2013年9月7日

摘要：本設(shè)計(jì)利用PFC控制系統(tǒng)和51單片機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電路系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控和調(diào)整，來(lái)達(dá)到對(duì)電路性能的提升，以保證電路輸出滿(mǎn)足題目要求，負(fù)載電壓誤差不超過(guò)±0.1V,負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率均不超過(guò)0.5%，功率因數(shù)在95%以上。并且能夠使電路在出現(xiàn)過(guò)流時(shí)能系統(tǒng)斷電，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，保證整個(gè)電路系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：PFC控制，單片機(jī)控制，自行校正

1.設(shè)計(jì)任務(wù).... 5

2.設(shè)計(jì)要求.... 5

2.1基本要求... 5

2.2發(fā)揮部分... 5

3.設(shè)計(jì)方案評(píng)定與選擇.... 6

方案一：... 6

方案二：... 6

方案三：... 6

4.單元模塊設(shè)計(jì).... 7

4.1 AC/DC電源模塊... 7

4.2 Boost升壓模塊... 7

4.2.1Boost升壓結(jié)構(gòu)特性分析... 7

4.2.2 樣機(jī)電路設(shè)計(jì)... 9

4.2.3儲(chǔ)能電感L. 10

4.2.4 輸出電壓取樣電阻R1、R2. 11

4.2.5 開(kāi)關(guān)S. 11

4.2.6 輸出二極管D和輸出電容器C2. 11

4.2.7 外補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)... 11

4.2.8 斜坡補(bǔ)償... 12

4.3 功率因數(shù)校正模塊... 14

4.4 功率因數(shù)測(cè)量模塊... 14

4.5 電路保護(hù)模塊... 15

4.6 89C54單片機(jī)控制模塊... 15

4.7 LCD液晶顯示模塊... 15

4.7.1液晶顯示原理... 15

4.7.2引腳功能說(shuō)明... 16

4.7.3 1602液晶模塊的指令（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）... 16

4.8 直流電源供電模塊... 17

5.程序設(shè)計(jì).... 17

6.系統(tǒng)調(diào)試與分析.... 18

6.1測(cè)試儀器：... 18

6.2 硬件調(diào)試... 18

6.3 軟件調(diào)試... 18

6.4 軟硬聯(lián)調(diào)... 19

6.5結(jié)果分析（系統(tǒng)對(duì)題目完成情況）... 19

7．結(jié)束語(yǔ).... 19

參考文獻(xiàn)：.... 19

附錄一：控制電路.... 20

附錄二：源程序.... 20

單相AC-DC 變換電路（A題）

【本科組】

設(shè)計(jì)并制作如圖1 所示的單相AC-DC變換電路。輸出直流電壓穩(wěn)定在36V，輸出電流額定值為2A。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg

圖1 單相AC-DC 變換電路原理框圖

（1）在輸入交流電壓Us=24V、輸出直流電流Io=2A 條件下，使輸出直流電壓Uo=36V±0.1V。

（2）當(dāng)Us=24V，Io在0.2A～2.0A 范圍內(nèi)變化時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI ≤ 0.5%。

（3）當(dāng)Io=2A，Us在20V～30V 范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓調(diào)整率SU ≤ 0.5%。

（4）設(shè)計(jì)并制作功率因數(shù)測(cè)量電路，實(shí)現(xiàn)AC-DC 變換電路輸入側(cè)功率因數(shù)的測(cè)量，測(cè)量誤差絕對(duì)值不大于0.03。

（5）具有輸出過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流為2.5A±0.2A。

（1）實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，在Us=24V，Io=2A，Uo=36V 條件下，使AC-DC 變換電路交流輸入側(cè)功率因數(shù)不低于0.98。

（2）在Us=24V，Io=2A，Uo=36V條件下，使AC-DC 變換電路效率不低于95%。

（3）能夠根據(jù)設(shè)定自動(dòng)調(diào)整功率因數(shù)，功率因數(shù)調(diào)整范圍不小于0.80~1.00，穩(wěn)態(tài)誤差絕對(duì)值不大于0.03

89C52單片機(jī)控制模塊、LCD液晶顯示模塊、按鍵控制模塊、直流電源供電模塊組成。在本設(shè)計(jì)中，核心采用PFC校正技術(shù)，因此重點(diǎn)對(duì)PFC控制方案的選取進(jìn)行論證。

方案一：使用PWM斬波后利用高頻變壓器隔離升壓的方案。該方案電路原理簡(jiǎn)單，所需元器件少，方便焊接。但由于高頻變壓器的加工設(shè)計(jì)等問(wèn)題，改進(jìn)難度大，使用受到限制，而且其電壓需要高頻整流濾波，電壓毛刺較大，精度低，所以不用該方案。

