數(shù)字單脈沖電源系統(tǒng)設(shè)計

姜炎武

摘要：在科技發(fā)展迅速的今天，電子技術(shù)的進步給與電力和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)相關(guān)的電子設(shè)備技術(shù)企業(yè)發(fā)展帶來了廣泛的發(fā)展經(jīng)濟前景，相應(yīng)地也對于與電力和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相關(guān)配套設(shè)施設(shè)備和電源的應(yīng)用提出了新的要求此系統(tǒng)設(shè)計以AT89C51單片機作為系統(tǒng)的設(shè)計核心，用A/D轉(zhuǎn)換電路把220v流的交流電電源轉(zhuǎn)換成為直流穩(wěn)壓電源的新型數(shù)控驅(qū)動電源。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機;單脈沖電源

1.引言

計算機和通訊技發(fā)展帶來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控脈沖電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度，電源在使用時會造成很多不良后果。為此，本論文設(shè)計了一種電壓幅度、頻率和占空比均可以調(diào)節(jié)的脈沖電源，借以順應(yīng)市場需求。

2.研究背景及其意義

2.1 ?背景

21世紀(jì)，隨著我國電子信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字脈沖源將取代模擬脈沖源。隨著中國現(xiàn)代企業(yè)計算機信息技術(shù)的發(fā)展，脈沖電源的實際教學(xué)應(yīng)用將會更加精確和智能化。在目前條件下，小電流、低功耗、高穩(wěn)定性脈沖電源的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用。然而，高電流、高功率、高穩(wěn)定性和多級可調(diào)脈沖電源的研究開發(fā)仍處于探索階段，需要進一步研究。

2.2 ?研究意義

數(shù)字單脈沖電源與一般的數(shù)控機床電源相比，它有其獨特的性能優(yōu)勢，例如在正常工作過程中誤差較小，精度較高。普通電源質(zhì)量誤差大，不僅可能直接影響整個系統(tǒng)的質(zhì)量和精度，而且在實際使用中也會給我們造成許多不良后果因此企業(yè)為了可以大大減少測量誤差、提高測量的精準(zhǔn)度，所以就設(shè)計了一系列電源器件的精度指南。特別是在信息科學(xué)和工業(yè)等領(lǐng)域，應(yīng)用信息科學(xué)和工程技術(shù)推動產(chǎn)品小型化、便攜化。此外數(shù)字脈沖電源的研究企業(yè)發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)對于節(jié)約能源，節(jié)省人力資源和保護生態(tài)環(huán)境等各個管理方面也都十分有著重大的價值。

3.設(shè)計方案

3.1 ?數(shù)字單脈沖電源原理

數(shù)字交流單脈沖加速電源的主要工作原理數(shù)字脈沖加速電源的主要工作原理是它首先是緩慢加速的儲能，這樣一次脈沖電源必須能夠有足夠的充電容量;然后到中間存儲電能和高壓脈沖加速形成充電系統(tǒng)之間的加速充電，經(jīng)過存儲、壓縮、形成儲能脈沖或加速轉(zhuǎn)換，能量迅速釋放，達到電源相應(yīng)的兩個負(fù)荷，向負(fù)載加電一段時間再斷電一定時間，形成放電循環(huán)。

3.2 ?數(shù)字單脈沖電源特點

1.單脈沖信號作為最基本的脈沖形式，在波形控制等方便更易于獲得和實現(xiàn);

2.微控制器本身豐富的外圍設(shè)備簡化了用戶的操作，便于觀察和修改結(jié)果。

3.采用數(shù)字顯示，鍵盤修改參數(shù)，操作簡單直接。

4.電壓范圍、脈沖頻率和脈沖占空比均可調(diào)整，以滿足不同的要求。

3.3 ?設(shè)計要求

上電后數(shù)碼管顯示電壓、頻率，時間，通過鍵盤按鍵可以修改參數(shù)，輸出波形為矩形波，并且矩形波的電壓和頻率能與數(shù)碼管顯示的的電壓和頻率相對應(yīng)。

