的电流是连续的，调整管上损耗较大的功率，需要体积较大的散热器，因此该种电源体积大，且效率低，通常仅为3560。同时承受过载能力较差，但是它具有优良的纹波及动态响应
6、特性。开关电源是利用现代电力电子技术，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源处于电源技术的核心地位，它主要分为AC/DC和DC/DC两大类。开关电源去除了笨重的工频变压器，代之以几十kHz、几百kHz甚至数MHz的高频变压器。由于调整管工作在开关状态，因而功率损耗小，效率高。目前，开关电源技术向着轻、小、薄、低噪音、高可靠、抗干扰的方向发展。新器件和新拓扑理论的出现使得开关电源日趋可靠、成熟、经济、适用。1.2 电源技术研究主要成果经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可
7、使中小型开关电源的工作频率达到400KHZ(AC/DC)或1MHZ(DC/DC)；软开关技术是高频开关电源的实现又了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率，国产6KHZ通信开关电源，采用软开关技术，效率可达93；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理的电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效果。在开关电源的所有应用领域内，通信电源使增长速度最快的一部分。新型磁材料和新型变压器的开发，新型电容器和EMI滤波器技术的进步，以及专用
8、集成控制芯片的研制成功，使开关电源实现了小型化，并提高了EMC性能。微处理器监控技术的应用，提高了电源的可靠性，也适应的市场对其智能化的要求。1.3 电源技术的发展趋势新型半导体器件的发展使开关电源技术进步的龙头。目前正在研究高性能的碳化硅半导体器件，一旦开发成功，对电源技术的影响将是革命性的。此外，平面变压器，压电变压器及新型电容器等元件的发展，也将对电源技术的发展起到重要作用。集成化是电源技术的一个重要的发展方向。通过控制电路的集成，驱动电路的集成以及保护电路的集成，最后达到整机的集成化生产。集成化和模块化减少了外部连线和焊接，提高了设备的可靠性，缩小了电源的体积，减轻了重量。高频开关电源
9、的发展趋势更是向着高频化、模块化、数字化、绿色化的方向发展。开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年，随着通信行业的发展，以开关电源技术为核心的通信用开关电源，仅国内有20多亿人民币的市场需求，吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋，因此，同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动，并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待
10、着人们去开发。1.4 电源技术存在的问题随着半导体技术和微电子技术的高速发展，集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积在不断地缩小，重量在不断地减轻，所以从事这方面研究和生产的人们对开关稳压电源中的开关变压器还感到不是十分理想，他们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途经取代开关变压器，使之能够满足电子仪器和设备微小型化的需要，这是从事开关稳压电源研制的科技人员目前正在克服的一个困难。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后，才能使之由一组输入得到极性、大小各不相同的多组输出。要进一步提高开
11、关稳压电源的效率，就必须提高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路中的元器件又有了新的要求。例如，高频电容、开关管、开关变压器、储能电感等都会出现新的问题。进一步研制适应高频率工作的有关电路元器件，是从事开关稳压电源研制科技人员要解决的第二个问题。工作在线性状态的线性稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用，因而串联线性稳压电源不产生开关干扰，且波纹电压输出较小。但是在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和电流会通过电路中的元件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰就会污染市电电网，影响邻近的电子仪器及设备的正常工作。随着开关稳压电源电路和抑制干扰措施的不断改进，开关稳压电源的