方案二：選用TI公司的UC3854。UC3854封裝引腳多，從而導(dǎo)致應(yīng)用電路復(fù)雜，線路之間的干擾較大，因此產(chǎn)品的噪聲較大。對(duì)焊接工藝要求較高，而且調(diào)試電路的難度較大。UC3854 組成的PFC 電路還需要調(diào)節(jié)電壓放大器電流、放大器和乘法器。

方案三：采用帶PFC的Boost型DC—DC升壓器。該電路有專(zhuān)用的控制芯片，容易實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)采用PFC功率因數(shù)校正技術(shù)，功耗低，輸出電壓范圍寬。輸出電壓波形中毛刺也比方案一要小。選用TI公司的UCC28019。UCC28019交流輸入市電電流總諧波畸變率低，功率校正因數(shù)高，抗干擾能力強(qiáng)，封裝引腳較少，PFC控制部分電路相對(duì)簡(jiǎn)單。只需調(diào)節(jié)一個(gè)放大器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)即可, 高壓起動(dòng)源直接接在高壓輸入端，光耦直接接到IC 的端子，不再處理放大器的補(bǔ)償，前沿消隱做在IC 內(nèi)部，IC 外部只有電流取樣。這樣的做法使設(shè)計(jì)的步驟減少了。

綜合比較，選擇方案三。

由于MOSFET管工作時(shí)頻繁的開(kāi)關(guān)，因此對(duì)電路的干擾較大，在整流電路前加入EMI濾波電路，從而達(dá)到降低噪聲的作用。設(shè)計(jì)中還加入了壓敏電阻VAR1,當(dāng)電路中回路電流過(guò)大時(shí)，壓敏電阻VAR1閉合保險(xiǎn)絲F1熔斷從而達(dá)到保護(hù)電路的目的。當(dāng)輸入為220V交流電壓時(shí)，首先經(jīng)過(guò)隔離變壓器降至18V左右交流電壓。再經(jīng)過(guò)保護(hù)和濾波后輸出端接入整流橋，整流部分選用了全波橋式整流電路，輸出為直流電壓。在選擇二極管時(shí)，其額定正向電流必須大于流過(guò)它的平均電流ID，其反向擊穿電壓必須大于它兩端承受的最大反向電壓VRM 。由此確定整流二極管的參數(shù)。

利用上述特點(diǎn)，按自耦變壓器、隔離變壓器和橋式整流器的順序?qū)⑷�者連接起來(lái)，就夠成了一個(gè)可調(diào)、濾波、安全的AC/DC降壓模塊，如圖3所示。

圖3       AC/DC降壓模塊

4.2.1Boost升壓結(jié)構(gòu)特性分析  

Boost升壓電路，可以工作在電流斷續(xù)工作模式(DCM)和電流連續(xù)工作模式(CCM)。CCM工作模式適合大功率輸出電路，考慮到負(fù)載達(dá)到10％以上時(shí)，電感電流需保持連續(xù)狀態(tài)，因此，按CCM工作模式來(lái)進(jìn)行特性分析。Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)升壓電路基本波形如圖3所示

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg

圖4   Boost升壓電路基本波形

式中：Vs為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的壓降和電流取樣電阻Rs上的壓降之和，約0.6~0.9V。
    toff時(shí)，開(kāi)關(guān)管S截止，二極管D處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲(chǔ)存在電感L中的能量提供給輸出，流經(jīng)電感L和二極管D的電流處于減少狀態(tài)，設(shè)二極管D的正向電壓為Vf，toff時(shí)，電感L兩端的電壓為Vo+Vf-Vi，電流的減少部分△ILoff滿(mǎn)足式(2)。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif               file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif(2)
式中：Vf為整流二極管正向壓降，快恢復(fù)二極管約0.8V，肖特基二極管約0.5V。
    在電路穩(wěn)定狀態(tài)下，即從電流連續(xù)后到最大輸出時(shí)，△ILon=△ILoFf，由式(1)和(2)可得

因占空比f(wàn)ile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif，即最大占空比f(wàn)ile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.gif

如果忽略電感損耗，電感輸入功率等于輸出功率，即

由式(4)和式(5)得電感器平均電流

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.gif                   (6)

同時(shí)由式(1)得電感器電流紋波

式中：f為開(kāi)關(guān)頻率。為保證電流連續(xù)，電感電流應(yīng)滿(mǎn)足

考慮到式(6)、式(7)和式(8)，可得到滿(mǎn)足電流連續(xù)情況下的電感值為

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image034.gif                  (9)
另外，由Boost升壓電路結(jié)構(gòu)可知，開(kāi)關(guān)管電流峰值Is(max)=二極管電流峰值Id(max)=電感器電流峰值ILP，

