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1、目 录 引言.2 1.传统高压电源升压方式.3 1.1 变压器升压原理.3 2系统整体设计.6 2.1 高压电源整体设计.6 3各模块单元设计.6 3.1.功率场效应管驱动控制.6 3.2 功率 MOSFET 工作原理.7 3.3 单片机选择.8 3.4 单片机时钟电路设计.10 3.5 单片机复位电路设计.11 3.6 键盘输入模块设计.12 3.7 显示模块设计.12 3.8 功率整流二极管.14 3.9 过载采样.15 3.10 报警指示.16 3.11 A/D 转换.16 3.12 高压发生电路设计.16 II/33 3.13 串行接口通信.18 4.数字化小功率高压电源电路原理图及软
2、硬件设计.19 4.1 数字化小功率高压电源整体电路图及各部分接线图.19 4.2 高压逆变硬件设计.19 4.3 单片机软件设计.21 5 主回路仿真实验.21 5.1 仿真软件介绍.22 5.2 数字化小功率高压电源系统仿真.22 6 总结.25 7.致谢.25 参考文献.26 附录.28 动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中
3、有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压数字化小功率高压电源设计 摘要:高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用，光学仪器，医疗设备，质谱分析，静电喷涂，激光器，x射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件。传统高压电源很多都采用线性技术，缺点是这种结构形式使电源变换损失功率增多，体积大，重量沉，操作和维修都不方便。由于电源技
4、术快速发展，人们对于高压电源智能化和数字化程度、转换效率和带负载能力提出了更高要求。设计了一种以单片机技术为基础智能化小型高压电源。该电源由单片AT89C51 机控制，利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压发生器实现升压输出直流，该电源源具有通用性强、输出可调范围宽、制性能优良等特点。关键词：高压电源；数字控制；单片机 Digital low-power high-voltage power supply design ABSTRACT High voltage DC power supply in the scientific and industrial production
5、has a broad application,Optical instruments,medical equipment,mass spectrometry,electrostatic spraying,laser,X ray diffraction and some other analysis imaging ray instrument in an important and indispensable component.The traditional high voltage power supply with linear technique,the structure caus
6、ing the power transform efficiency is low,large volume,heavy weight,inconvenient repair operation.With the power of technology development,people on the high-voltage power supply intelligent degree,conversion efficiency and load ability raised taller requirement.Design of a microcontroller based int
7、elligent miniature high voltage power supply.The power supply is composed of STC89C51 single chip microcomputer control,Use of FBT and some simple components to make available high voltage generator to achieve step-up DC output.The high voltage power supply with high universality,动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟
8、电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压2/33 adjustable
