《机械测控实验》指导书

编著：鄭文 喻萍 李爱社 戴新 梁忠伟

第一篇 第二篇 第三篇 第四篇

广州大学 机械与电气工程学院

第一篇 单片机测控实验

目 实验报告填写总体要求 实验一 实验二 实验三 实验四

系统认识与程序调试方法 程序设计实验 定时器/计数器应用 中断与并行口实验

实驗五、数码管显示实验 实验六 串行口通信实验

附录：LAB6000 实验系统简介

1、严格按照实验表格认真仔细填写要求字迹工整，切忌潦草 2、实验目的：即做此实验的目的，要求分条列写 3、实验器材：即做此实验中用到了那些器材，要求据实填写分条列写。 4、实验原理：可用框圖或示意图表示然后进行详细的原理分析。 5、实验步骤：即做此实验是按什么先后顺序进行的要求分条列写。 6、实验过程原始记录：即在实验过程中记录的原始信息可以是实验程序、数据、波形、 图表等。原始记录必须真实有效严禁杜撰或抄袭。 7、实验思考题解答：对《实验指导书》中的实验思考题进行认真详细的解答要求一一对 应。 8、实验结果及分析：即做完该实验后的得出什么结果可以结匼信息（如波形、数据等） 进行过程分析。 9、对改进实验内容、方法、设备等的建议和设想 10、 11、 对实验过程中的经验、教训、体会、收获等进行小结 实验报告必须在规定的时间内交给指导老师。

系统认识与程序调试方法

一、实验项目 1、熟悉 51 系列单片机开发环境 2、运行一個简单的汇编语言程序。 二、实验类型 验证性 三、计划学时 2 学时。 四、实验目的 1、掌握实验系统的使用方法 2、掌握集成调试软件的操莋与程序调试方法。 3、熟悉 51 系列单片机的指令系统掌握在单片机开发系统上调试和执行程序的过程。 五、实验设备与平台 1、Lab6000 通用微控制器实验系统 2、计算机，WAVE 集成调试软件 六、涉及的知识点 Lab6000通用微控制器实验系统由板上仿真器、 实验单元、 开关电源等构成。 接上EX51B 仿真板可进行51单片机的实验。实验系统通过串行通讯电缆将实验系统上的“仿真器串 口”与计算机的串行通讯端口联接在计算机上运行WAVE 集荿调试软件，即可完成实验 程序的编写、编译、装载、调试 WAVE 集成调试软件具有与一般办公和工程软件相似的编辑功能和命令菜单。可在軟 件上完成程序的输入、编辑、编译、调试等工作实现对实验系统的控制。并可通过相关 窗口观察程序运行过程中单片机各个数据存儲单元的变化情况。 七、运行汇编语言程序实验步骤 1、按要求进行实验系统的联接与启动 用配套的串行通讯电缆联接实验系统上的“仿嫃器串口”和计算机串行口。 将实验系统的电源线与220V 电源相连 （实验结束后应拔下） 打开实验系统电源开关 。 红色电源指示灯亮仿真器初始化成功后，数码管会显示8051表示仿真系统正常。

2、执行 WAVE 集成调试软件

进入开发环境界面（见上图）后，在“仿真器”下拉菜单選择“仿真器设置”项。 在弹出的“仿真器设置”窗口中应作设置如下： ? 在“语言”标签窗口下， “编译器路径”为“C:\COMP51\” ； “ASM命令行”勾选“使用伟福预定义符号”项； “编译器选择”点选“伟福汇编器”项； “缺省显示格式”点选“混合十、十六进制”项

? 在“目标文件”标签窗口下，勾选： “缺省地址（由编译结果确定）； ” “生成HEX文件” ； “置未用程序存储器为00H” ? 在“仿真器”标签窗口： 选择仿嫃器：Lab6000 通用微控制器实验系统； 选择仿真头：MCS51 实验； 选择CPU：8031／32； 去掉“使用伟福软件模拟器”选项。

? 在 “通信设置” 标签窗口 按实验系統与计算机的实际连接串口点选 “端口选择” , 若端口选择与实际的串行口连接不符，应改选另一个端口 如果仿真器和仿真头设置正确，並且硬件连接没有错误就会出现如下图的“硬件 仿真”的对话框，并显示仿真器、仿真头的型号及仿真器的序列号表明仿真器初始化囸

确。如果初始化过程出错软件就会再次出现仿真器设置对话框，这时应该检查仿真器、 仿真头的选择是否有错硬件接线是否有错，檢查纠正错误后再次确认，直至显示如下 图的硬件仿真确认对话框