12、这一缺点得到了一定的克服，可以达到不妨碍一般的电子仪器、家用电器的正常工作的程度。但是在一些精密电子仪器中，由于开关稳压电源的这一缺点，却使它得不到使用。所以，克服开关稳压电源的这一缺点，进一步提高它的使用范围，是从事开关稳压电源研制科技人员要解决的第三个问题。1.5 系统设计框图主控单片机显示模块按键控制D/A转换运算放大稳压模块U/I模拟数字变换（A/D）图1-1 系统结构框图本系统主要包括七个模块：显示模块、按键控制模块、D/A转换模块、运算放大模块、稳压输出模块、A/D转换模块以及单片机最小工作系统。第二章 显示模块设计2.1 方案比较显示模块是人机交互中相对重要的环节，一个好的显示设
13、计能够增加人们对设备的可操作性，增加附属价值。方案一：采用LED显示；LED点阵可以显示多种字符以及图形，可用软件进行调制，有很强的兼容性以及可操作性, 适用于户外大屏幕显示,分辨率较低、比较占用CPU资源。方案二：采用液晶显示；液晶显示直观，控制方便，集成度较高，易于更换缺点：价格相比LED贵。由于我们采用的单片机输出端口较少，同时为了满足大多数人能够更加直观的看到输出电压电流值的大小，所以我们选择了第二种方案。2.2 液晶选择由于我们显示的字符量比较少，所以我们选择了价格比较便宜的1602显示模块。图2-1 1602外形图2-2 接口说明图2-3 LCD寄存器选择指令介绍清屏：0000 0
14、0 0 1 0x01清屏光表回到原点:0000 00 1 0 0x02 执行这个指令 光标回到原点设定进入模式：0000 01 I/D I/D=1递增S=1开启显示屏，整个屏移动I/D=0递减S=0 关闭显示屏0x07 开启显示、递增、整体左移0x05 开启显示、递减、整体右移（第一个数右移，第二个数在第一个数的位置，依次往右挤）0x04 向左显示0x06 向右显示显示器开关:00001DCB D=1开启显示， C=1 开启光标 B=1 光标所在位置光标闪烁0x08 关闭显示0x0c 光标字符不闪烁 0x0d 字符闪烁 0x0f 光标闪烁移位方式: 0001 S/C R/L xx 0x10 光
15、标左移 0x14 光标右移 0x18 光标、字符左移0x1c 光标、字符右移功能设定001 DL N F DL=1数据长度为8 位 DL=0 为4位N=1双列字 N=0 单列字F=1 5x10字形 F=0 5x7字形图2-4 1602与单片机连接原理图第三章 键盘控制模块设计方案一 ，采用矩阵式键盘。此类键盘采用行列扫描方式取得按键的键号，在系统软件中，可以先把按键的键号取出，再给按键分配相应的功能，然后再根据设定好的功能进行相应的控制，其优点在于当按键较多时可减少占用单片机的I/O口数目，如果键盘的行数等于列数，则有：按键数 = 行数（或列数）的平方。 方案二，采用独立式按键。一个按键单独占
16、用一根I/O口线,此类键盘采用端口直接扫描方式，当有按键被按下时，I/O口的电平就相应被拉底。独立式按键的缺点是当按键较多时占用单片机的I/O口数目很多，如果系统庞大，还需要考虑扩展I/O口，增加成本。优点为电路设计简单，且编程相对简单。本系统只有四个按键功能，所以可以采用独立式按键，这样可以减少电路的复杂性，同时编程也比较简单。由于我们调节电压、电流的增加减少所需按键较少，并且单片机的输出端口紧张，因此我们采用了第二种方案，采用独立按键的形式进行电压、电流的调节。按键的闭合与否，反映在行线输出电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开的话，那么低电平则表示键闭合，所以通过对行线电平的
17、高低状态的检测，便可确定键按下的与否。为了确保CPU对一次按键动作之确认一次按键，必须消除抖动的影响。消除按键抖动通常采用硬件、软件两种方法：硬件消除按键抖动一般采用双稳态消抖电路；如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，因此常采用软件的方法进行消抖。在第一次检测到有按键按下时，执行一段延时15ms左右的延时程序后再确认该案件抖动时否认保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平则确认为真正有按键按下，从而消除了抖动的影响。图3-1 独立键盘连接电路第四章 主控芯片方案选择 4.1 方案比较目前市面上的微控制器琳琅满目，从高端的ARM芯片到低端的AVR、51系列、HOLTEK，其应用的范围各不相同，价格与
