常用电源电路设计及应用范文

导语：如何才能写好一篇常用电源电路设计及应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：智能;双电源;转换;装置

中图分类号：TG434.1 文献标识码：A

一、前言

TSQ2双电源自动转换装置，对传动机构和控制器进行全新设计，并配大屏幕液晶显示为人机界面，自动转换参数可在外部自由设定，方便用户操作。很好地解决了现有产品的不足，推动了国产双电源转换装置向智能化和高可靠性方向发展，为我国智能电网供电提供了可靠的元器件。

二、智能型双电源自动切换开关特点

智能型双电源自动切换开关是由两台三极或四极的塑壳断路器及其附件（辅助、报警触头）、机械联锁传动机构、智能控制器等组成。其特点是：

1两台断路器之间具有可靠的机构联锁装置和电气联锁保护，彻底杜绝了两台断路器同时合闸的可能性；

2智能化控制器采用以MOTOROLA单片机为控制核心，硬件简洁，功能强大，扩展方便，可靠性高；

3具有短路、过载保护功能，过压、欠压、缺相自动切换功能与智能报警功能；

4自动切换参数可在外部自由设定；

5具有操作电机智能保护功能；

6装置带有消防控制电路，当消防控制中心给一控制信号进入智能控制器，两台断路器都进入分闸状态；

7留有计算机联网接口，以备实现遥控、遥调、遥信、遥测等四遥功能。

三、智能型双电源自动切换开关工作模式

智能型双电源自动切换开关有两种工作模式：手动工作模式和自动工作模式。

自动工作模式：智能型双电源自动切换开关在自动模式下控制功能可分为自投自复（R）、自投不自复（S）和电网一发电机（R）三种。前两种适用于电网-电网的供电系统，后一种适用于电网-发电机系统。

手动工作模式：手动工作模式有常用电源、备用电源断电再扣三种工作方式。手动工作模式下系统将有自动切换功能。

常用电源方式：强制断开备用电源，接通常用电源。

备用电源方式：强制断开常用电源，接通备用电源。

断电再扣方式：即可将两路电源全部断开，也可使因故障脱扣的断路器再合闸。

四、智能控制器的设计

1控制器的主要功能设计

（1）控制模式

控制模式分三种：自投自复、自投不自复互为备用、发电机、负荷卸载。

（2）自动检测功能

对两路电源同时进行检测，当电源出现欠压、过压、缺相故障时，经控制器比较判断，延时后发出转换指令。

（3）状态指示功能

自动状态、手动状态

（4）故障指示

液晶显视屏显示过压，欠压，断相故障，并报警。

2智能控制器硬件电路设计

控制器由供电电源电路、两路三相交流电压检测电路、单片机、选项设置、位置检测和电机控制电路组成。如图1所示:

图1 硬件电路主框图

（1）供电电源电路设计

电源电路主要是为电机控制电路的继电器和单片机控制以及电压检测电路提供两路隔离电源（+12V和+5V），一路为单片机控制和电机控制电路的继电器供电，一路为电压检测电路的交流侧的数据采集提供电源，目的是为强弱电隔离，有效防止强弱电的干扰，便于维护（如图2所示）。

图2 供电电源电路

（2）单片机电路

单片机电路是控制器核心，完成整个控制器的控制功能，包括交流电压选择、电压采样、采样数据处理、选项设置、电机正反转及开关位置状态检测。其结构框图如图3所示:

图3 单片机电路图

（3）电机控制电路设计

在控制电路中用交流电机的正反转控制开关转到相应的位置，交流电机的正反转有三根线（O、A、B），一根（0）接零线，其余两根接火线。其中的一根（A）接火，另一根火线（B）悬空时正转，反之反转。A、B两根线由单片机的I/O通过三级管控制继电器的常开节点与火线连接。

（4）两路三相交流电电压检测电路

两路三相交流电电压检测电路实现三相交流电电压检测，把220V交流电压转换成0-5V的直流电压通过AD转换芯片（ADC082）转换为数字量由单片机采集。该电路由六选一电路、分压电路、整流滤波电路、AD转换电路和光耦隔离电路组成。如图4 所示:

图4 三相交流电压检测电路

（5）选项设置及位置检测电路

选项设置电路设置控制器处于电动/自动状态和在电动状态下手动置0位、置I位和置II位，通过按钮实现。

（6）“四遥”功能

设有RS-485隔离型通讯接口，应用ModBus-RTU通讯规约，具有遥控、遥信、遥测，摇调“四遥”功能，可遥控发电机组开机、停机、遥控常用，备用，合分闸功能。

3软件设计

采用单片机软件完成整个控制器的功能。软件设计流程图如图5 所示。

图5 软件整体框图

五、电气联锁结构设计

1操作机构结构特点

操作机构由电机，齿轮，拨动板，滑轨，基板组成。

图6 TSQ2新产品操作机构

操作机构的动力来自永磁电机，传动由主、从齿轮，滑轨和拨动板完成。传动机构中的拨动板，设计了独特的传动孔。传动孔包括拨动孔区和换位孔区，成半圆弧形。拨动孔区是与滑轨垂直的直线孔，换位孔区则为与从动齿轮同心的弧形设计，这样当相应的传动轴在该换位孔区中移动时，由于换位孔区与从动齿轮为同心结构，因此传动轴将无法带动该拨动板移动。只有当该传动轴移动到拨动孔区后，才能带动拨动板沿着滑轨导柱方向移动。拨动板推动断路器手柄，作合分闸操作。

TSQ2双电源转换装置常用电源，备用电源各一个这样的传动结构。处在双分位置时，当控制器发出常用电源合闸指令时，永磁电机正向转动，主齿轮带动从动齿轮转动，铆在从动齿轮上的传动轴在拨动孔区推常用电源侧拨动板，使断路器合闸。同时，备用电源侧从动齿轮上的转动轴在拨动板换位孔区运动，备用断路器不能合闸。逆向操作时，拨动孔区与换位孔区相互转换。换位孔区可以保证一个拨动板运动，另一个拨动板不运动，这样可保证一台塑8壳断路器在进行合闸操作时，另一台塑壳断路器保持不操作，避免发生两台断路器同时合闸的故障。与TSQ1双电源自动转换装置老产品的拨动凸轮，传动杆，挡销，微动开关组成的机械传动结构相比，本传动机构具有设计巧妙，制造容易、传动简捷、故障点少、寿命长、装配简单等诸多优点。

图7 传统老产品的操作机构

2电气互锁机构设计

手动切换装置利用两台断路器的辅助触头(或报警触头)与它们各自的分励脱扣器联线，实现电气联锁。

自动切换装置：由两台断路器，监控滑槽，触发杆和电动操作机构上的微动开关组成。当控制器发出常用电源合闸指令时，触发杆在拨动板的带动下沿着监控滑槽滑动，在滑动过程中触动微动开关，利用微动开关位置变换，再配上相应的控制电路，使双电源备用电源的电动操作机构无法通电合闸。

反之，备用电源合闸时，常用电源无法通电合闸。因此具有电气互锁功能，为装置可靠运行提供了保障。

全新设计的TSQ2系列智能型双电源自动转换装置具有过载，短路，断相，欠压，过压，报警保护功能，以及消防远程分断功能，和遥控、遥信、遥测，摇调通信功能。两台塑壳断路器具有机械联锁和电气互锁双重保护。是医院，银行，广播电视，军事设施等重要场所保证连续供电的关键设备。经福州电器检测中心全面试验，TSQ2系列智能型双电源自动转换装置各项技术指标符合GB14048.11《自动转换开关电器》国家标准。特别是机械寿命，达到12000次。智能控制器顺利通过严酷的EMC电磁兼容试验。同时，获得国家3C证书。

投放市场后，用户认为TSQ2智能型双电源自动转换装置功能齐全，体积小，操作方便，运行稳定可靠。很快打消客户对新产品的担心，疑虑。迅速替代TSQ1老产品。在北京首钢公司冶炼厂，新疆塔里木石油化工厂改扩建项目，大连国际商贸中心等大型重点工程广泛使用，其稳定性受到好评。

六、结束语

中断供电将造成人身伤亡场所；中断供电将造成重大政治影响场所；中断供电将造成重大经济损失场所；中断供电将造成公共秩序严重混乱场所。以上四种情况属于一级负荷，有关规定是不允许中断电源的，它们必须有备用电源(独立于正常电源的备用电源或快速自动起动的柴油发电机组)。由于这种情况，智能型双电源转换装置获得了广大的发展前景。

参考文献

[1]赵荣康.智能型双电源开关控制器的设计[J].微型机与应用.2010(15)

