完整版基于单片机的ATX电源智能检测仪的设计毕业设计40设计41.docx

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完整版基于单片机的ATX电源智能检测仪的设计毕业设计40设计41

基于单片机的ATX电源智能检测仪的设计

基于单片机的ATX电源智能检测仪的设计

摘要

本文主要阐叙了用51单片机实现ATX电源智能检测仪的设计方法。

该智能检测仪是对电脑电源的输出电压进行检测，判断其性能好坏的一款产品。

设计思路是利用AD芯片对ATX电源实际输出电压进行采集，通过单片机系统对数据进行处理，并将数据和结果在显示模块显示。

本设计能实现采集ATX电源+5V、+12V、+3.3V几个大功率输出端口的电压，判断ATX电源的的性能。

本产品能很准确的检测出ATX电源的实际带负载能力，为ATX电源实际性能检测提供了有力依据。

关键词

单片机；AD芯片；LCD;ATX电源

TheDesignofATXPowerSupplySmartDetectorBasedMCU

Abstract

Thisarticleillustratesthereclassificationof51MCUwithsmartdetectorATXpowersupplydesign.Thedetectorisinligentcomputerpowersupplyoutputvoltagefortestingtodeterminetheirqualityofaproduct.TheideaofdesignistousetheADchipATXpowersupplyoutputvoltagetotheactualcollection,throughMCUsystemthedataprocessinganddataandresultsinthedisplaymodule.AcquisitionofthisdesigncanachieveATXpowersupply+5V,+12V,+3.3VseveraldetecttheATXpowersupplywiththeactualloadcapacityveryaccuray,providingastrongbasisfortheactualperformancetestoftheATXpowersupply.

Keyword

MCU;ADchip;LCD;ATXpowersupply

引言

电源是电脑能够运行的动力之源，在电脑运行的过程中我们越来越认识到它的重要性。

如果电源性能不佳，轻则机器时不时给你来个反复启动、仿制处于半梦半醒之间，重则让整部机器为此献身。

即使你机器配备的是品质优良的电源，但随着不断地给机器添置新的硬件和外设，这个电源是否还能担当起重任呢？

我们又如何选择合适的电源呢？

打开电源的外壳后一个有经验的用户能够了解电源的工艺水平，但并不能估算出电源输出的实际功率，而且大多数经销商是不会给用户这样的机会的，所以电源的输出功率、各端的最大输出电流等指标通常都标注在电源的铭牌上。

我们怎么知道这些指标是否属实呢？

市场上出现了许许多多的大功率电源，200W——400W的电源到处都是，有杂牌的还有名牌的，面对这么多行行色色的产品，作为消费者，我们到底该如何选择？

很多人只是单纯的用万用表检测下空载情况下电脑电源是否正常，根本不清楚电源的实际负载能力。

市场上很难找到一款检测电脑电源功率的电子产品。

在网上找，费了很大力气才找到深圳的一家公司有类似的产品而且价格昂贵！

针对这种情况，我们很有必要设计个合适的电脑电源检测仪。

目前单片机应用广泛，利用单片机可以设计出一款价格低廉适用性强的检测仪。

它有很大的市场前景，并可以很有力的打击假冒伪劣产品，保护我们消费者的利益。

1.　设计内容及要求

设计一款单片机ATX电源智能检测仪，能检测出ATX电源的输出功率是否达到要求。

具体要求如下：

（1）采样ATX电源+12V、+5V、+3V输出端子在带大功率负载时所能提供的电压，单片机根据这个电压值判断电源输出功率是否符合要求，并在LCD显示模块显示数据和处理后的结果。

（2）采样ATX电源+5VUSB1+5VUSB2输出端子在带小功率负载时所能提供的电压，并在LCD显示模块显示数据和处理后的结果。

（3）ATX电源-12V、-5V用指示灯表示正常与否。

（4）LCD显示模块能对采样的数据及处理后的结果进行循环显示。

2.　整体方案设计和论证

2.1　ATX电源工作原理

检测电脑电源，自然很有必要知道电脑电源的工作原理，以下是对电脑电源的简要介绍：

PC电源的工作流程：

当市电进入电源后，先通过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。

接着通过开关电路把高压直流电转成高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。

最后滤除高频交流部份，这样最后输出供电脑使用的相对纯净的低压直流电。

图２.1　PC电源流程框图

如图2.1PC电源流程框图所示，电源内部的大致流程为：

高压市频交流输入一、二级EMI滤波电路（滤波）→全桥电路整流（整流）+大容量高压滤波电容（滤波）→高压直流→开关三极管→高频率的脉动直流电→开关变压器（变压）→低压高频交流→低压滤波电路（整流、滤波）→稳定的低压直流输出。

开关管的品质直接决定了电源的稳定性，它也是电源中主要的发热元件，拆开电源后看到的主散热片上的两个晶体管就是开关管。

高频开关变压器同样是整个电路中的核心部件，讲究的是铁氧体的效率、磁芯截面积的大小和磁隙的宽度，截面积过小的变压器容易产生磁饱和而无法输出较大的功率，各个绕组的匝数直接影响输出的电压，通常我们无法具体的掌握这些参数，所以无法准确的判断变压器到底能输出多大的功率。