18、功能也各有差异。因此选择一片合适的芯片不仅能够使成本得到很好的控制，并且其开发的难度也会得到很好的解决，便于产品的快速上市。由于本人现在学习的芯片就只有AT89系列、HT66系列、以及STM32。对于后者，其采用的架构是基于ARM-V7架构的微控制芯片，其CPU工作频率能够达到72MHZ，片上集成的外设十分丰富，功耗极低，并且价格可以达到十块多一片，其性价比非常高，缺点是内部结构复杂，不容易掌握。对于AT89系列是我们上课所学习的单片机，其内部结构简单、开发环境搭建容易、编写程序方便、外围通用端口较多、价格适中；缺点是片上外设较少、CPU工作频率较低、片内RAM、ROM容量低。当程序量比较大的
19、时候，需要外扩RAM、ROM。HT66系列是本人参加盛群杯单片机竞赛的时候学习的一款芯片，它的特点是指令系统采用的是流水线作业，因此，CPU工作频率较AT89的低端系列快很多，其片上的外设丰富，并且价格很便宜。缺点是通用端口比价少。本系统需要的通用端口比较多，程序量不多并且也不需要非常高的CPU工作频率。因此，结合我们的实际情况，我选择了第二种方案。4.2 AT89S52芯片简介AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统
20、就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。AT89S52的重置引脚（RESET），高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其
21、内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE是英文Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。
22、此为Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当
23、EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。端口1也是具有内部提升电路的双
24、向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P
25、3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。第五章 A/D、D/A模块设计5.1 A/D模块选择在设计中，需要将数字量转换成模拟量来控制稳压电路的输出，同时，也需要将模拟量转变成数字量来反馈输出的状态，送单片机处理，进行控制。这就需要D/A和A/D芯片。D/A（数模）转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。转换过程是先将各位数码按权值大小转换成相应的模拟分量，然后在以叠加的方法把各模拟分量相加，其和就是D/A转换的结果。D/A转换器有两种输出形式，一种是电压输出形式，即输入为数字量，
26、输出为电压。另一种是电流输出形式，即输出为电流。由于实现模拟量转换是需要一定时间的，在这段时间内D/A转换器的输出应保持稳定，为此应当在数/模转换器数字量输入端的前面设置锁存器。D/A转换器的指标很多，我们最关心的是 ：分辨率，指输入单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，是对输入量变化敏感程度的描述；建立时间，是描述转换速度快慢的一个参数，用于表明转换速度；转换精度，理想情况下，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存在误差。严格讲精度与分辨率并不完全一致，只要位数相同，分辨率则相同，但相同位数的不同转换器精度会有所不同。本次设计我们采用的DA芯片是T
27、LC5615，TLC5615是一个串行10位DAC芯片，性能比早期电流型输出的DAC要好。只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或微控制器接口，适用于电池供电的测试仪表、移动电话，也适合于数字失调于增益调整以及工业控制场合。其主要的特点有：单5V电源工作；3线串行接口；高阻抗基准输入端；DAC输出的最大电压为2倍基准输入电压；上电时内部自动复位；微功耗，最大功耗为1.75mW；转换速度快，更新率为1.21MHZ。其引脚定义说明如下：1脚（DIN）：串行二进制数输入端；2脚（SCLK）：串行时钟输入端；3脚（/CS）：芯片选择，低有效；4脚（DOUT）：用