[2]张跃庆.双电源自动转换开关电器的选择和应用[J].科技风.2010(11)

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关键词：STM32；应变片；CS5530；液晶

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0041-02

1 方案论证

1.1 总体方案论证

本设计硬件电路由控制器，称重传感器模块，AD转换模块，键盘和显示模块组成，结构框图如图1所示。

1.2 称重传感器部分电路

称重传感器部分采用电阻式应变片，其工作原理是基于材料的电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为ΔR/R后，由于应变量及相应的电阻变化一般都很小，难以测量且不便处理，因此要采用转换电路把应变片的ΔR/R变化转化成电压或者电流变化，常用的转换电路为直流测量电桥。

直流电桥特点是信号不受元件和导线的分布电感和电容的影响，抗干扰能力强，电桥调节平衡电路简单，直流电源（+5V）在系统中比较方便。直流电桥输出的信号较小，有必要做放大处理。

1.3 信号处理部分

由于直流电桥输出的电压信号只有0-30mV，所以需要用高增益、高稳定性的放大器进行放大，再经过AD转换后送给单片机。

选用放大电路与AD转换集成的芯片，可以简化硬件电路，提高抗干扰能力和精度。CS5530是高度集成的ΔΣ模数转换器，运用电荷平衡技术，性能达24位，非常适合称重衡器、过程控制、科学和医疗应用领域的单极性或双极性小信号测量。内部集成64倍放大器、数字滤波器、可选的50/60Hz频率抑制以及40倍的可控增益等信号调理电路。

1.4 键盘和显示部分

按键采用4*4矩阵按键，功能丰富，节约端口。液晶显示功耗低，界面清晰，显示信息丰富，NOKIA5110采用串行通信，接口电路简单，字符汉字均能显示，速度快，具有掉电模式，适合便携式的设备。

1.5 控制芯片

选择STM32系列，32位C，高性能，低功耗，速度快，集成化高，接口简单。

2 理论分析与计算

本设计测量电路采用直流电桥，具体测量方式分为单臂、半桥、全桥三种，灵敏度最高的是全桥电路，电路如图2。

当电桥平衡时，，所以。

全桥差动测量时，在四个桥臂上均放置350欧应变片，相对应变片应变相同，相邻应变片应变相反，其灵敏度系数较高，同时具有抑制温漂等优点。

3 硬件电路设计

本系统的硬件部分主要包括电源、单片机、称重传感器、键盘和显示等组成。主要单元电路设计如下：

3.1 单片机及电源模块的设计

本系统中单片机采用STM32F103RBT6，属于“增强型”，时钟频率最高达72MHZ，内含128K flash，32K RAM，性能优越。

STM32单片机需要直流3.3V电源，称重传感器电路需要直流5V电源，电路如图3。

3.2 称重部分信号处理电路

将左右两边四个电阻应变片接成全桥，四个接口接到CS5530上进行信号处理，AD转换如图4所示。称重电路的电源是5V，STM32单片机的电源是3.3V，用ADuM1401作电平转换。电平转换电路如图5。

3.3 键盘及显示电路

键盘采用4*4矩阵按键，16个按键功能如下：

0-9数字键――修改单价 *、#组合键――校准

A键――清零 B键――去皮 C键――金额累加

D键――显示总金额

显示电路采用NOKIA5510，接口电路如图6所示。

4 程序设计

软件部分采用模块化程序设计的方法，由主程序、液晶显示子程序、键盘扫描子程序等组成。主程序流程图如图7。

5 测试

取称重范围5.00g-500g；用法码逐一测量与示数比较，如表1。

6 结语

经过测试本设计主要实现下面功能：

（1）能显示被称物体重量、单价、金额；称重范围1.00g――500g，重量小于50g，误差小于0.2g；重量在50g及以上，称重误差小于0.4g。

（2）用数字键输入修改单价，每称重一件按C键保存金额，累加后按下D键显示总金额。

（3）按下B键称重皮重，并保存，重新带皮和重物一起称重，按下B键，减去刚保存的皮重，实现去皮。

（4）设置校准功能，防止一段时间内出现温度和元件本身等原因产生误差较大，随时可以用按键*、#组合键进入校准。

参考文献

[1]孙莉.多功能精准电子秤的设计与实现[J].德州学院机电学院报，2013（04）：203-204.

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【关键词】稳压电源；斩波电路；单片机；PWM；IGBT

直流稳压电源是一种常见的电子设备，被广泛的应用与各个领域。目前市面上使用的直流电源大部分是线性电源，而线性直流稳压电源由分立器件组成，存在体积大、效率低、可靠性差、操作不便、故障率高等缺点。随着电子技术的迅猛发展，各种电子设备对电源性能的要求越来越高。稳压电源日益朝着小型化、高效率、模块化、智能化方向发展。

本文介绍了一种以单片机系统为核心的新型可调直流稳压电源的设计，他主要由斩波电路和AT89S52单片机控制系统构成。它具有体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化等优点。而且价格低廉，操作简单。具有较高的应用价值。

1.系统的总体设计

该系统由两部分组成，即主电路和控制电路。如图1 所示，主电路由整流滤波电路、IGBT斩波电路、滤波电路组成；控制电路由控制电源、AT89S52单片机系统、IGBT驱动电路、ADC模数转换电路、8279键盘显示电路、检测保护电路组成。

主电路中整流滤波电路采用常用的三相桥不可控整流器，将电网的三相交流电压转换成直流，再经电容滤波得到平滑的直流电压。稳压电路是由大功率器件IGBT实现的降压斩波电路。

控制电路以AT89S52单片机为逻辑控制器，用于控制逻辑的实现。键盘和显示电路作为人机交互，用于显示和设定系统数据。ADC0809模数转换电路将系统实时电压反馈给单片机，由单片机进行处理。检测保护电路的作用是保护ADC0809检测电路，由于系统输出电压较高，不能直接接入ADC0809检测电路，需要通过检测保护电路将系统输出电压转换到ADC0809能够检测的范围才能接入电压检测电路。

2.控制电路设计

2.1 控制系统的核心—AT89S52

AT89S52作为该系统的核心，其主要作用为产生并输出PWM波，他根据系统设定电压，调整PWM波的占空比，PWM波作为IGBT驱动电路的输入信号，从而调整输出电压，通过ADC转换电路获得实际输出电压，并与系统反馈的电压值进行比较，对占空比进行微调，是系统达到所需的输出电压。另外，它还用于键盘数据的读取和显示数据的刷新。

2.2 人机交互——键盘显示电路设计

本系统设计了键盘和数码管显示功能，用于设定和显示系统数据。键盘和数码管采用仪表中常用的驱动芯片8279进行控制。8270芯片为一种可编程键盘与显示接口芯片，该芯片编程简单，能够自动扫描，并且与单片机接口方便，已经成为设计单片机应用系统的优选器件之一。以8279为控制芯片的键盘和数码管显示电路如图2 所示，鉴于本系统所需显示和设定的数值较少，故采用4个8段数码管来显示系统数据。键盘为4X4扫描式键盘，16个按键中，10个按键为0～9的数字按键，另外6个按键为功能选择和设定按键。

8279以A0来区分信息特征，当A0=0时，单片机读出为数据；当A0=1时，单片机读出数据位芯片状态字，写入数据为控制命令。8279内部有两个数据缓冲区，即一个16字节的显示数据缓冲区和一个8字节的键盘数据缓冲区，显示数据时，只需要将需要显示的数据写入显示缓冲区即可。当有按钮闭合时，8279会自动去抖，并扫描键值，最后将键值存入键盘数据缓冲区，单片机只需要从数据缓冲区中读取数据即可得到键值，编程简单。

2.3 ADC0809模数转换电路设计

ADC0809是较为常用的一款逐次逼近式A/D模数转换芯片，它是带有微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，具有8位A/D转换器和8路多路开关，可以和单片机直接接口。ADC0809的组成包括：

一个8路模拟开关；

一个地址锁存与译码器；

一个A/D转换器；

一个三态输出锁存器。

多路开关可分时选通8个模拟通道，芯片允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，OE为低电平时，说明A/D转换器正在进行模拟量的转换，只有当OE端为高电平时，锁存器读取转换完的数据。

2.4 IGBT驱动电路设计

日本富士公司推出的厚膜驱动集成电路EXB841是专门的IGBT驱动芯片，适合驱动1200V/300A 以下的IGBT模块。EXB841为高速型驱动模块，具有隔离强度高、反应速度快、能够过流保护等优点，市场占有率较高。该驱动电路如图3所示，EXB841的15引脚外加PWM控制信号，当触发脉冲信号施加于14和15引脚时，在GE两端产生约16V的IGBT开通电压；当触发控制脉冲撤销时，在GE两端产生-5.1V的IGBT关断电压。