另外，开关变压器的输出端虽然很多，但其中的某些输出端使用的却是相同的绕组，比如+3.3VDC和+5VDC就是这样，所以当+3.3VDC输出最大电流时+5VDC就无法输出很大的电流了，就是由于这个原因我们不能将电源各个输出端的功率进行简单的累加。

在主变压器旁边的两个小变压器也有各自的作用，其中一个将开关电路控制信号进行放大以驱动开关管进行工作，同时还可以将开关管工作的高压区和集成电路工作的低压区进行物理隔离。

另外一个完全是一套独立的小型开关电源，这就是我们所说的待机电路，其输出的电压为电源的主电路供电，同时通过+5VSB端输出到主板来实现唤醒功。

开关电源向电脑提供+5V、+12V、+3.3V、-12V、-5V、+5VUSB1、+5VUSB2七个端口，其中+5V、+12V、+3.3V端口需带的起电脑的大功率负载，才能保证电脑正常运行。

以上介绍了ATX电源的基本工作原理及一些特殊的输出端口。

我们就是要检测这些特殊的端口，来检测ATX电源的实际负载能力。

2.2　整体方案设计与论证

2.2.1　整体方案设计

单片机ATX电源智能检测仪由直流电源模块，单片机模块，数据采集模块，开关模块，负载模块，显示模块几个部分组成。

关系图如下。

图2.2ATX电源智能检测仪设计框图

整体方案简叙:

通过单片机控制开关模块来轮流选通场效应管IRF32055,打开场效应管后,负载开始工作,在打开负载端口的期间，负载会迅速加热。

单片机再控制AD芯片不断的对提供负载工作的端口电压进行采集，并将采集到的模拟值进行处理，然后再把采集到的数据和处理后的结果显示。

2.2.2　整体方案的论证

（1）电源供电

直流电源模块作为给单片机、AD芯片、LED显示提供正常工作

电压的电路，在一般产品的设计中都是不可或缺的，但单片机ATX电源智能检测仪检测的是一个有源器件，而且能提供+5V、+12V的电压，那么我们是否能就只对这个电压进行稳压处理来提供各个模块的正常工作电压呢？

答案是在被检测的ATX电源本身是一个工作在正常状况下可以实现为各个模块提供工作电压，但是当ATX电源在非正常工作状态下或不工作状态下，就会导致ATX电源智能检测仪工作不正常或不工作。

所以直流电源模块是必须的，只有加上了直流电源为各个模块提供正常的工作电压，才能使ATX电源智能检测仪持续稳定的工作。

（2）AD测量范围的处理

由于接触到的AD芯片都只能采样0-5V的电压，那采样12V就不能直接实现，设计通过加分压电路的方法把采样电压降的测量范围以内，在通过但片机内部处理，折算出实际的电压。

（3）采样选择

ATX电源智能检测仪主要是检测ATX电源的带负载能力，看它到底能输出多大的功率，而+5VUSB1、+5VUSB2输出端本身并不是大功率输出端口。

考虑到这些，设计就采用只采样而不做大功率测试的采样方法，把大功率负载换成适当的电阻，在采样检测判断是否能输出相应的电压。

（4）负电压采样

ATX电源输出-12V、-5V两个负电压，由于接触到的AD芯片都只能采样正电压，就拿ADC0809来说如果要输入负电压信号的话，在输入AD之前应该在这个信号上叠加一个合适的正电压信号，使得输入AD的信号全部在0V以上，然后在微处理器的程序中减去叠加上的正电压信号。

如果强行输入负电压信号可能会导致芯片损坏，即使没有损坏，微处理器读到的数据也只有正电压部分是正确的，负电压部分将被认为是0V。

2.3　各模块的介绍

2.3.1　直流电源模块

本设计需向芯片提供+5V电压及+12V电压，用最简单的7812及7805稳压电路即可满足要求。

市电进入后经15V变压器整形滤波后向7812提供输入端。

2.3.2　单片机模块

本设计的核心控制芯片就是单片机,该模块的功能:

实现对系统的控制.单片机种类繁多,应该选择最合适的单片机,要熟练掌握它的功能且灵活应用.本设计选择的是AT89C51。

优点:

控制方便,性能稳定,资源丰富。

AT89C51单片机简介：

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

MCS-51系列单片机的引脚图如下

图2.3MCS-51系列单片机的引脚图

2.3.3　数据采集模块

该模块主要实现对ATX电源输出的电压进行采集，通过该数据判断电源的输出功率是否满足要求。

本模块采用ADC0809芯片实现数据的采集，下面对该芯片进行介绍。

ADC0809是带有8位AD转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

它是逐次逼近式AD转换器，可以和单片机直接接口。

（1）ADC0809的内部逻辑结

图2.4ADC0809的内部逻辑结构图

由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个AD转换器和一个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用AD转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存AD转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

（2）引脚结构

图2.5ADC0809引角图

图2.6实物图

IN0－IN7：

8条模拟量输入通道

ADC0809对输入模拟量要求：

信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在