28、于级联的串行数据输出；5脚（AGND）：模拟地；6脚（RENIN）：基准电压输入端；7脚（OUT）：DAC模拟电压输出端；8脚（VDD）：正电源电压端；图5-1 单片机与TLC5615连接原理图5.2 AD技术参数A/D转换其（ADC）的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。随着大规模集成电路的飞速发展，A/D转换器的新设计思想与制造技术层出不穷。为满足各种不同的检测及控制任务的需要，大量结构不同，性能各异的A/D转换器芯片应运而生。根据A/D转换器的原理可将A/D转换器分为两大类。一类是直接型A/D转换器，另一类是间接型A/D转化器。在直接型A/D转换器中，输入的模拟电压被直接
29、转换成数字代码，不经任何中间变量；在间接型转换器中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等等），然后在把这个中间变量变换为数字代码输出。尽管A/D转化器的种类很多，但目前应用较广泛的主要有以下几种：逐次逼近式转换器、双积分式转换器、式A/D转换器和V/F转换器。A/D转换器的主要技术指标包括：转换时间和转换速率，A/D完成一次转换所需要的时间就是转换时间，转换时间的倒数是转换速率；分辨率，习惯上用输出二进制的位数或BCD码位数来表示。例如AD574A/D转换器，可输出二进制12位即用 个数进行量化，其分辨率位1LSB，用百分数表示为(1/)*100%=0.0244%。量
30、化过程产生的误差称为量化误差，是由于有限位数字量对模拟量进行量化而引起的误差；转化精度，A/D转换器的转换精度定义为一个实际A/D转换器与一个理想的A/D转换器在量化值上的差值。可用绝对误差和相对误差来表示。在设计数据采集系统、测控系统和智能仪器仪表时，首先碰到的就是如何选择合适的A/D转换器以满足应用系统设计要求的问题，下面从不同角度介绍选择A/D转换器的要点。5.2.1 A/D转换器位数的确定 A/D转换器位数的确定与整个测量控制系统所要测量控制的范围和精度有关，但又不能唯一确定系统的精度。因为系统精度环节较多，包括传感器变换精度、信号预处理电路进度和A/D转换器及输出电路、控制机构精度，
31、甚至还包括软件控制算法。然而估计时，A/D转换器的位数至少要比总精度要求的最低分辨率高一位（虽然分辨率和转换精度是不同的概念，但没有基本的分辨率就谈不上转换精度，精度是在分辨率的基础上反映的）。实际选取A/D转换器的位数应与其他环节所能达到的精度相适应。只要不低于它们就行，选的太高既没有意义，而且价格还要高的多。5.2.2 A/D转换器转换速率的确定 A/D转换器从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的时间，这就是A/D转换器的转换时间；其倒数就是每秒钟能完成的次数，称为转换速率。用不同原理实现的A/D转换器其转换时间是大不相同的。总的来说，积分型、电荷平衡型和跟踪比较型A/D转换器
32、的转换速度较慢，从几毫秒到几十毫秒不等，只能构成低速A/D转换器。一般适用于对温度、压力、流量等缓变参量的检测和控制。逐次比较型A/D转换器的转换时间可从几微秒到一百微秒左右，属于中速转换器，常用于工业多通道单片机控制系统和声频数字转换系统。转换时间最短的高速A/D转换器是那些用双极型或CMOS型工艺制成的全并行型、串并行型电压转移函数型的A/D转换器。转换时间仅为二十到一百纳秒。高速转换器适用于雷达、数字通讯、实时光谱分析、实时顺态记录、视频数字转换系统等。如用转换时间为100微秒的集成A/D转换器，其转换速率为10千次/秒。根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采集10个点，那么这样的A
33、/D转换器最高也只能处理1KHZ的信号。把转换时间减小到10微秒，信号频率可提高到100KHZ。对一般微处理机而言，要在10微秒内完成A/D转换器转换以外的工作，如读数据、再启动、存数据、循环记数等已经比较困难、要继续提高采集数据的速度就不能用CPU来控制，必须采用直接存储器访问（DMA）技术来实现。5.2.3 是否要加采样保持器原则上直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持器。其他情况都要加采样保持器。根据分辨率、转换时间、信号带宽关系式可得到如下数据作为是否要加采样保持器的参考：如果A/D转换器的转换时间是100微秒、ADC是8位时、没有采样保持器时，信号允许频率是0.12HZ；如果ADC是