3.系统的软件设计

整个系统程序采用模块化设计方法，主要包括系统初始化模块、模拟电压读取模块、显示模块、按键处理模块、PWM脉宽调制模块和看门狗模块等。

看门狗模块分为初始化子程序和喂狗子程序两部分，初始化子程序用于启用看门狗功能和初始化看门狗定时器，本系统设看门狗定时器时间为2S，若2S时间内，没有执行喂狗程序，则看门狗电路发出复位信号，系统程序自动复位。

开机后，首先调用初始化子程序，初始化系统，此时系统按照默认参数，计算PWM占空比，并由定时器0和定时器1生成1KHZ的PWM波，由P2.3输出。由定时器2产生一个10MS的定时器中断，中断程序中读取实际电压，然后与设定电压比较，根据误差调整PWM波的占空比，使实际值逐渐趋近设定值。然后刷新输出，由数码管显示系统实时电压。

当有按键按下时，系统进入外部中断子程序，此时在外部中断子程序中调用按键处理子程序，来实现系统电压值的设定。

PWM波的调制程序是系统软件的关键所在，它的功能好坏直接影响系统的稳定性。它由定时器0和定时器1通过中断生成。定时器0和定时器1都工作在定时方式1，定时时间到出发相应中断。由定时器1控制PWM波周期，定时器0控制PWM波的占空比。当定时器1产生中断时，置位PWM输出口P2.3，同时启动定时器0。当定时器0中断发生时，中断程序复位P2.3，同时关闭定时器0。这样只需要调整定时器0的定时时间即可调整PWM波形的占空比。

定时器2产生一个10MS的中断，该中断程序用于调整PWM波的占空比，其流程图如图5所示，首先读取实际电压，然后与设定电压作比较，根据误差改变定时器0的定时时间，调整公式如下：

其中：为本次中断定时器0的初始设定值；

为上次中断时0的初始设定值；

为比例系数；

为设定电压与反馈电压的差值。

经过实际调试，当k取1.5时，系统能够达到较好的稳压效果。

4.结束语

通过系统调试，程序没有出现错误，得到的输出电压稳定可靠，采用键盘和数码管显示作为人机交互，操作简单方便，智能化相对来说比较高。用户反映良好。

基于单片机控制的直流稳压电源采用了先进的单片机控制技术、完善的保护电路及专用高性能基准稳压源元件，具有稳压精度高、纹波干扰小、安全可靠等特性，故可广泛应用于国防、科技、生产等领域。

参考文献

[1]周志敏，周纪海，纪爱华.IGBT和IPM及其应用电路[M].北京：人民邮电出版社，2006.

[2]李文元.高精度工业用可调直流电源的设计和制造[R].兰州理工大学，2000.

[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001：501-554.

[4]王水平，史俊杰，田庆安.开关稳压电源——原理、设计及实用电路（修订版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005：1-60.

[5]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2005：29-105.

[6]潘永雄.新编单片机原理与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[7]刘新菊.高性能直流电源柜的研制[R].成都理工大学，2001.

[8]王鸿麟.直流稳压电源的原理和设计[M].北京：人民邮电出版社，1981：177-194.

[9]吴斌.脉宽调制型开关稳压电源的研究[R].广西大学，1996.

[10]徐衡平.PWM型大功率开关稳压电源的设计及动态特性研究[R].西北工业大学，1999.

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【关键词】远程；自动抄表；系统设计；分析；研究

1 系统功能描述

在远程自动抄表系统中，最值得研究的就是其系统内的三部分。一般而言，主站端的作用就在于能够有效地收集好多种计算机数据，并采纳有效数据，而客户端则是在单片机的抄表模块的和依据有效的串行数据通信接口的基础上构建的一种电能计量仪表。而其运作模式就是通过RS-485串行通信接口来不断满足客户端的各类需求，从而促使客户端的超标模块能够真正地做到与数据采集计算机系统连接在一起，最终实现了数据的有效传输。众所周知，数据进行相互的交换，这一过程实际就是使用人终端的智能电表在RS-232协议的作用下，实现将具体的数据和信息实现传达和输送，最终到达抄表终端模块，而抄表终端在接受到具体的信息指令以后，就会执行相关的操作，将已经保存好的数据以及相关信息，及时发送给 上一级的计算机数据采纳和处理系统，这就是远程抄表系统工作的普遍或基本的规律。

通过以上这些分析，给这个终端单片机抄表模块明确肯定了下面的功能。

第一，在具体的运行过程中，首先要选用220V的交流电作为主要的供电方式，而这样也可以促使终端模块的各类数据运行等工作正常进行。为了在没有外部电力得情况下正常供电，要配备一块备用电池。

第二，断电系统关闭以后，并不是将信息锁定或者删除，而是能偶针对用户的用电量，将信息进行全面的存储与储存。

第三，事实上，对于抄表终端以及智能电表在利用RS-232开展相应的通讯工作的时候，RS-485才是真正的能够将远方的数据进行相应的信息采集和整理的比给工具。

第四，实现了终端模具的时时钟功能得以实现，而这一功能的实现，无疑就是对于使用人的用电数据的检测提供了更为便利的条件。

2 系统分析

对于远程自动抄表系统而言，最为主要的就是两个种类的电能表，主要是冲脉电能表以及智能电能表，针对这两种电能表，笔者进行以下几个方面的说明：

脉冲电能表：输出的脉冲串与转盘数目是成正比的。 智能电能表：按照智能表的输接口，将通信方式分成了两大种类，而智能电表之所以能够实现通讯，实际是因为串行口转换成了具体的编码样式。

3 系统硬件电路设计

3.1 系统供电方式设计

本设计的输入电源和输出电压分别是220V以及+5V，220～5V的电压转换是供电模块具有的功能。设计计划如同下面所叙述的：准备220V的电压同时要确保交流电能够抗干扰、能够防雷，随后，利用220/18V变压器降压，在降压完成后要利用过桥式整流电路实现18V左右的直流电压，最后经过一列的隔离滤波等实现系统正常运作应有的5V电压。

3.1.1 正常条件下供电电路

主要采用交流电源供电方式，实现+5V电源。在取得了18V直流电压后要注意转换稳压器件，从而获得+5V电压。

3.1.2 备用电池充电电路

事实上，系统的外部电源对于系统的正常供电以及对备用电池进行充电是同步的，充电管理芯片可以完成充电电路的主要功能，1-16节的镍氢电池或者镍镉电池均可以适用。在失去了外部供电后，依然可以实现主动切换备用电池供电。

3.2 系统基本电路设计

实现最终的数据收集和通讯，依靠的是抄表终端的两个必备的串口，这样才促使RS-232、电表以及RS-485相互连通。实际上，有两种方案可以选择，下面对这两种计划方案进行对照比较。

方案一，选用增强型单片机（两个串口驱动器的W77E58）在双串口功能的基础上，比单串口单片机花费少的同时稳定性也增强了。

方案二，选用单串口驱动器，但是单片机要外加拓展芯片16C550，这一方案的硬件的成本要高同时，稳定性也差一些。

3.2.1 控制核心W77E58单片机

在上文中，笔者提到，单片机的功能以及具体的要求，在于际的计划进行对比时，我们可以看到，在本设计中，采用双串口的单片机的优势还是很大的。这种双串口的单片机实际是华邦公司生产的，是W77E58，其比较显著的特点是指令集和51系列的单片机实现了多方位的兼容，而这就意味着，在智能化的监督控制系统中，使用该系列的单片机配合整体而言还是比较成功的，事实上，单片机共有两个加强型串口以及具有32KB的大存储容量的存储器，是Flash的专门存储器。而对于始终振荡电路而言，必要的就是控制时间的定时控制信号单元，而单片机的时钟脉冲序列Y主要是时钟震荡的电路给予提供支持的。对于复位电路而言，电阻（1K）、电容（22UF）以及IN4149二极管是主要的三部分。其优势在于不仅可以满足可靠复位，而且能够降低相应的对地阻抗，抗干扰能力得以提升，值得说明的是，二极管能够快速释放电容电量，为短时间内实现复位提供了有利条件。

3.2.2 W77E58单片机核心电路

之所以在使用中一般情况下选择地址锁存器为单片机系统总线进行扩展，是因为单片机的I/O引脚受到了限制。在本设计中，采用了锁存器74LS373作为单片机扩展的系统总线，实际是为了实现单片机以及机存储器SRAM6264，这一存储器实际是有8KB的存储容量的。同时，在5V的单电源的状态下，它的输出端以及输入端和TTL的电路能够实现全方位的兼容。