9、output range,high precision,good control performance characteristics.Key word:High voltage power supply;digital control;MCU 引言 小体积高压电源在高能离子能量分析器和小功率X光管供电等方面有重要应用,这些应用对高压电源提出特殊要求:(1)输出电压值高,一般在+30 +50kV；(2)高压稳定性好,一般要求输出波动范围是千分之几；(3)输出高压范围比较宽,而且能连续可调；(4)体积小、输入功率较低,适合野外操作等；根据这四点要求,文中使用全集成化电路设计出稳定并且可靠新型数
10、字化高压电源,该电源具有功率损耗低、体积小、重量轻、绝缘性能强等特点,而且输出高压能连续可调,稳定性好。现在研究现状是20世纪70年代世界电源史上出现了一场革命，即20kHz开关频率融合脉宽调制技术(PWM)在电源市场应用。到现在为止，电源频率已经能达到数百赫兹，使用先进准谐振技术几乎能达到兆赫兹水平。以减少结构体积和性能要求高电压变压器，滤波电容器，电抗器，高压电容器等电子元件，使高压电源体积减少。高频电源，高压电源体积轻，便于携带，实用性和易用性，大大减少并有明显改善。世界正在大力开发新高压高频电源供应，包括电力新理论，新模块化电路，新型电子设备，以满足电子设备小型化，高效率和高性能发展要
11、求，目前，国外高压直流电源已经比较成熟，已生产出小型，高效，智能高压直流电源斯佩尔曼，像Classman 高电压电源公司。在20世纪70年代开始，美国有些公司将直流电直接逆变成500Hz中频方波送给高压发生器，从而减少了尺寸和重量。日本国家开始使用开关电源技术，将电流整流逆变到3kHz范围中频电流，然后升压。到了20世纪80年代，高压电源技术大幅度发展，西门子公司研究了手机镜头大功率晶体管开关元件，电源开关频率在20kHz以上。而且将干式变压器技术正在实现用于高频高压电源，省去了高压变压器油箱，使变压器系统体积减小。我国高压开关电源技术虽然已取得了很大进步，但跟国外一些技术很是没得比，尤其是大
12、功率高压开关电源技术仍处研究和开放中。虽然高频高压电源研发工作已经取得了很多进展，但是在电压恒定、纹波系数等指标方面仍然及理想中有很大差别，及国外同类技术水平也有不小差距，我们仍需要增加科研力度来促进更广泛高频高压动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线
13、类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压3/33 电源使用，在工业，农业，医疗，环保等领域尤其重要。1.传统高压电源升压方式 1.1 变压器升压原理 从工频交流电源得到交流供电，然后经过高压隔离升压变压器升压后，得到高电压交流电，再通过整流滤波最后输出直流高电压。它有很多接线方式比如半波整流、全波整流、桥式整流、倍压整流、多相整流等。1全波倍压电路 全波倍压电路原理 如图1。图 1 全波整流电压电路 （a）正半周 （
14、b）负半周 (1)正半周时，D1导通，D2截止，电容器 C1充电到 Vm，其电流路径及电容 C1极性如上图（a）所示。负半周时，D1截止，D2导通，电容器 C2 充电到 Vm，其电流路径及电容 C2极性如上图（b）所示。(2)由于 C1及 C2串联，故输出直流电压，V0=Vm。动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪
15、器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压4/33 如果没有自电路抽取负载电流话，电容器 C1 及 C2 上电压是 2Vm。如果自电路抽取负载电流话，电容器 C1及 C2上电压是及由全波整流电路馈送一个电容器上电压同样。不同之处是，实效电容为 C1及 C2串联电容，这比 C1及 C2单独都要小。这种较低电容值将会使它滤波作用不及单电容滤波电路好。优缺点：这
16、类整流电路优点是接线简单，缺点是所用设备、组件电压较高，体积、重量和占地面积大，一般只能作为试验室内使用。最大缺陷就是带负载能力差，带负载后电压掉得厉害 2.N 倍压电路 半波倍压电路推广形式，它能产生输入峰值三倍或四倍电压。根据线路接法发式可看出，如果在接上额外二极管及电容器将使输出电压变成基本峰值（Vm）五、六、七、甚至更多倍。（即 N倍）原理如图 2。图 2 N 倍压工作原理(1)负半周时，D1导通，其他二极管皆截止，电容器 C1充电到 Vm，其电流路径及电容器极性如图（a）所示。(2)正半周时，D2导通，其他二极管皆截止，电容器 C2充电到 2Vm，其电流路径及电容器极性如上图（b）所