3.4 ?總體設(shè)計方案

從技術(shù)、經(jīng)濟兩方面著手，考慮到系統(tǒng)顯示及按鍵處理的因素以及軟件編程的難度，同時考慮到芯片的廉價性和PCB板大小兩方面要求，確定了系統(tǒng)設(shè)計的總體方案。本次設(shè)計決定采用雙CPU系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)，設(shè)計方案圖圖如圖1所示。

4.數(shù)字單脈沖電源構(gòu)成

4.1 ?數(shù)字單脈沖硬件構(gòu)成

本次設(shè)計使用雙CPU設(shè)計方案，主、從CPU均使用AT89C51單片機，主CPU管理按鍵電路與數(shù)碼管顯示電路并向從CPU發(fā)送參數(shù);從CPU負(fù)責(zé)驅(qū)動電路和斬波電路。

按鍵電路：進行參數(shù)修改確定以及運行，可以使用暫停鍵停止系統(tǒng)運行。

顯示電路：由LED數(shù)碼管組成，能清晰的顯示可以修改的參數(shù)，可以使使用者更加清晰的觀察參數(shù)。

驅(qū)動電路：將控制電路輸出的PWM脈沖放大到足以驅(qū)動功率晶體管—開關(guān)功率放大作用。驅(qū)動電路的作用：將控制電路輸出的PWM脈沖放大到足以驅(qū)動功率晶體管—開關(guān)功率放大作用。

斬波電路：將原來一條直線的電源，被線路"斬"成了一塊一塊的脈沖。將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。

4.2 ?數(shù)字單脈沖軟件構(gòu)成

在此次設(shè)計過程中，原計劃使用匯編語言完成系統(tǒng)軟件設(shè)計后，經(jīng)過研究之后，決定使用C語言進行程序的編寫，使用KEIL軟件進行編寫，整個數(shù)字單脈沖電源，包括按鍵電路數(shù)字顯示電路等。在系統(tǒng)軟件組成當(dāng)中，主CPU所需要完成的功能是針對數(shù)據(jù)進行處理分析以及傳遞和顯示，等等。輸出波形交由從CPU完成。

5.系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)上電之后，用戶可以通過鍵盤修改初始值，得到滿足要求的系統(tǒng)輸出電壓和頻率?？刂齐娐吠ㄟ^單片機定時器產(chǎn)生控制脈沖通過開關(guān)電路控制系統(tǒng)輸出脈沖電壓。通過輸出信號采樣及檢測電路，系統(tǒng)輸出的脈沖電壓和頻率都會顯示到數(shù)碼管上。系統(tǒng)運行過程中，可按下修改鍵，進入修改頁面進行輸出參數(shù)的重新設(shè)定。系統(tǒng)還設(shè)有記憶功能，當(dāng)系統(tǒng)斷電后，在上電會保留上次斷電時的參數(shù)。

6.總結(jié)

本文設(shè)計主要問題研究了數(shù)字單脈沖電源。此設(shè)計指出了數(shù)字單脈沖電源在電鍍企業(yè)工業(yè)這方面的優(yōu)點，以及軟硬件的實現(xiàn)方法。最開始我們以數(shù)字單脈沖電源信號為切入點進行研究。在對數(shù)字單脈沖的研究基礎(chǔ)上，我們明確并設(shè)計了本次數(shù)字單脈沖電源的主要方案——雙CPU的設(shè)計方案，來得到發(fā)展可以直接用于斬波的信號。本系統(tǒng)還有顯示系統(tǒng)和按鍵控制系統(tǒng)，豐富和改進了電路，使其可以在實際中應(yīng)用。最后我們可以通過分析軟件進行設(shè)計，使整個系統(tǒng)得以最終的實現(xiàn)功能。

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