3.3 掉电数据保护功能的实现

在单片机控制系统中，为了当系统再次上电后能够正确地读取一些关键数据，一般情况下要确保这些关键的数据在系统掉电后不会消失，。所以，对通讯数据进行断电系统关闭之后的保护，要在本设计中体现出来。对于掉电数据保护，主要是用系统扩展易失性的RAM并配合电池的方法，当然，采用系统扩展非易失性的ROM也可以实现。而EEPROM为能够擦除能够编写程序ROM ，技术的发展，会推动EEPROM擦写速度的加快和容量的提高，将来可以把它当作非易失性的RAM使用。

3.4 基于RS-232、RS-485串行通信接口电路设计

在实际使用中，单片机要与另外的单元进行通讯，一般不当作独立的控制单元存在。

对于单片机而言，主要的通讯接口就是串行接口，而在人们的日常生活中，对于单片机系统通讯而言，TTL电平实际是使用比较普遍的电平，尽管，在单片机中，串口的输出信号并没有比较明显的差异，但是，对于RS-485而言，串行通讯是行业内常用的协议，而最大的不同就在于电平不同，电平必须要外接口进行相应的电平匹配。

RS-232既是电气和物理的双重标准，但RS-485只是电气标准，没有限定现实其电气特性所必需的物理环境，所以可以选用RS-232的物理标准。所以这很显然使得单片机系统中实现RS-485通信变得方便。为了使其能够完成较长距离的传输，使用时依然使用单片机的串口，但是信号传递过程中要使用RS-485协议。

4 结语

总而言之，在远程自动抄表系统设计的过程中，想要体现出智能化的效果，就需要在设计的时候必须要掌握相关的核心技术，并且按照实际的情况进设计，唯有如此，才能将完整的远程自动抄表系统设计出来。

【参考文献】

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关键词： 秒表；Atmega16；定时器/计数器

中图分类号：S241 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210059－01

0 前言

秒表是一种常用的测时仪器，常规的秒表的制作方法有两种，一种是采用电子电路搭建而成，这种电路的搭建需要制作者具有一定的模拟和数字电子电路基础，另外这种秒表的定时时间范围较为固定。还有一种方法就是使用智能芯片，通过编程来实现定时功能，从而实现秒表的制作。这种方法制作的秒表，可以通过软件更改程序参数灵活的调节定时范围及定时精度，使用较为灵活，且简单易懂。本文采用AVR单片机作为主控芯片，配以相应的电路，实现简易秒表的设计与制作。

1 硬件电路设计

本系统的硬件构成主要有单片机的主控模块、显示模块以及主令模块。主控模块以ATmega16单片机为控制核心，配以最小工作系统必要的电路，如复位电路、晶振电路、电源电路等；显示模块采用5个LED数码管，主要用于定时显示，显示内容为“秒值-百分之N秒”；主令模块主要由按键组成，以实现系统的人机交互功能。

其系统组成如图所示。

简易秒表系统框图

1.1 ATmega16单片机。ATmega16单片机的美国Atmel公司生产的AVR系列单片机的高档产品之一，是一款基于AVR RISC的低功耗COMS的8位高性能单片机。通常在一个时钟周期内执行一条指令，ATmega16可以取得接近1MIPS/MHz的性能，在功耗和执行速度之间取得平衡[1]。同时，该型号单片机采用Flash技术，具有在线编程功能，调试系统非常方便，程序的存储空间达16k字节，I/O口均可进行位寻址。该单片机有TQFP封装和PDIP封装两种封装形式。其中PDIP双列直插封装由于焊装简单而被初学者广泛使用。ATmega16单片机具有PA、PB、PC和PD共4个8位的并行I/O口，每个接口除了都可以作为普通的输入输出接口使用。

1.2 晶振电路。单片机要工作必须配有晶振电路以产生时钟脉冲。ATmega16单片机的时钟晶振最高可达到16MHz，可产生精确到μs级的时隙，方便定时操作。晶振电路是在单片机的XTAL1和XTAL2引脚之间，接入石英晶体和微调电容，配合单片机内部的放大电路，产生时钟脉冲信号。单片机内部定时器的计数对象就是这个频率恒定的脉冲。

1.3 电源与复位电路。ATmega16单片机的工作电压是4.5～5.5V的直流电源，复位电路是在复位引脚接入复位按钮，按下该按钮，将复位引脚加到低电平上，实现复位功能。

1.4 数码管电路。数码管由8个发光二极管组成，因此也称为8段数码显示器。数码管中的8个发光二极管有共阴极和共阳极两种连接方法。共阳极接法是把8个发光二极管的阳极连在一起构成一个公共的阳极。共阴极接法是把8个发光二极管的阴极连在一起构成一个公共的阴极[2]。为了在数码管上显示数字或符号，必须给LED提供合适的字形代码，使发光二极管按给定的组合发光。实际应用的数码管显示器都具有较多的个数，常用的控制方法有两种，一种是采用单片机的并行接口动态扫描显示，还有一种是采用专用的数码管显示驱动芯片进行串行口控制。对比来说，并行接口控制动态扫描显示方法较为简单，尤其适用于单片机外部设备不多的场合下，初学者使用更为容易掌握。本方案中就采用简单易懂的并行接口控制。将5个数码管的字形控制端接在一起连接到单片机的PA接口上，各字位控制端单独引出接在单片机的PB口上。

1.5 按键的处理。按键电路设计较为简单，与单片机的PD接口的PD2和PD3引脚上。不按下按键时，单片机对应引脚上接的是高电平，按下按键时，单片机引脚接入低电平。通过判断引脚状态既可以检测按键的工作状态，从而选择执行对应的功能。

2 软件设计

定时控制在单片机中常用方法主要有两种，一是采用循环执行语句进行延时，但这种延时是不精确的，误差较大。另一种就是使用单片机内部的定时器/计数器进行精确定时。在ATmega16单片机中有3个定时器/计数器，分别是T/C0、T/C1和T/C2。其中T/C0和T/C2是两个8位的定时器/计数器，T/C1是16位的定时器/计数器。位数不同就决定了它们的计数范围不同，对于8位的T/C，计数范围是0～255，而16位的T/C计数范围是0～65535。可以根据具体的应用场合，选择合适的定时器/计数器。本方案中使用8位定时器/计数器T/C0，采用溢出中断方式进行工作，实现0.01秒和秒的定时。程序流程如图所示：

参考文献：

篇6

【关键词】单片机；监测；报警

对于大型的仓储系统、商场、高级写字楼、宾馆等大型需要实时监控系统，综合报警系统是不可或缺的。而现代常用的自动报警系统智能化程度越来越高，灵敏度也越来越高，同时系统也越来越复杂，成本也越来越高。

本文介绍廉价实用的综合报警系统，采用AT89S51单片机，实现了对烟雾、触摸、红外线、声音进行报警的综合报警系统设计。

一、AT89S51单片机

AT89S51 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

由于系统控制方案简单 ，数据量也不大 ，考虑到电路的简单和成本等因素 ，因此在本设计中选用 A TMEL 公司的 A T89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T89S51芯片内含有4 kB的 E2PROM ，无需外扩存储器 ，电路简单可靠 ，其时钟频率为 0～24 MHz ，并且价格低廉 ，批量价在 10元以内。

二、报警信号检测电路设计

1. 烟雾报警信号检测电路

烟雾报警信号检测电路如图1所示。烟雾传感器在无烟环境，为几十千欧，而在烟雾环境中，阻值可迅速下降到几千欧。故当传感器检测到烟雾时， A-B间的电阻迅速减小，IC2a翻转，OUT1输出低电平。

2. 触摸报警信号检测

触摸报警信号检测如图2所示。IC4及其电路构成单稳态触发器电路。当人体触摸TOUCH端时，人体上的低电平信号会加到555芯片的2脚，其3脚输出端输出高电平。调节Rp2可以调节触发时间。

3. 声音检测电路

声音检测电路如图3所示。话筒获得声音信号后经耦合放大整形滤波后，OUT3输出低电平信号。

4. 红外检测电路

红外检测电路如图4所示。红外检测电路：IC6a、IC6b、R26、R27及C11构成多谐振荡器推动HW1发射红外脉冲信号。红外信号被物体反射后被HW2接收，经VT6、VT7放大后，再经整形滤波后OUT4输出低电平信号。

三、综合报警系统设计

综合报警系统如图5所示。该设计中，AT89S51芯片的I/O口P0.2-P0.6共连接4个报警信号检测电路，芯片通过内部软件算法，循环检测端口P0.2-P0.6，对是否有报警信号产生进行检测，并通过P2、P3端口送出相应的报警和显示信号，音乐报警及显示电路如图6、7所示。