開(kāi)關(guān)管耐壓  file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image038.gif           (11)

二極管反向耐壓file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image040.gif            (12)

樣機(jī)的電路圖如圖2所示，是基于UCC28019控制的升壓式DC／DC變換器。電路的技術(shù)指標(biāo)為：輸入Vi=18V，輸出Vo=30V、Io=2A，頻率f≈49 kHz，輸出紋波噪聲1％。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，結(jié)合Boost電路結(jié)構(gòu)的定性分析，對(duì)圖5的樣機(jī)電路設(shè)計(jì)與關(guān)鍵參數(shù)的選擇進(jìn)行具體的說(shuō)明。

   file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image042.jpg

圖5   Boost升壓模塊

4.2.3儲(chǔ)能電感L
根據(jù)輸入電壓和輸出電壓確定最大占空比。由式(4)得

DMAX≈file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image044.gif＝file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image046.gif=0.4當(dāng)輸出最大負(fù)載時(shí)至少應(yīng)滿(mǎn)足電路工作在CCM模式下，即必須滿(mǎn)足式(9)，

因UCC28019的腳2為誤差放大器反向輸入端，芯片內(nèi)正向輸入端為基準(zhǔn)2.5v，可知輸出電壓Vo=2.5(1+R1／R2)，根據(jù)輸出電壓可確定取樣電阻R1、R2的取值。由于儲(chǔ)能電感的作用，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)會(huì)形成大的尖峰電流，在檢測(cè)電阻Rs上產(chǎn)生一個(gè)尖峰脈沖，為防止造成UC3842的誤動(dòng)作，在Rs取樣點(diǎn)到UC3842的腳3間加入R、C濾波電路，R、C時(shí)間常數(shù)約等于電流尖峰的持續(xù)時(shí)間。
4.2.5 開(kāi)關(guān)管S
開(kāi)關(guān)管的電流峰值由式(10)得
Iv(max)=ILP=4.17A
開(kāi)關(guān)管的耐壓由式(11)得
Vds(off)=Vo+Vf=30+0.8=30.8V
按20％的余量，可選用6A／50V以上的開(kāi)關(guān)管。為使溫升較低，應(yīng)選用Rds較小的MOS開(kāi)關(guān)管，要考慮的是通態(tài)電阻Rds會(huì)隨PN結(jié)溫度T1的升高而增大。
下圖為實(shí)測(cè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)電壓波形和電流瞬態(tài)波形圖如圖6所示。

圖6   實(shí)測(cè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)電壓波形和電流瞬態(tài)波形圖

升壓電路中輸出二極管D必須承受和輸出電壓值相等的反向電壓，并傳導(dǎo)負(fù)載所需的最大電流。二極管的峰值電流Id(max)=ILP=5.11A，本電路可選用6A／50V以上的快恢復(fù)二極管，若采用正向壓降低的肖特基二極管，整個(gè)電路的效率將得到提高。輸出電容C2的選定取決于對(duì)輸出紋波電壓的要求，紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻ESR有關(guān)，電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。電容的ESR<△Vo/△IL=30x1％/1.33=0.22Ω。另外，為滿(mǎn)足輸出紋波電壓相對(duì)值的要求，濾波電容量應(yīng)滿(mǎn)足

根據(jù)計(jì)算出的ESR值和容量值選擇電容器，由于低溫時(shí)ESR值增大，故應(yīng)按低溫下的ESR來(lái)選擇電容，因此，選用1000μF／50V以上頻率特性好的電解電容可滿(mǎn)足要求。
4.2.7 外補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
   UCC28019誤差放大器的輸出端腳l與反相輸入端腳2之間外接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Rf、Cf。 Rf、Cf的取值取決于UCC28019環(huán)路電壓增益、額定輸出電流和輸出電容，通過(guò)改變Rf、Cf的值可改變放大器閉環(huán)增益和頻響。為使環(huán)路得到最佳補(bǔ)償，可測(cè)試環(huán)路的穩(wěn)定度，測(cè)量Io脈動(dòng)時(shí)輸出電壓Vo的瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)加以判斷。
     圖7為Cf選用0.0lμF和470pF時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制波形的區(qū)別，上沖下降幅度和復(fù)位時(shí)間都有差別。