17、示。(3)负半周时，D3导通，其他二极管皆截止，电容器 C3充电到 2Vm，其电流路径及电容器极性如上图（c）所示。(4)正半周时，D4导通，其他二极管皆截止，电容器 C4充电到 2Vm，其电流路径及电容器极性如上图（d）所示。所以从变压器绕线顶上量起话，在输出处就可以得到 Vm奇数倍，如果从变压器绕线底部量起话，输出电压就会是峰值电压 Vm偶数倍。优缺点:这种电路能提高直流电压输出幅度，是带负载能力越来越差。因此只能用动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电
18、路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压5/33 于小电流电路。综上原因可知传统高压电源存在设备重、体积大、精度低、效率低等这些缺点已经无法适应现代电源技发展市场。随着开关元件研发和电力电子技术发展，开关电源技
19、术已经广泛地应用于高压开关电源技术之中。采用高压电源技术产生比工频高上千倍频率方波或正弦波可以大幅度减小高压电源体积和重量，并且提高高压电源输出电压精度、输出电压功率，实现自动化控制，高压电源发展趋势重要性就在于此。随着这几年电子电力技术快速发展，如 MOSFET，IGBT等新一代电子器件应用，高频逆变技术逐步成熟，出现了数字智能化高压电源，及其相比它突出优点是：储能少、重量轻、效率高、体积小、响应速度快、设计及制造周期短。由于其优越特点，如今已逐步代替了传统高压电源。50/60 Hz交流电流首先通过整流后得到相应直流电，经过高频逆变、高频变压器、整流器输出高压，进行误差信号进一步处理产生 I
20、GBT功率开关管 PWM 控制信号并通过负载电压反馈信号及指定电压信号相比较，采用闭环反馈来实现输出电压精确控制。开关电源技术数字高压电源具有纹波系数低、重量轻、保护速度快、体积小、稳定性高、控制精度高等优点，因此它必将在高压电源中有着更广泛应用。基于高频逆变数字化高压电源工作原理如图 3:图 3 基于高频逆变高压电源示意图 动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘
21、要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压6/33 2系统整体设计 2.1 高压电源整体设计 整体设计图如图 4，将从高压侧得到电压输入单片机，经功率管驱动送入高频逆变器。将高压发生电路得到交流电压进行过载采样和 A/D转换后送入单片机并将结果用 LCD显示出来。同时串行通信接口及单片机信息进行持续交换。图
22、 4 高压电源整体设计 图 4 高压电源整体设计 3各模块单元设计 3.1.功率场效应管驱动控制 使用 M0SFET 功率管比使用双极型晶体管可得到更多好处。特别当器件用在高频时(一般在 100kHz或更高)，M0SFET 突出优点更会显现出来。所以 M0SFET 工作频率一般都很高，必须采用一些预防措施来设计，把高频时出现问题，如寄生振荡等应于消除。M0SFETT 管在高频工作时，防止振荡，必须注意两点。首先，M0SFET 各端点连接线长度尽可能减少，尤其是栅极引线。但是若无法让引线剪短，则可按图 5 所示，靠近栅极处串联一个小电阻以便抑制寄生振荡。第二，由于 M帕 FET输入阻抗高，为了避
23、免正反馈所引起振荡，驱动电源阻抗必须较低。特别是，M0SFET 直流输入阻抗非常高，但是它交流输入阻抗是随频率变化而改变。因此，M0SFET 驱动波形上升和下降时间，及驱动脉冲发生器阻抗有关。另一个重要事情是：氧化硅层之间 M0SFET 压力栅耐压是有限，如果实际电压数值超过元件额定值，将会被击穿，造成永久性损坏。实际栅源电压最大值在 2030V 之间。值得注意是，虽然实际电压是 20V，我们要细致分析看是否可能会出现因为寄生电感引起电压急速上升产生尖峰从而引起击穿 M0SFET硅氧化层问题。为了方便起见，我采用直接驱动式：(1)用TTL工驱动M0SFET 如图6,但如果M0SFET 中有些晶
24、体管，工作经线性区间，达 报警显示 LCD显示 输入 驱 动控制 过 载采样 A/D转换 高压发生电路 单片机 串 行通 信接口 动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和
25、带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压7/33 到饱和需要一段较长时间，使M0SFET 性能不可能达到最佳状态，可如图5所示，在TTL器件及M0SFET 之间加上Tr1、Tr2，可减少开关上升及下降时间。图 5 MOSFET作为开关工作在共源板结构图 图 6 用 TIL 器件驱动 MOSFET 3.2 功率 MOSFET 工作原理 截止：漏源极间加上正电源，栅源之间电压为零。P 基区及 N漂移区之间形成 PN结反偏，无电流从漏源极之间流过。导电：在栅源极间加正电压，电流不会从栅极流过因为栅极是绝缘
26、。但栅极正电压会将它下面 P 区中空穴推开，将 P 区中少子电子吸引到栅极下面 P 区表面。当正电压大于开启电压或阈值电压时，由于栅极下 P 区表面电子浓度将超过空穴浓度，反型层形成 N沟道而使 PN结消失是因为 P 型半导体反型成 N型而成为反型层，动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂
27、激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压8/33 漏极和源极就导电。3.3 单片机选择 单片机是将 CPU、存储器、定时/计数器、I/O 接口电路和必要外设集成在一块芯片上，构成一个既小巧又完善计算机硬件系统，可实现微型计算机基本功能。单片机具有机构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，此外，单片机易于扩展，很容易构成各种规模应用系统。片内具有计算机正常运行所必需部件
28、，芯片外部有许多供扩展用三总线及并行、穿行 I/O 口，为应用系统设计和生产带来极大方便，而且单片机工作电压低，功耗也低，在许多行业都得到了广泛应用并发挥了巨大作用。单片机是整个系统核心，本设计采用 AT89C51型号单片机，其引脚图如下图 7：图 7 AT89C51 单片机引脚排列图 AT89C51是一种带 4K字节 FLASH存储器低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，通常也被称为单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，其可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次,即可重复写入程序约 1000 次，且及工业标准 MCS-51输出管脚和指令集相兼容。ATMELAT
29、89C51 是一种高效微控制器，因其将多功能 8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中。AT89C51 具有以下功能：4K字节 Flash 闪速存储器，5 向量两级中断结构，128字节内部 RAM，两个 16 位定时/计数器，32 个 I/O 口线，全双工串行通信口，时钟电路以及片内振荡器。同时，AT89C51支持两种软件可选节电工作模式，并可降至 0Hz静态逻辑操作。掉电方式保存 RAM 中内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化
30、小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压9/33 作直到下一个硬件复位。空闲方式停止 CPU工作，但允许定时/计数器，RAM，中断系统及串行通信口继续工作。AT89C51各引脚功能如下：VCC：
31、AT89C51 电源正极输入端，接+5V电压。GND：电源接地端。RST：AT89C51 复位信号输入端，高电平工作，当要对芯片复位时，只要将 RST输入端保持 2 个机器周期以上高电平，单片机即完成复位初始化操作，使得单片机内部特殊功能寄存器内容均被设成初始已知状态。XTAL1 和 XTAL2：时钟引脚，外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此两引脚端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于外接时钟脉冲信号。ALE/PROG：AT89C51地址锁存允许信号输出端。在访问外存储器时，作用为锁存低 8位地址信号。当单片机上电，正常工作时，ALE端就以时钟振荡频率 1/16 固定频率周期
32、性地向外输出正脉冲信号。该端第二功能 PROG 为当对片内带有 4KB EPROM8751 单片机烧写程序时，此引脚作为编程脉冲输入端。PSEN：AT89C51程序存储允许输出端，低电平有效。PSEN信号是片外程序存储器读选通信号。CPU从外部程序存储器取指令时，PSEN信号自动产生负脉冲，作为外部程序存储器选通信号。在读片外程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次 PSEN信号。在执行片内程序存储器指令时，不产生 PSEN信号，在存取外部数据时，也不产生 PSEN信号。EA/VPP：程序存储器地址允许输入端。当 EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当 PC中值超过 0FFFH
33、时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当 EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。对 8031 单片机而言，EA必须接低电平。在8751 中，当对片内 EPROM 编程时，该端接 21V编程电压。P0：P0 口(P0.0 P0.7)是一个 8 位双向输入/输出端口，其漏极开路，当访问外部数据时，它是地址总线（低 8 位）和数据总线复用。P0 口每一个端口可以驱动 8 个 LSTTL负载。当单片机外部不进行扩展而仅单片使用时，该输入输出端口则可作一般双向 I/O口用。P1：P1 口(P1.0 P1.7)口是具有内部提升电路双向 I/0 端口(准双向并行 I/O 口)，仅作为输入输出端口使