系统程序采用VC语言编写，部分程序如下：

4位数的数码显示器显示

void display（unsigned int k）

{

P2=0xfe； //即P2=1111 1110B，P2.0引脚输出低电平，数码显示器DS1接通电源

P0=Tab[k/1000]； //显示千位

delay（）；

P2=0xfd ； //即P2=1111 1101B，P2.1引脚输出低电平，数码显示器DS2接通电源

P0=Tab[（k%1000）/100]； //显示百位

delay（）；

P2=0xfb； //即P2=1111 1011B，P2.2引脚输出低电平，数码显示器DS3接通电源

P0=Tab[（k%100）/10]； //显示十位

delay（）；

P2=0xf7； //即P2=1111 0111B ，P2.3引脚输出低电平，数码显示器DS4接通电源

P0=Tab[k%10]；//显示个位

delay（）；

P2=0xff； //关闭所有显示器

}

void main（void） //主函数

{

TMOD=0x01； //使用定时器T0

TH0=（65536-46083）/256； //将定时器计时时间设定为46083×1.085微秒=50000微秒=50毫秒

TL0=（65536-46083）%256；

EA=1； //开启总中断

ET0=1； //定时器T0中断允许

TR0=1； //启动定时器T0开始运行

while（1）

{

display（x）； //调用检测结果的显示程序

}

}

结束语

本设计中，基于AT89S51单片机的综合报警系统，灵活、方便、可控性强且性价比高，有着监测范围广、类型多、可靠和设计简单的特点，可应用在大型的监控场所。

参考文献：

[1]何希才， 传感器及其应用电路，北京：电子工业出版社，2001。

[2]沙占友， 单片机电路设计，北京：电子工业出版社，2003。

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白炽灯虽能发出连续光谱，却常用于交通号志等只需绿光、红光和黄光的场合。这类应用须在白炽灯外加装一个特定颜色的滤片，但它会造成六成的光能浪费。LED则能产生特定颜色的光，而且只要接通电源即可立即发亮，不像白炽灯需要200ms的反应时间，因此汽车产业早就将LED用于车灯。另外，DLP视讯应用也以LED作为光源，利用高速开关的LED取代原有机械组件。

LED的I-V特性

图1是典型InGaA1P LED的正向电压特性。LED电路模型可表示为一个电压源串联一个电阻，这个简单模型与实际测量结果很吻合。电压源为负温度系数，因此正向电压会随着接面温度升高而下降。InGaA1P LED(黄色与琥珀红)的温度系数在-3.0～-5.2mV／K之间，InGaN LED(蓝、绿和白色)则介于-3.6～-5.2mV／K之间。负温度系数是造成LED很难并联的原因之一，因为越热的组件会汲取越多的电流，越多的电流又会让它的温度进一步升高，最后就变成热失控。

图2是输出光强度(光通量)与操作电流的关系，可以看出输出光强度与二极管电流的关系很密切，只要改变正向电流就能调整LED的亮度。另外，这条曲线在电流较小时很像是一条直线，但其斜率在电流升高时会变得较小。这表示当电流较小时，只要二极管电流加倍就会让输出光强度加倍。电流较大时则非如此，此时电流加倍只会让输出光强度提高八成。这项特性对LED很重要，因为它是由交换式电源所驱动，所以可能会遇到很大的纹波电流。其实电源供应的成本在某种程度上就是由所允许的电流决定：纹波电流越大，电源供应的成本就越低，只不过LED的输出光强度也会受到影响。

图3是把三角纹波电流加到直流输出电流后，输出光强度减少的情形。由于纹波电流的频率在多数情形下都远超过人限所能分辨的80Hz，再加上人眼对光强度的反应又呈现指数关系，只要光强度减少不超过20％就不会被发现，因此就算LED电流的纹波很大，光强度也不会明显减弱。

纹波电流还会增加LED耗电量，造成接面温度上升，并对LED的使用寿命产生很大影响。图4显示LED输出光强度与时间及接面温度的关系。我们设定80％的输出光强度为LED的使用寿命，则从图4中可看出，当温度从74℃降至63℃时，LED使用寿命会从10000小时增加为25000小时。

图5是纹波电流造成LED功耗增加的情形。由于纹波频率比LED的热时间常数高，因此就算纹波电流很大(以及峰值功耗很大)也不会影响峰值接面温度――这个温度主要是由平均功耗决定。LED的大部份电压降就像是一个电压源，所以电流波形不会对功耗造成影响。然而电压降中仍会有某些电阻分量，这部份的功耗等于电阻值乘以均方根电流的平方。

从图5还能发现就算纹波电流很高，也不会对LED功耗造成太大影响。举例来说，当纹波电流达到输出电流的一半时，耗电量只会增加不到5％。但若纹波电流远远超出这个水平，设计人员就必须减少电源提供的直流电流，避免接面温度升高而影响组件寿命。一个简单的经验法则是：接面温度每降低10℃，半导体组件寿命就会延长一倍。另外，多数设计由于受到电感的限制，都会尽量降低纹波电流，因为大部分电感只能应付20％以下的Ipk／Iout纹波电流比。

典型应用

LED电流常由安定电阻或线性稳压器控制，但本文主要讨论交换式稳压器。LED驱动架构基本上可分为降压、升压和升降压等三种类型，实际架构则应由输入电压与输出电压的关系决定。

如果输出电压永远低干输入电压，则可采用图6所示的降压稳压器。在此电路里，输出滤波电感L1的平均电压是由功率开关的负载周期所控制。TPS5430内含的FET开关导通时会将输入电压连接到电感L1并产生电流，逆向电压保护二极管D2则会在开关截止时提供另一条电流路径。L1电感可以稳定LED电流，因为电路会透过电阻监控LED电流，然后比较电阻电压与控制组件内部的参考电压以判断电流大小：如果电流太小，就增加功率开关的负载周期来提高L1电感的平均电压，以便让LED电流升高。这个电路的工作效率很高，因为功率开关、逆向电压保护二极管和电流感测电阻的电压降都很小。

如果输出电压永远大于输入电压，图7所示的升压转换架构就是最佳选择。这个设计除了控制电路外，同样会使用内含功率开关的组件U1。功率开关导通时，电流会通过电感到地。开关截止时，U1接脚1的电压会上升直到DI导通，电感也会经由输出电容C3和多个串联的LED开始放电。多数应用会利用C3稳定LED电流，若没有该电容，LED电流会变成在零与电感电流之间交替切换的不连续电流，不仅会降低LED的亮度，还会产生更多热量而缩短LED寿命。此电路也和前面一样利用电阻感测LED电流，再根据结果调整负载周期。注意，此架构很大的缺点是没有提供短路保护，输出端短路会造成庞大电流通过电感与二极管，将导致电路故障或输入电压大幅下降。

如果输入电压的变动范围很大，有时高于输出电压，有时又低于输出电压，那么单纯的降压或升压架构就不适用。除此之外，升压应用还可能需要短路保护功能。在此状况下，设计人员应采用图8所示的升降压架构。这个电路与升压转换架构很类似，会在功率开关导通时建立电感电流，等到功率开关停止导通，电感电流就会通过输出电容和LED。这种设计与升压转换架构的区别在于输出电压不是正值，而是负电压。此架构还能在输出短路时将开关QI切断，所以可以避免升压架构发生的短路问题。此电路的另一特点是尽管输出为负电压，感测电路却不需执行电压位准转换――因为控制组件的地线连接到负输出端，并直接测量感测电阻R100两端的电压。图8中虽然只有1个LED，实际应用却可串联多颗。另外要注意的是，输入电压与输出电压的总和不能超过控制组件的最大电压额定值。

控制回路设计

LED电源供应的电流回路设计要比传统电源供应的电压回路简单。电流回路的复杂性是由输出滤波架构决定的。图9就是三种常见架构，分别是单纯的电感滤波器(A)、典型的电源供应滤波 器(B)和改良型滤波器设计(C)。

为每个功率级电路建立简单的P-Spice模型，以说明其控制特性的个别差异。其中降压转换功率FET与二极管的开关动作由一个10倍增益的压控电压源代表，LED由一个3Ω电阻串联6V电压源代表，LED与接地之间还有一个1Ω的电流感测电阻。模拟结果如图10所示。

电路A是相当稳定的一阶系统响应，其中，直流增益是由压控电压源、LED阻抗所构成的分压器以及电流感测电阻所决定，系统极点则由输出电感与电路阻抗决定。补偿电路设计也很简单，只要使用乙类放大器即可。