34、12位，该频率是0.0077HZ、如果转换时间是100微秒，ADC是8位时，该频率是12HZ，12位时是0.77HZ。5.2.4 工作电压和基准电压有些A/D转换器需要的工作电压，也有一些可在1215伏范围内工作，这就需要多种电源。如果选择使用单一5伏电源，与单片机系统可共用一个电源就比较方便。基准电压是提供给A/D转换器在转换时所需的参考电压，这是为保证转换精度的基本条件。在要求高精度时，基准电压要单独用高精度稳压电源供给。本设计采用的是AD7705，AD7705是AD公司新推出的16位-A/D转换器。器件包括由缓冲器和增益可编程放大器（PGA）组成的前端模拟调节电路，-调制器，可编程数字滤
35、波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进行A/D转换。这种器件还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗特点，非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。它采用散仙串行接口，有两个全差分输入通道，能达到0.003%非线性的16位无误码数据输出，其增益和数据输出更新率均可编程设定，还可以选择输入模拟缓冲器，以及自校准和系统校准方式。工作电压3V或5V。3V电压时，最大功耗为1MW，等待模式下电源电源电流进位8uA.其引脚定义如下：1脚（SCLK）串行时钟，施密特逻辑输入。2脚（MCLKIN）为转换器提供主时钟信号。能以晶体/谐振器或外部时钟的形式提供。晶体/谐振器可
36、以接在MCLKIN和MCLKOUT二引脚之间。此外，MCLKIN也可以用CMOS兼容的时钟驱动，而MCLKOUT不连接。时钟频率的范围为500KHZ-5MHZ。3脚（MCLKOUT）如果在MCLKIN引脚上接一个外部时钟，MCLKOUT将提供一个方向时钟信号。这个时钟可以用来为外部电路提供时钟源。4脚（/CS）片选信号，低电平有效。5脚（RESET）复位输入端，低电平有效输入。6脚（AIN2(+)）差分模拟输入通道2的正输入端。7脚（AIN1(+)）差分模拟输入通道1的正输入端。8脚（AIN1(-)）差分模拟输入通道1的负输入端。9脚（REFIN(+)）基准输入端，差分基准输入的正输入端。并规
37、定REFIN(+)必须大于REFIN（-）。REFIN(+)可以取VDD和GND之间的任何值。10脚（REFIN(-)）基准输入端，差分基准输入的负输入端。REFIN(-)可以取VDD和GND之间的任何值，且满足REFIN(+)大于REFIN(-)。11脚（AIN2(-)）差分模拟输入通道2的负输入端。12脚（/DRDY）逻辑输出，这个输出端上的逻辑低电平表示可从器件的数据寄存器获取新的输出字。完成对一个完全的输出字的读操作后，/DRDY引脚立即回到高电平。如果在两次输出更新之间，不发生数据读出，/DRDY将在下一次输出更新前500*t（CLKIN）时间返回高电平。当/DRDY处于高电平时，不
38、能进行读操作，以免数据寄存器中德数据正在被更新时进行读操作。当数据被更新后，/DRDY又将返回低电平。/DRDY也用来只是器件何时已经王城片内的校准序列。13脚（DOUT）串行数据输出端。14脚（DIN）串行数据输入端。15脚（VDD）电源电压，+2.7V- +5.25V。16脚（GND）内部电路的地电位基准点。图5-2 AD7705与单片机连接图第六章 稳压模块整体设计6.1 稳压电源的分类稳压器的分类没有明确的含义和界限，一班都是按照习惯或者通用的方法进行的，在此我简单的介绍几种以稳压器稳定的对象可以分为交流稳压器和直流稳压器，交流稳压器输出交流电压，直流稳压器输出直流电压。两者通常都是用
39、交流电网供电。在设计、制造和使用中，一般都把变压器、整流器和滤波器看成是稳压器的一部分，作为一个整体来考虑。以稳压器的稳定方式来分，可以分为参数型稳压器和反馈调整型稳压器两种。参数稳压器主要是利用元器件的非线性来实现稳压的。反馈调整稳压器是一个闭环的负反馈自动调整的系统，它把稳压器输出电压的变化量，经过取样、比较放大、再反馈给控制调整元器件，使输出电压得到反馈而趋近原值，从而达到稳压的目的。以稳压器的调整元器件与负载的连接方式来分类，可以分为并联稳压器和串联稳压器两种。调整元器件与负载并联的叫做并联稳压器或者是分流式稳压器。它通过改变调整元器件流过电流的多少来适应输入电网电压的变化以及负载电流