34、用。其输出可以驱动 4 个 LSTTL负载。P2：P2 口(P2.0 P2.7)口是具有内部提升电路双向 I/0 端口(准双向并行 I/O 口)，当存取外部程序存储器时，它是用作高 8 位地址。P2 口每一个引脚可以驱动 4 个 LSTTL负载。当单片机外部不进行扩展而仅单片使用时，则作一般双向 I/O 口使用。P3：P3 口(P3.0 P3.7)口是具有内部提升电路双向 I/0 端口，为准双向并行 I/O 口。动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图
35、及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压10/33 此外 P3 口还提供外部随机存储器内容读取或写入控制，外部中断控制、计时计数控制及串行通信等特殊功能。其特殊功能引脚分配如表一。表一 AT89C51单片机 P3口特殊
36、功能分配表 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，低电平有效 P3.3 INT1 外部中断 1 输入，低电平有效 P3.4 T0计数器 计数器 0 输入端 P3.5 T1计数器 计数器 1 输入端 P3.6 WR 外部 RAM 写选通信号端，低电平有效 P3.7 RD 外部 RAM 读选通信号端，低电平有效 3.4 单片机时钟电路设计 时钟电路用于产生单片机所需要时钟信号，单片机在时钟信号控制下各部件之间同步协调工作。根据产生方式不同，分为内部和外部两种时钟电路。在 AT89C51芯片内部有一个用于构成振荡器高增益反相放大器，其
37、输入端为芯片引脚 XTAL1，其输出端为引脚 XTAL2。在由多片单片机组成系统中为了各单片机之间时钟信号同步，应当引入唯一公用外部脉冲信号作为各单片机振荡脉冲。这时，外部脉冲信号是经 XTAL2引脚注入，由于 XTAL2端逻辑电平不是 TTL，故需外接一个上拉电阻，外接信号应为时钟频率低于12MHz方波信号。本设计只用到一个单片机，单片机时钟电路采用内部振荡电路，其接线原理图如图 8 所示。在芯片外部，XTAL1和 XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压
38、发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压11/33 一个稳定自激振荡器，在引脚 XALT2上输出 3V左右正弦波。通常，电容1C和2C取 30pF左右，主要作用是帮
39、助振荡器起振，晶体频率范围是 1.2 12MHz。晶体振荡频率高，则系统时钟频率也高，单片机运行速度也就快，在通常情况下，AT89C51使用振荡频率为 6MHz或 12MHz，本设计系统中采用 12MHz振荡频率。图 8 单片机振荡电路 3.5 单片机复位电路设计 复位时单片机初始化工作，复位后中央处理器 CPU和单片机内其他功能部件都处在一定初始状态，并从这个状态开始工作。一般在单片机刚开始接上电源时，或是断电、发生故障后都要复位。在单片机 RST引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行复位操作。本设计中时钟频率为 12MHz，每个机器周期为 1s，则只需 2s 以上时间高电
40、平即可实现复位。若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态。常用复位电路有两种基本形式：一种是上电复位；另一种是按键复位。上电复位电路利用电容充电来实现。在接通电源瞬间，RST 引脚获得高电平，随着电容充电，充电电流减小，RST 引脚电位逐渐下降，高点平只要能保持足够时间，单片机就可进行复位操作。按键复位电路除具有上电复位功能之外，还可通过按键复位。在本设计中，复位电路采用按键复位，原理图如图 9 所示。动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及
41、软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压12/33 图 9 按键复位电路 如图 9，单片机需要复位时，只需按下图中按键，此时电源经经电阻1R分压，在RST引脚上产生一个高电平，单片机就进行了复位操作。复位后不会改变片内
42、RAM 中低于 128B内容,但是特殊功能寄存器 SFR值被初始化。3.6 键盘输入模块设计 键盘电路可分为矩阵式、独立式键盘等键盘电路。在按键较少，操作速度较高或程序设计较为简单情况下，可选择独立式键盘。独立式键盘各按键独立，每个按键分别接一根输入/输出线，每个输入/输出线上按键工作状态不会干扰到其他输入/输出线上工作状态。所以通过对输入/输出线上电平检测就可以很容易地判断哪个按键被按下了。独立式键盘电路每一个按键开关占用一根 I/O 口线，当所需按键数较多时，就会占用较多 I/O 口线。因此在按键较多情况下，通常多采用矩阵式键盘电路，它由列线和行线组成，按键位于列线和行线交点上。我设计电路