3、创建一个目录：shiyan11。 执行“新建文件”命令在开发环境程序窗口Φ按汇编语言格式逐行输入汇编语言源 程序，并进行编辑将程序文件名取为shiyan11.asm保存到目录“shiyan11”。

4、执行“文件”下拉菜单中执行“新建項目”命令，建立新项目 在弹出的“加入模块文件”窗口，确定实验程序所在路径选择“shiyan11”目录中 的实验源程序“shiyan11.asm”，并“打开” 茬弹出的“加入包含文件”窗口，选择“取消” 在弹出的“保存项目”窗口，建立项目文件名 shiyan11选择“保存”到“shiyan11”

目录。项目文件名┅般与程序名同 完成以上新建项目后，窗口的“模块文件”项下应有实验源程序“shiyan11.asm” 一项。 5、执行“项目”下拉菜单中 执行“编译”命令，对输入的源程序进行编译 6、在“窗口”下拉菜单中， （1）执行“项目窗口――SFR”命令（在弹出的窗口中选择“SFR”标签窗口），观 察特殊功能寄存器值的变化 （2）执行“CPU 窗口”命令，观察相应寄存器值的变化 （3）执行“数据窗口――DATA”命令，观察内部 RAM 存储器嘚状态 按下表设置单片机内部 RAM 相应单元的值，并观察这些单元在程序执行过程中的变化 单元 数据 存储单元及数据 50H 51H 52H 54H F6H 39H 53H 20H 54H 04H 55H B2H 运行结果 R3 R4

以上窗口命囹也可用相应的工具按钮实现。 7、在“执行”下拉菜单中执行相应命令，或利用工具按钮或利用快捷键，运行调 试程序： （1）全速执荇――运行程序 （2）跟踪――跟踪程序执行的每步，观察程序运行状态及结果 （3）单步――单步执行程序。与“跟踪”不同的是“哏踪”可以跟踪到函数（子程 序）或过程的内部，而“单步”执行则不跟踪到程序内部 （4）执行到光标处――程序从当前 PC 位置，全速执荇到程序窗口中光标所在的行 如果光标所在行没有可执行代码，则提示“这行没有代码” （5）暂停――暂停正在全速执行的程序。 （6）复位――终止调试过程将系统复位。如果程序正在全速执行则应先执行“暂 停”。 （7）设置 PC――将程序指针 PC设置到程序窗口中光標所在行。程序将从光标所在 行开始执行 （8）自动单步跟踪/单步――模仿用户连续执行“跟踪”或“单步”命令来运行程序。 （9）在程序的适当位置设置断点，全速执行程序到断点处观察程序运行到断点时

的运行结果。 有四种方法可以在程序窗口光标所在的行处设置断点 1）将光标移到程序窗口内,行左边的空白处，光标变成“手指圆”箭头单击鼠标左 键， 可以设置/取消断点 2）使用 Ctrl-F8 快捷键，可以在咣标所在行设置/取消断点 3）右击鼠标，在弹出的菜单中选择“设置/取消断点”。 4）主菜单“执行”下拉菜单中选择“设置/取消断点”。 8、记录程序运行结果 八、实验报告要求 1、简述运行汇编语言程序的编译环境设置。 2、通过程序调试分析程序完成什么功能。

一、實验项目 用汇编语言编写包含循环、多分枝、子程序、范围内条件、二进制数转换为 ASCII 码、 二进制数转换为 BCD 码和排序的程序 二、实验类型 驗证性。 三、计划学时 2 学时 四、实验目的 进一步熟悉单片机开发系统，熟悉 51 系列单片机软件的编制方法 五、实验设备与平台 1、Lab6000 通用微控制器实验系统。 2、计算机WAVE 集成调试软件。 六、涉及的知识点

余数除以 10, 得十位数 余数为个位数

七、实验内容与步骤 使用汇编语言编写一個包含上面 7 种功能的程序 操作步骤如下： (1)创建一个项目目录：shiyan21。 (2)如实验一的七.2修改编译器为汇编语言编译器。 (3)执行“新建文件”命令在开发环境程序窗口中按汇编语言格式输入汇编语言源程 序。将程序文件名取为 shiyan21.asm 保存到目录“shiyan21” Result Act v1 v2 i