40、的变化，以保持输出电压的稳定。这种稳压器效率很低，只有用在某些专用的场合。调整元器件与负载串联的稳压器叫做串联稳压器。在这种稳压器中，调整元器件串接鱼输入端和输出端之间，输出电压就依靠调整元器件改变自身的等效电阻来维持恒定。调整原器件是晶体管，我们就说这叫做晶体管串联调整型稳压器。以调整元器件的工作状态来分类，可以分为线性稳压器和开关稳压器。调整元器件工作在线性状态的是线性稳压器，调整元器件工作在开关状态的事开关稳压器。开关稳压器又可以分为很多类，包括自激式、它激式、脉冲调宽式、频率调整式、斩波式、推挽式、半桥式、全桥式、单端正激式、单端反激式等。此外，还有其他的分类方法。例如，集电极输出型稳
41、压器，发射机输出型稳压器；高精度稳压器，高压稳压器，低压稳压器；通用稳压器，专用稳压器等。6.2 稳压电源的技术指标6.2.1 稳压系数稳压系数有绝对系数和相对系数两种。绝对稳压系数表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量Uo与输入电网电压变化量Ui之比，即 K=Uo/Ui它表示输入电网电压变化Ui引起多大输出电压的变化。所以绝对稳压系数K值越小越好。K值越小，说明同一输入变化量引起输出变化量就越小，也就是说输出电压越稳定。这种表示方法在工程设计中经常使用。但是，在稳定电源中更重视相对稳压系数。相对稳压系数。相对稳压系数S表示在负载变化是时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量Uo与输入电网电压U
42、i的相对变化量Ui之比，即S=(Uo/Uo)/(Ui/Ui)一般情况下，如果不是特别说明，稳压系数通常是指相对稳压系数S，而不是绝对稳压系数K。6.2.2 电网调整率它表示输入电网电压由额定值变化10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也可以用绝对值表示。一般稳压电源的电网调整率等于或小于1%、0.1%，甚至0.01%。6.2.3 电压稳定度负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化Uo/Uo，称为稳压器的电压稳定度。6.3 整流电路设计6.3.1 单相半波整流电路单相半波整流电路是最简单的整流电路，图6-1是单相半波阻性负载的整流电路。图 6-1
43、 单相半波整流电路电路中，T1为变压器，其作用是将市电220V的交流电压变成所需要的电压，D1是整流二极管，其作用是将方向变化的交流电变为单相的脉动直流。现介绍电路的基本原理。当交流电源为正半周，即上正下负时。二极管D1因加正向电压而导通，电压通过二极管D1加至负载电阻RL上，负载电压等于正弦半波电压。当交流电压为负半周，即上负下正时。二极管D1加上方向电压，故D1不导通，若果忽略二极管的反向漏电流，则负载电阻RL中无电流通过，负载电压为零。由此可见，由于二极管的单向导电性，只有一个方向的电流流过负载，因此在负载电阻上的电压是单相的脉动直流电压，以后各周期情况和第一周期相同。输出直流电压的平均
44、值，即是直流电压Uo可按下式求出整流输出的是脉动电压，即包含有直流成分，同时又有交流成分，其中的脉动程度一般用纹波系数来衡量，即纹波系数输出电压的交流成分有效值/输出电压直流成分。对于直流电源来说，纹波越小越好。为了得到教平滑的直流电压就必须进行滤波，对于输出在几安一下的各种单相整流器来说，常在整流电路输出端并联一个一定电容量的滤波电容C，即为容性负载。半波整流电路的优点是结构简单，使用的元器件少。但缺点是输出的波形脉动大，直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和。所以只能用在输出功率较小、负载要求不高的场合。6.3.2 单相全波整流电路变压器T次级线
45、圈具有中心抽头，即得到幅值相等而相位差的电压V1和V2。在未接滤波电容时，当变压器T的次级线圈的交流电压上正（1）而下负（2）时， D1受正向电压而导通， D2受反向电压而截至。于是电流i1通过D1流过负载RL。另半个周期，即上负(1)而下正(2)时， D2受正向电压而导通，D1受反向电压而截至。于是电流i2通过D2流过负载RL。在一个周期内负载电流io=i1+i2为单向脉动电流。负载电压为双半波，因此直流输出平均电压为单相半波整流电路的2倍，即V00.9V2。 图6-2 单相全波整流电路全波整流电路接入滤波电容C1，其充放电过程与半波整流相同，但由于V1和V2轮流通过D1和D2向电容C充电，所以输出电压的脉动比半波整流时小。6.