电路B由于包含输出电容，所以会有二阶响应。增加输出电容是因为某些应用在电磁干扰或散热因素的考虑下，不能容忍LED出现太大的纹波电流，因此需要输出电容来消除纹波电流。这个电路的直流增益与前面的电路相同，但它会在输出电感和电容所决定的频率点上产生一对复数极点。由于滤波电路的总相位移为180°，因此补偿电路设计必须谨慎以免系统不稳定。补偿电路设计与采用丙类放大器的传统电压模式电源供应很类似，但比电路A多出两颗零件和输出电容。

电路C则会重新安排输出电容的位置，使电路补偿更容易。LED两端的纹波电压与电路B很类似，只不过电感纹波电流会通过电流感测电阻R105，这在计算功耗时必须考虑。此电路的补偿设计几乎和电路A同样简单，直流增益也与前面两种电路相同。电路共有1个零点和2个极点，零点由电容和LED串联电阻产生。第一个极点由输出电容和电流感测电阻决定，第二个极点由电流感测电阻和输出电感决定。当频率很高时，此电路的响应与电路A相同。

调光

许多应用都需要LED调光功能，像是显示器亮度控制和建筑照明调整。LED调光方式有两种，一种是减少LED电流，另一种是让LED快速导通和截止。由于输出光强度不全与电流成正比，LED光谱在电流低于额定值时还常会移动，所以减少LED电流不是很有效率的做法。另外，人类的亮度感受还与光强度成指数关系，需大幅改变电流才能达到调光效果，这对电路设计造成很大影响，例如，电路容差(circuittolerante)就能让3％的满负载电流误差在10％负载时增为30％以上。

电流波形脉冲宽度调变(PWM)虽图11利用Q1对LED电流进行脉冲宽度调变然提供更精确的亮度调整，但响应速度要特别注意，如照明和显示器应用就必须让PWM速度超过100Hz，否则看起来会有闪烁的感觉。假设PWM频率为100Hz，那么10％的脉冲宽度就已进入毫秒范围，是故电源供应必须提供10kHz以上的带宽。图9中的A和C简单回路都能轻易达到此要求。图11是包含PWM调光功能的降压转换功率级电路，会不停接通和切断LED与电路的联机。这种架构让控制回路永远处于工作状态，故能提供非常快速的瞬时响应(见图12)。

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关键词：STC12C2052AD；DC-DC；PWM

中图分类号：TN-9 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）04-0922-03

A Design of Switch Voltage Regulator Based on PWM

WANG Lei， LI Jian-min， LI Ping

（Information Science and Technology College， Chengdu University of Technology， Chengdu 610059， China）

Abstract： The thesis based on MCU and power technology，uses Boost DC chopper circuit as the DC-DC converter major part of the main circuit. The subject uses the STC12C2052AD as the main controller of the all-whole system， and it increases the sampling and feedback of the current and voltage of the main circuit to achieve over-current protection and closed-loop PWM control. In this paper， the hardware of system， selection， the realization of software control are described in detail. Design of low-power general-purpose switching power supply focus on MCU and power technology.

Key words： STC12C2052AD； DC-DC； PWM

随着电子技术的发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。电源是各种电子设备必不可少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标能否达到以及能否安全可靠的工作。

现有的电源主要由线性稳压电源和开关稳压电源两大类组成。相对线性稳压电源来说，开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求，开关电源的主要优点是：效率高，可靠性和稳定性好，体积小，重量轻，对供电电网电压的波动不敏感，在电网电压波动较大的情况下，任能维持较稳定的输出[1]。开关电源一般采用PWM信号控制电源开关占空比，目前有很多的如TL494等专门的PWM控制芯片[5]和比较成熟的反馈电路设计但为了进一步降低电源输出波纹，实现输出可变并控制产品成本和体积。本设计中采用小封装STC12C2052AD单片机完成PWM信号的产生、系统控制，A/D采样等。实现了设计的数字化、小型化可应用于开关稳压电源的设计。

1 系统结构

系统主要由电源整流部分、控制器、信号驱动模块和升压模块组成，如图1所示。系统输入为220V，50Hz交流电压，经电压变换，整流滤波后得到18V的直流电压，送入DC-DC变换电路，经滤波输出直流。控制器完成电压的AD变换并实现电压值的外部设置和实时显示，同时控制模块输出脉宽调制信号（PWM），从而控制Boost电路的输出电压[2，6-7]。该输出电压可在30～36V范围内步进调节。最大输出电流达2A。设计中DC-DC变换的核心电路采用经典的Boost升压形式。

图1 系统硬件总体框图

2 系统硬件设计

2.1 MOS管驱动电路

由于单片机I/O口的驱动能力弱不足以驱动MOSFET，所以要增加专用的MOSFET电路。设计中采用采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110，从而减小了装置的体积，降低了成本，提高了系统的可靠性[3-4]。IR2110是一款高低电平驱动器件具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达600V，在15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3Vcc，即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；其逻辑输入电压只需3.3～20V，可方便地与TTL或CMOS电平相匹配，输出电压最大可达20V，图腾柱输出驱动电流最大可达到2A；工作频率高，可达100kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；由于IR2110可同时驱动双MOS管，因而系统只涉及一个MOS管，故只使用一路驱动即可。

2.2 STC12C2052AD控制器

系统中控制器不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，调整DA的输出，控制PWM芯片，间接控制电源的工作。这种方式单片机已加入到电源的反馈环中，代替原来的比较放大环节。开关电源的控制芯片采用STC12C2052AD系列单片机，利用其内部PWM组件产生控制信号，经过放大后驱动boost升压电路。STC系列单片机为单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机[8]。具有两路PWM/PCA和8路8位精度的ADC，在本设计中充分利用这两个功能来构成整个控制系统。

2.3 缓冲电路设计

当变换器的开关管在导通、截止后开关管的电压和电流的乘积几乎为零，但在导通和截止的变化过程中电压和电流都具有一定的幅值。因此变换器就会在开关过程中产生开关损耗。通常，变换器的开关损耗中，关断损耗比开通损耗大得多，因此大多数场合下只考虑关断过程的缓冲即可。最简单的缓冲电路就是附加缓冲电容，但在开关管导通时缓冲电容通过开关管放电，放电电流值非常大，开关关不能承受[9-10]。限制放电电流可串联限流电阻但缓冲效果明显变差，此时可将二级管并联到电阻两端以减小时间常数，这就是常用的RC-D缓冲电路，如图2所示。

图2 场管缓冲电路

为了有效的将开关管的开关应力转移，缓冲电路作用的时间应大于开关管的电压上升时间与电流下降时间之和，通常可以选择为开关周期的1/100～1/200电容理论值大约为6.7nF。多次试验显示，保护吸收电路的电阻应取kΩ级，电容取nF级即可。

2.4 采样电路设计

为了实现电压的反馈控制和过流保护，系统需要增加采样电路，采样电路共分成两部分：电压采样和电流采样。因为单片机ADC的参考电压为5V不能直接对输出电压进行变换，因此需要对输出电压分压后再采样。采用对输出的1/10分压，分压电路用简单的电阻分压器即可。课题要求系统具有过流保护的功能，这就要对电流进行采样，将电流变成电压后也进行ADC变换。采样电阻的选择十分重要，要求噪声小，温度特性好，所以最好选择低温度系数的高精度采样电阻。例如，锰铜线制成的电阻，温度系数约5ppm/℃ 。另外，由于采样电阻与负载串联时流过采样电阻的电流通常比较大，因而温度也会随之上升。另外采样电阻阻值取大一点，对稳定度有好处，但会使系统效率下降，折中考虑取R=0.5[Ω]。

3 系统软件设计

3.1 单片机控制算法

为了通过反馈调节控制信号实现稳压，系统软件设计中加入了PID控制算法，即单片机中将给定电压值与采样反馈电压值比较，利用偏差的比例、积分、微分线性组合调整PWM信号的占空比，进而达到稳压。常用的PID算法形式为：

[Uk=Kpek+Kiikei+Kdek-ek-1]

式中：[Kp]、[Ki]、[Kd]分别为比例系数、积分系数、微分系数；e（k）为偏差；u（k）为所需控制信号的调整值。为了简化程序该系统设计选择P算法（PID算法的一种简单形式），即令[Ki]、[Kd]为零，只考虑比例系数。因此，系统稳压控制的优劣取决于参数[Kd]。[Kp]越大，系统反应越灵敏，但[Kp]偏大会导致输出振荡大，调节时间延长。因STC单片机速度较快所以课题中[Kp]选择不必太大，可实现预期稳压功能即可。