圖7  Cf選用0.0lμF和470pF時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制波形

在實(shí)用電路中，增加斜坡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，一般有二種方法，一是從斜坡端腳4接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Rx、Cx至誤差放大器反相輸入端腳2，使誤差放大器輸出為斜坡?tīng)睿�再與Rs上感應(yīng)的電壓比較。二是從斜坡端腳4接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Rx、Cx到電流感應(yīng)端腳3，將在Rs的感應(yīng)電壓上增加斜坡的斜率，再與平滑的誤差電壓進(jìn)行比較，作用是防止諧波振蕩現(xiàn)象，避免UC3842工作不穩(wěn)定，同時(shí)改善電流型控制開(kāi)關(guān)電壓的噪聲特性。本文采用方法二。
4.3 功率因數(shù)校正模塊

該系統(tǒng)（如圖7所示）采用有源功率因數(shù)校正，可改善電源輸入功率因數(shù)，減小輸入電流諧波。其主要實(shí)現(xiàn)方式有2 種：(1)兩級(jí)PFC技術(shù)，即在整流濾波和DC／DC功率級(jí)之間加入有源PFC電路為前置級(jí)，用于提高功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)DC／DC級(jí)輸入的預(yù)穩(wěn)，該技術(shù)一般用于較大功率輸出場(chǎng)合；(2)單級(jí)PFC技術(shù)，即將PFC級(jí)與DC／DC級(jí)中的元件共用，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制，通常共用器件為MOSFET。該方式設(shè)計(jì)與優(yōu)化尤為重要，適用于小功率應(yīng)用。

有源功率因數(shù)校正的控制方式又可根據(jù)電感電流是否連續(xù)分為平均電流型控制、CCM／DCM邊界控制和電流箝位控制模式。其中CCM／DCM邊界控制 Boost PFC是一種滯后控制技術(shù)，其上限為正弦基準(zhǔn)電流，由輸出檢測(cè)信號(hào)經(jīng)誤差放大后與輸入全波電壓檢測(cè)信號(hào)相乘得到，下限為零。具體工作過(guò)程為：檢測(cè)電感電流并與正弦電流基準(zhǔn)信號(hào)相比較，當(dāng)電感電流達(dá)到該基準(zhǔn)時(shí)，關(guān)斷開(kāi)關(guān)：當(dāng)電感電流為零則再次導(dǎo)通，使電感電流為臨界電流工作狀態(tài)。即CCM／DCM邊界，可消除二極管的反向恢復(fù)損耗，大大減小主開(kāi)關(guān)的非零電壓導(dǎo)通損耗。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，使用專(zhuān)用器件的外圍元件數(shù)量少。運(yùn)用Boost電路的PFC，在 CCM模式下輸入電流畸變小且易于濾波，開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力也小，可以處理較大的功率并保持較高的效率。

這里選用CCM模式PFC控制器UCC28019實(shí)現(xiàn)最終的功率因數(shù)校正。該器件采用軟啟動(dòng)機(jī)制，動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好，結(jié)合外圍電路可實(shí)現(xiàn)輸入欠壓保護(hù)，開(kāi)環(huán)保護(hù)，輸出過(guò)壓保護(hù)，軟過(guò)流控制(SOC)和峰值電流限制等功能。系統(tǒng)輸出電壓由該器件VSENSE引腳所接分壓電阻與其內(nèi)部+5 V的基準(zhǔn)決定。由公式  file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image062.gif可得，通過(guò)調(diào)節(jié)分壓電阻的比率實(shí)現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字可調(diào)。

PFC控制部分的電路設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄1，芯片管腳3電流信號(hào)的采集通常采用串聯(lián)一個(gè)電阻，這種方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，開(kāi)關(guān)電流通過(guò)MOSFET開(kāi)關(guān)源串連的分路電阻轉(zhuǎn)換為一個(gè)電壓。該分壓電阻從源極（地）連接到輸入整流器返回引腳3。這種檢測(cè)電流的方法會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓，這對(duì)于IC而言并不理想，但方案容易實(shí)現(xiàn)，所以本方案采用串聯(lián)一個(gè)電阻。

經(jīng)計(jì)算file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image064.gif ，本方案用0.05file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image066.gif。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image068.gif

圖7  功率因數(shù)校正框架

變壓器副邊處通過(guò)電流互感器和電壓互感器取樣交流信號(hào)，然后經(jīng)雙路比較器LM393整形后利用等精度法測(cè)量相位差，得到系統(tǒng)功率因數(shù)。LM393的整形電路如圖8所示。

根據(jù)公式file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image070.gif進(jìn)行編程，即可算出功率因數(shù)。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image072.jpg