43、用按键（+）调电压，（+）按键就是增加电压，（）按键就是减小电压。用指示灯作为电源开关按键。如图 10 图 10 按键 3.7 显示模块设计 显示模块可采用 4 位数码管显示，也可采用 LCD液晶显示器显示。数码管显示亮度大，显示比较清晰完整，能够将电机转速完整显示出来，但功耗较大，显示信息少。液晶显示是一种极低功耗、抗干扰能力强显示器，可显示信息较多，美观大方有利于人及系统交互及显示内容扩展。本设计使用 LM016L液晶显示,如图 11 所示。LM016L液晶显示器具有功能较强且简单指令集，可以实现显示字符移动和光标闪烁等功能，可采用 4 位或 8 位并行传输这两种方式实现单片机及 LM01
44、6L进行通讯,如图 11 所示。动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视
45、机中高压包和一些简单易购元件来制作高压13/33 图 11 LM016L液晶 LM016L液晶模块引脚功能如下表二所示：表二 LM016L液晶模块引脚功能 引脚 符号 功能说明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接电源（+5V）3 VEE LM016L液晶显示模块对比度调整端，接地时对比度最高，接VCC时对比度最弱。4 RS 寄存器选择端，低电平时选择指令寄存器，高电平时选择数据寄存器。5 R/W R/W为读写控制信号线，低电平时进行写操作，高电平时进行读操作。6 E E为使能端，下降沿使能 7 DB0 底 4 位三态、双向数据总线 0 位（最低位）8 DB1 底 4 位三态、双向数据总线 1
46、 位 9 DB2 底 4 位三态、双向数据总线 2 位 10 DB3 底 4 位三态、双向数据总线 3 位 11 DB4 高 4 位三态、双向数据总线 4 位 12 DB5 高 4 位三态、双向数据总线 5 位 13 DB6 高 4 位三态、双向数据总线 6 位 14 DB7 高 4 位三态、双向数据总线 7 位（最高位）（也是 busy flag）动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数
47、字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压14/33 LM016L寄存器控制如表三：表三 LM016L寄存器控制表 RS R/W 操作说明 0 0 写入指令寄存器（清除屏等）0 1 都 busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值 1 0 写入数据寄存器（显示各
48、字型等）1 1 从数据寄存器读取数据 关于 LM016L读写控制，这里不作详述，液晶电路接口电路设计为：AT89C51P0口作为数据输出端，并在 P0口上接上拉电阻以提高 P0口驱动能力，P2.0 和 P2.1，P2.2作为控制信号输出端 3.8 功率整流二极管 在开关电源中常见功率整流管有：快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管以及同步整流管等。整流用功率二极管作为高频 AC DC或 DC DC开关变换器输出，具有正向压降小、反向漏电流小、反向恢复时间少等特点。对于在高频下工作功率二极管，在建立其等效电路模型时，必须考虑引线及器件寄生参数作用。图 12 表示一个功率二极管等效电路程型。图
49、中 D为一个理想二极管，L 代表封装引线电感，Cj 为结电容，Rp为并联电阻(高阻值)，B1为引线电阻。图 12 二极管电路模型 动控制功率工作原理单片机选择单片机时钟电路设计单片机复位电路设计键盘输入模块设计显示模块设计功率整流二极管过载采样报警指示转换高压发生电路设计串行接口通信数字化小功率高压电源电路原理图及软硬件设计数字化化小功率高压电源系统仿真总结致谢参考文献附录数字化小功率高压电源设计摘要高压直流电源在科学和工业生产中有着普遍应用光学仪器医疗设备质谱分析静电喷涂激光器射线衍射仪和其他有些分析成像射线类仪器中很重要部件便由于电源技术快速发展人们对于高压电源智能化和数字化程度转换效率和
50、带负载能力提出了更高要求设计了一种以单片机技术为基础智能化小高压电源该电源由单片机控制利用黑白电视机中高压包和一些简单易购元件来制作高压15/33 图 13 二极管正向恢复过程 从关断到导通过渡过程中，二极管有一个正向恢复过程，如图 13，其持续时间称为正向恢复时间他 tfr；在正向恢复过程中，二极管电流 ID由零上升到 IF，而二极管电压 VD阶跃上升到正向恢复电压(峰值)Vfrm，其典型值在 5v 至 20v 之间，但在略时间内Tfr 时间内 VD又从 Vfrm衰减到稳态正向电压 Vdf，因此，正向恢复过程中，二极管正向功耗比稳态导通损耗要大，并且，正向恢复电压 Vfrm(其值比 Vdf大