3.2 控制程序设计流程

根据课题要实现的功能及要求，单片机软件的控制部分程序的流程图3所示。

图3 控制流程图

4 调试结果

测试当中输入电压为18V，开关管的控制脉冲（PWM波）频率为104kHz，占空比50%，组装时电容取1600μF，电感为820mH，电阻为30Ω。得到的电流电压波形图如4所示。可看出，在不考虑损耗时电压可以升35V以上；在实际电路中因存在损耗，通过调整占空比达到了输出电压30～36V步进调整，最大输出电流2A。

图4 输出电压变化趋势

改变电源的负载，对不同负载下的输出电压进行测试，数据如表1所示。

表1 负载调整率测试数据（U2=18V）

[输出电流＼&空载＼&1KΩ＼&100Ω＼&30Ω＼&输出电压＼&36.0V＼&35.78V＼&35.5V＼&35.38V＼&]

负载调整率[SI]=（36.01-35.38）/36.01≈1.7%

对不同输入电压下的电流、电压进行测试并计算出变换器的效率，测试结果如表2所示。

表2 变换器效率测试（不含单片机等控制电路）

[输入

电压[Ui]＼&输入

电流[Ii]＼&输出

电压 Vo＼&输出

电流[I0]＼&效率＼&21.9V＼&1.957＼&36.01V＼&1.056＼&88.7%＼&21.1V＼&2.898＼&35.86V＼&1.505＼&88.3%＼&]

5 结论

传统的晶体管串联调整稳压电源虽具有稳定性好、输出波纹小等优点，但体积大且笨重的工频变压器和滤波器和只有45%左右的电源效率等缺点不能满足电源高效率、小型化、集成化、智能化的趋势。而开关电源的效率可高达70%-95%，功耗小散热器随之减小。本设计增加了电源的数控功能利用Boost电路实现了系统设计的升压转换，采用单片机完成数字控制，软件编程得到PWM信号，通过调整占空比实现输出电压数字调节，运用反馈算法实现可控的稳压输出。实验表明各项指标满足设计要求，适用于低成本、智能化的电源开发中，有广阔的应用前景。

参考文献：

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[2] 王水平，史俊杰，田安庆.开关稳压电源设计及实用电路（修订版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005：46-48.

[3] 张乃国.电源技术[M].北京：中国电力出版社，1998：56-57.

[4] 金雍羊，彦毕强.新型单片开关电源的设计[J].电源技术应用，2000：58-59.

[5] 范进，敬岚，乔卫民，马陆.HIRFL―CSR 数字电源控制模块的设计[J].微计算机信息，2007，3-1：242-243.

[6] 张大明，刘振鹏.单片微机控制应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007：182-192.

[7] 陈永真，宁武，孟丽囡.单管变换器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2006：5-8.59-63.

[8] STC12C2052AD系列单片机器件手册[Z].

篇9

关键词：伏安法；基本原理；量程 ；反串

伏安法测量电阻是高中物理课本中重点介绍的方法，如描绘小灯泡的伏安特性与测金属丝的电阻率两实验均用到了伏安法。近年来设计实验电路测量电阻成为高考命题的热点，但考查的并不是伏安法的简单应用，而是源于教材，又高于教材，不少考题要求学生将基本方法迁移延伸并设计电路测量电阻。这类问题考查形式多样，变化无穷，但考查的方法多数可归为伏安法或伏安法的延伸，重点都是在用各种方法寻找电压和电流。因此高三复习时教师要讲透伏安法的基本原理，帮助学生理解测电阻的精髓，还需对各种可能的题型进行归纳并加以延伸拓展。

一　伏安法介绍

伏安法的基本原理是欧姆定律，就是利用电压表测出电阻两端的电压，利用电流表测出流过电阻的电流，再根据R =U/I求出R 。若两种测量电表俱全，利用伏安法测电阻重点在于选好量程，正确选择内外接法。

1.电表量程选择。选择电表量程要遵守两个原则：安全第一，精确第二。所选量程必须大于被测电压或电流的最大值，测量时电表指针偏转过大或过小都不合适，遵循读数原则指针落在量程的1/3到2/3范围之间最佳。

2.电流表内外接法判断。由于伏安法测电阻时总是不能同时得到精确的电压和电流，因此又分为电流表内接法和外接法，不同的器材规格不同，为减小测量误差应选择不同的接法。当 时，电压表的分流十分微弱，应选择电流表外接，电流的测量值略大于流过电阻的实际值，致使 的测量值略小于实际值；当 时，电流表的分压很小，应选择电流表内接法，此时电压表的测量值略大于电阻两端的电压，使得 的测量值略大于实际值。

二　伏安法的电路设计及拓展应用

1.电表内阻已知时，电流表亦是电压表，电压表亦是电流表，可相互“反串”。电流表、电压表的设计思想是转换法，将电流的测量转换为指针的偏转，将电压的测量转换为电流的测量，而电压表的读数实际上就是流过电压表的电流值和内阻的乘积。因此当有一种电表缺失，而另一种电表却有多个时，只要电表内阻已知，无所谓电流表还是电压表，都可灵活反串使用，甚至必要时定值电阻亦可充当电表。例：某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一待测电阻的阻值。可选用的器材有： 电流表A1 (250mA, R1为 5Ω) ； 电流表A2 (300mA, r2约为5Ω)； 待测电阻RX（约为100Ω); 滑动变阻器R（10Ω); 电源E (约为9V, r约为1Ω); 单刀单掷开关S,导线若千。

(1)设计实验电路原理图

(2)需要直接测量的物理量是______,被测电阻的计算式为及Rx=______。

分析：基于用伏安法测电阻的思维分析本题电压表缺失，可是有两个电流表，而其中A1的内阻已知，又可自测得到电流，便可用它替代充当电压表，电流表A2外接可测得Rx的精确电阻为 。

2.仪表量程不够电阻凑。此种情况下有一明显特点是：电流表或电压表有已知的精确内阻，由于量程不够，通过串联或并联一定值电阻改装成大量程的电表，定值电阻起到了分压或者分流的作用。

例．待测电阻Rx的阻值约为20 ，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：A．电流表A1（150mA，约为10 ） B．电流表A2（20mA，r2＝30 ）C．电压表V（15V，约为3000 ）D．定值电阻R0＝100 E．滑动变阻器R1（ 5 ，1.0A） F．滑动变阻器R2（50 0.5A）G．电源E，电动势E＝4V（内阻不计） H．电键S及导线若干

（1）适当选择实验器材，画出测量Rx的最佳实验电路图并标明元件符号；

（2）待测电阻的表达式为Rx＝________________，

分析：由于电源电动势只有4V，量程为15V的电压表将违反读数原则无法使用，那么在电压表缺失的情况下就要寻求替代，电流表A2有精确内阻，与定值电阻R0串联可改装成大量程的电压表，电流表A1外接可测得通过Rx这一路的电流为 ，由此可得Rx的精确阻值Rx＝ 

3.利用伏安法的思维测电表内阻。电路中电压表可以自测电压，要得到内阻，重点在于设计电路测量通过电压表的微弱电流。若电流表的量程足够小，能满足读数原则，便可直接与电压表串联测得电流；若电流表量程较大，可在电压表上并联一定值电阻将电压表改装成大量程的电流表，相当于两电流表串联读数相等间接测量电压表的内阻。电流表可自测电流，只要想法测出两端的电压便可得到其内阻。基本的伏安法是将电压表直接并在两端，但由于电流表两端的电压极小，大多情况下电压表无法读数，这样要使电压表能满足读数原则，只需在电流表上串联一定值电阻起分压作用，相当于改装后两电压表并联电压相等间接测量内阻。有时甚至没有电压表可用，还可以让定值电阻充当电压表的角色。例．某同学为了测电流内阻较小）、导线、电键若干

(1) 设计测量电路图（要求电流表A1的示数从零开始变化）

(2)若选测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1，则所用电流表A1的内阻r1表达式为r1＝____________；式中各符号的意义是________________．

分析：电流表A1可自测得到电流，但由于电源电动势为3V，量程为15V的电压表将不能使用，根据伏安法的基本原则必须寻求电压表，而器材中电流表A2内阻也未知，不能用于替代电压表，那就只好让定值电阻R0来充当电压表，鉴于此还需得到通过R0的电流，应该将A2外接，可推导得到r1＝___________。