圖8  功率因數(shù)測(cè)量模塊

圖9  繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖

繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖9所示，如果輸入信號(hào)為低電平，三極管的基極就會(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而斷電保護(hù)。繼電器的輸出端并聯(lián)100Ω的電阻和6800pF的電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。每個(gè)繼電器都有一對(duì)常開(kāi)常閉的觸點(diǎn)，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。

液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。

指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。

指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。

指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。

指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。

指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。

指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)

為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。

指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。

指令8：DDRAM地址設(shè)置。

指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。

指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。

指令11：讀數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)測(cè)量輸出電壓、電流電路圖如圖5所示，該電路采用霍耳傳感器采集電流信號(hào)，提高了采集信號(hào)的精度，減小了測(cè)量誤差。單片機(jī)內(nèi)部具有D/A轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)編程即可將輸出電壓、電流顯示在LCD上。

電源按功能分為主電源模塊和輔助電源模塊兩類(lèi)。主電源由變壓部分、濾波部分和穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供高電壓或者大電流，確保電路的正常穩(wěn)定的工作。這部分電路由自耦變壓器、隔離變壓器和整流橋組成。輔助電源是控制電路、驅(qū)動(dòng)電路的電源。其作用是給控制電路、驅(qū)動(dòng)電路提供穩(wěn)定的低壓穩(wěn)壓電源。要求能輸出12V、5V的穩(wěn)壓直流電。

程序功能設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)采用相位差測(cè)量法，即分別對(duì)變壓器副邊檢測(cè)的電壓、電流信號(hào)先經(jīng)比較器整形，然后通過(guò)計(jì)算得到電壓電流的相位差，再進(jìn)行余弦運(yùn)算，即可得到系統(tǒng)的功率因數(shù)。負(fù)載端輸出電壓、電流經(jīng)采樣得到系統(tǒng)視在功率。根據(jù)P=S×COSQ=S2-P2(Q表示無(wú)功功率)計(jì)算電源的有功功率、無(wú)功功率等參數(shù)。具體算法見(jiàn)圖10。該方法易于操作，而且通過(guò)等精度法測(cè)相，可達(dá)到很高精度，從而能很好滿(mǎn)足系統(tǒng)要求（程序見(jiàn)附錄）。

(1)數(shù)字萬(wàn)用表

(2)雙蹤示波器GOS—6051(50MHz)

(3)失真度測(cè)試儀

與硬件相比，軟件的調(diào)試麻煩的多了，對(duì)輸出電壓采樣顯示來(lái)說(shuō)，為了達(dá)到一定的準(zhǔn)確度好多的參數(shù)需要校準(zhǔn)，將采樣值轉(zhuǎn)換為實(shí)際的電壓值時(shí)，其結(jié)果與ADC的參考電壓與硬件電路的放大比率值有直接關(guān)系，雖然參考電壓的值在數(shù)據(jù)手冊(cè)已經(jīng)給定了但實(shí)際的參考電壓與數(shù)據(jù)手冊(cè)上有一定的差距，信號(hào)調(diào)理電路的放大比例也可以通過(guò)計(jì)算得到但元件的容差會(huì)使其不準(zhǔn)確，而且這兩個(gè)量是獨(dú)立的沒(méi)有聯(lián)系，所以要在兩者之間權(quán)衡，根據(jù)多次的調(diào)試校準(zhǔn)，獲得相對(duì)準(zhǔn)確的值，具體的值在附件程序里見(jiàn)。調(diào)試功率因數(shù)檢測(cè)時(shí)首先觀察程序能不能進(jìn)入外部中斷服務(wù)程序，其實(shí)只要硬件做好了，這一點(diǎn)問(wèn)題也沒(méi)有，實(shí)際上也是這樣的，程序能夠進(jìn)入中斷服務(wù)程序，然而在顯示器上卻看不到結(jié)果，顯示的只有亂碼，后來(lái)在線仿真可以看到在數(shù)據(jù)緩存時(shí)出了錯(cuò)，在C54中sfr16 是定義一個(gè)寄存器變量，但必須是連續(xù)的兩字節(jié)才能這樣，然而定時(shí)器0的高低字節(jié)不是連續(xù)的所以把高字節(jié)的值沒(méi)有緩存，修改后就好了但顯示的數(shù)據(jù)一直在跳動(dòng)，后來(lái)才知道計(jì)數(shù)值緩存后沒(méi)有清零，修改后就好了

⑥在人為改變電路，導(dǎo)致功率因數(shù)下降時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)校正功率因數(shù)，來(lái)提高功率因數(shù)值，但未達(dá)到題目的要求。

[1] 毛興武等. 功率因數(shù)校正原理與控制IC及其應(yīng)用設(shè)計(jì)－北京：中國(guó)電力出版社，2007