4.利用伏安法的思维测电源的内阻。

电压表能测量电源的电动势与电路中某一部分的电压，而电源的内阻所分担的那部分电压是内电压，不可能直接用电压表测得，但电动势与外电路电压之差便是内电压，用电流表与电源串联可测得通过电源的电流，这样便可借助伏安法的理念利用欧姆定律求电源的内阻r=(E-U)/I 。测量电阻的方法很多，伏安法是高中阶段最常用的，不可定势认为伏安法一定要电压表和电流表同时存在，有些时侯电流表可当电压表、电压表可当电流表、电阻亦可当电表，量程不够还可借助定值电阻改装，可谓花样繁多，但是万变不离其中，无论是以哪种类型出现，都可理解为是在伏安法的基础上采取思维递进的方式对电路进行必要的优化，是对伏安法的延伸应用，只要牢记伏安法的基本原理是欧姆定律，基本思路是通过各种方法寻找电压和电流，所有这类设计性实验便都能迎刃而解。

参考文献

篇10

求职者在编写个人简历之前需要注意招聘信息中的潜在要求，因为个人简历需要针对招聘信息来写。在求职过程中个人简历写的如何，直接关系到求职能不能成功通过，要编写优秀的个人简历需要对求职信息了解、对求职目标了解，还需要对自己有所了解。

姓

名： 刘先生 性

别： 男

婚姻状况： 已婚 民

族： 汉族

户

籍： 湖南-永州 年

龄： 34

现所在地： 广东-东莞 身

高： 161cm

希望地区： 广东

希望岗位： 工业/工厂类-RD/研发工程师

寻求职位： 电子开发工程师

教育经历

1997-09 ～ 2000-07 湖南科技学院 电子信息工程 大专

1994-09 ～ 1997-07 祁阳四中 高中 高中

**公司 (2011-10 ～ 2012-06)

公司性质： 私营企业 行业类别： 电子、微电子技术、集成电路

担任职位： 电子工程师 岗位类别： RD/研发工程师

工作描述： 主要负责高效率高功率因数低谐波限压恒流LED驱动器的开发设计，具备200W左右实际的LLC半桥高功因数的项目实际开发经验!以及以前产品的改良，效率的提高，产线异常的跟进，客户的投诉处理以及品质的提高等!

离职原因： 向外发展

**公司 (2008-03 ～ 2011-09)

公司性质： 私营企业 行业类别： 电子、微电子技术、集成电路

担任职位： 开发工程师 岗位类别： RD/研发工程师

工作描述： 该厂是一家专业开发与生产LED分光分色的全自动测试机的民营企业，产品包括小功率直插，贴片，食人鱼，大功率等测试机，主要负责开发用于工控机可以控制的精密数控恒流恒压电源，以及与PLC简单通讯接口电路，用于PLC指示灯用电路板，工控机操作系统的安装，测试系统的安装调试，日常维护及售后服务的疑难故障的技术支持及解决方案。

离职原因： 公司搬迁

**公司 (2006-03 ～ 2007-12)

公司性质： 私营企业 行业类别： 电子、微电子技术、集成电路

担任职位： 开发工程师 岗位类别： RD/研发工程师

工作描述： 主要负责遥控充电台灯，DC-DC驱动日光灯管应急照明电路，AC-DC恒流驱动LED照明，AC-DC紧急夜灯，太阳能充电照明等电路的设计，及其以前该类产品的电路改良。

离职原因： 向外发展

**公司 (2004-06 ～ 2006-01)

公司性质： 民营企业 行业类别： 电子、微电子技术、集成电路

担任职位： 助理工程师 岗位类别： 电子工程师/技术员

工作描述： 大功率开关电源蓄电池充电器，镍氢电池充电器，大功率实验用可调开关电源等项目的跟进及其改良。

离职原因： 向外发展

**公司 (2001-04 ～ 2004-05)

公司性质： 私营企业 行业类别： 计算机硬件

担任职位： 维修，后来升为PE工程师 岗位类别： 电子工程师/技术员

工作描述： 新产品的导入，生产异常的跟进，对制程异常的分析及改善，测试治具的开发制作及改善，SOP的制作，产能的提升。

离职原因： 向外发展

项目经验

可编程程控数字电源 (2011-12 ～ 2012-03)

担任职位： 开发工程师

项目描述： 该可编程数控电源基于STM32F103以及高效高功率因数600W开关电源开发的。

责任描述： 主要负责开关电源以及嵌入式单片机周边模拟电路的硬件开发，PCB的LAYOUT，BOM表的建立，测试文件的制作，协同软件工程师进行系统的调试，试产的跟进，后续的改良以及生产资料的移交。因STM32F103具有2个16通道12位的A/D转换及2通道12位的D/A转换，无须另外的A/D及D/A，加上该芯片无等待的指令执行速度，因此满足开关电源的实时闭环反馈控制需求。开关电源基于高功率因数控制芯ICE2PCS01及TL494PWM控制芯片而设计，ICE2PCS01工作于68KHZ频率下，TL494工作于38KHZ频率下，采用半桥架构，既减少EMI，又可满足实时的动态负载调整。调试好PFC 电路再调试PWM部分电路，待各部分正常工作后，再整体调试。

基于工业ISA卡槽控制的高精度数控恒流恒压源 (2008-06 ～ 2008-10)

担任职位： 开发电子工程师

项目描述： 用于LED自动化测试设备的高精度数控限压恒流源，因为是工业应用，所以必须兼顾稳定与准确及快速，基于工业控制卡槽ISA开发，由VB程序在工控机上精确设定和控制电流以及电压，通过ISA接口8M的速率与板上D/A，A/D进行数据交换，实现闭环反馈控制，从而输出高精度的稳定的电流与电压。

责任描述： 1、构思硬件电路的功能以及元器件的选择，确认，PCB板的LAYOUT,物料BOM的制作，样板的制作，协同VB工程师对系统的调试，物料的承认，测试文件的制作，试产的跟进，以及资料的移交，后续异常的跟进，客诉问题的处理，以及提供售后疑难问题的解决方案，技术的支持。

可调光手电筒 (2006-05 ～ 2006-05)

担任职位： 电子工程师

项目描述： PIC10F202单片机控制手电筒实现PWM调光以及控制3档光照的成功案例，主要是用PIC10F202单片机产生1路可调脉宽的PWM波形来控制有输入PWM可调电流的恒流DC-DC芯片，实现PWM调光，再用电源开关实现档位的调节，即实现了3档光照的选择

责任描述： 1、构思硬件电路的功能以及元器件的选择，确认，PCB板的LAYOUT,物料BOM的制作，程序的调试，样板的制作，物料的承认，测试文件的制作，试产的跟进，以及资料的移交，后续异常的跟进。

技能专长

专业职称：

计算机水平： 中级

计算机详细技能： 熟练操作psds2007,power pcb,protel99,AD10等软件进行单双面及多层pcb的Layout设计，熟练操作office办公软件完成各种工程文件的制作，电脑的软硬件安装，常用软件的安装，系统的格式化及其重装，优盘安装系统及其优盘的制作，以及局域网的组建管理及维护。

技能专长： 1.有PIC10F202单片机控制手电筒实现PWM调光以及控制3档光照的成功开发案例。

2.成功开发出基于工业控制ISA卡槽控制的高精度数控恒流恒压源，及其PCB的layout。

3.成功开发出基于STM32F103控制的程控600W开关电源、STM32外围硬件电路的设计，以及PCB的layout。

4.能熟练设计开关电源电路，PIR红外感应安防电路，线性电源电路，红外遥控电路，DC-DC驱动日光灯应急照明电路，AC-DC,DC-DC恒流驱动LED照明电路等的应用及设计，如无线红外遥控充电手提灯，大功率LED路灯,AC-DC红外遥控LED厨房灯，感应洗手液机，充电LED手电照明等。

5.熟悉开关电源电路的各种拓扑架构，如RCC,Flyback,Forward,Half-brigde,目前流行的QR模式，LLC半桥等结构，设计高频变压器及其电路的调试，熟悉UL,VDE等安规及EMC滤波电路的设计，整改。

6.有扎实的数模电子基础，有多年丰富的新产品导入及新产品开发经验，较强的数模电子分析及设计能力，熟悉STM32、恩智浦ARM单片机的资源及外围硬件电路设计，熟悉C语言的程序设计，懂PLC的梯形图语言。

语言能力

普通话： 流利 粤语： 差

英语水平： 三级 口语一般

英语： 一般

求职意向

发展方向： 高级电子开发工程师

其他要求： 包食宿，5天八小时制,可提供5险1金。

自身情况

自我评价： 1.有10年丰富的工作经验及较强的实际动手操作能力。

2.扎实的数模电子电路理论基础.

3.较强的工作责任心及团队合作精神，能吃苦耐劳，任劳任怨。

4.具有创新意识，敏锐的洞察力，较强的分析能力。