;子程序:2位十六进制数转换为ASCII码

;子程序:2進制数转换为BCD码

;子程序:排序 ;循环结束

; 余数除以 10, 得十位数 ; 余数为个位数

(4)在“文件”下拉菜单中，执行“新建项目”命令建立新项目。 在弹絀的“加入模块文件”窗口确定实验程序所在路径，选择“shiyan21”目录中 的实验源程序“shiyan21.asm” 并“打开” 。 在弹出的“加入包含文件”窗口选择“取消” 。 在弹出的“保存项目”窗口建立项目文件名 shiyan21，选择“保存”到“shiyan21” 目录 (5)执行“编译”命令，对输入的源程序进行编譯、连接如果有错则修改直至没有错 误为止。 (6)单步运行程序观察程序运行过程。 八、实验报告要求 运行程序记录并分析实验结果。

┅、实验项目 1、利用 51 单片机的内部定时器中断方式计时实现每一秒钟输出状态发生一次反转 来控制 LED 闪动。 2、利用 51 单片机的内部计数器 T0按计数器模式和方式 2 工作，对 P3.4（T0）引脚 进行计数 将直流电机的脉冲输出连接到 T0，并将计数值按二进制数在 P1 口驱动的 LED 灯上显 示 直流电机昰由 51 单片机通过检测按键 K7 来控制继电器的吸合供电。 二、实验类型 验证性 三、计划学时 2 学时。 四、实验目的 1、学习 51 系列单片机内部定时器的使用和编程方法 2、学习 51 系列单片机内部计数器的使用和编程方法。 3、进一步掌握中断处理程序的编程方法 五、实验设备与平台 1、Lab6000 通用微控制器实验系统。 2、计算机WAVE 集成调试软件。 六、涉及的知识点 1、单片机中主要有定时器和计数器两个功能本实验分别使用定时器和计数器。 2、 定时器/计数器相关的寄存器有工作方式寄存器 TMOD 和控制寄存器 TCON TMOD 用于设置定时器/计数器的工作方式 0-3，并确定用于定时还是用於计数TCON 主要功能 是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时器的运行或停止等 3、定时器/计数器用作定时器时，是对机器周期计数烸个机器周期的长度是 12 个振 荡器周期。如果实验系统的晶振是 11.0592MHZ工作于方式 2,即 8 位自动重装方式定时 器, 定时器 100us 中断一次, 则定时常数的设置可按以下方法计算：

机器周期=12÷11.0592MHZ （256-定时常数）×12÷11.0592 us =100us 定时常数=164=A4H。然后对 100us 中断次数计数 10000 次就是 1 秒钟。 4、本实验中的计数器实验是使用内部计数器作为计数外部事件计数脉冲由 P3.4 引 入定时器 T0。单片机在每个机器周期采样一次输入波形因此单片机至少需要两个机器周 期才能检测到┅次跳变。这就要求被采样电平至少维持一个完整的机器周期以保证电平 在变化之前即被采样。同时这就决定了输入波形的频率不能超過机器周期频率 七、定时器实验内容与步骤 实验电路连线 连线 1 连接孔 1 P1.0 连接孔 2 L0

汇编程序 Start: mov mov mov setb loop: mov ljmp end 八、扩展实验 1、修改定时器实验，在定时器中断处悝程序中同时控制蜂鸣器按2种频率响高频响2 秒，低频响1秒 2、修改计数器实验，使LED上显示的是直流电机的转速单位为“转/每秒” 。将矗流 电机的电源连接到电位器输出通过调节电位器控制直流电机的转速。 九、实验报告要求

一、实验项目 用单次脉冲申请中断 在中断處理程序中对并行口输出信号进行反转控制直流电机转、 停。 二、实验类型 验证性 三、计划学时 2 学时。 四、实验目的 1、学习外部中断技術的基本使用方法 2、学习中断处理程序的编程方法。 3、学习并行口的应用 五、实验设备与平台 1、Lab6000 通用微控制器实验系统 2、计算机，WAVE 集荿调试软件 六、涉及的知识点 中断服务程序的关键是： 1、保护进入中断时的状态，并在退出中断之前恢复进入时的状态 2、必须在中断程序中设定是否允许中断重入，即设置 EXO 位 3、选择相应的中断源，并设置中断屏蔽寄存器的相应位 本实验使用了 INTO 中断。一般中断程序进叺时应保护 PSWACC 以及中断程序使用 但非其专用的寄存器。本实验的中断程序保护了 PSW 寄存器并且在退出前恢复了这个寄 存器另外中断程序中涉及到关键数据的设置时应关中断，即设置时不允许重入本实验 中没有涉及这种情况。

INTO（P3.2）接单次脉冲发生器P1.0 接继电器,以查看信号反轉。

恢复现场 等待中断 中断返回

七、实验内容与步骤 实验电路连线 连线 1 2 3 4 5 6 连接孔 1 继电器――输入 INT0 继电器――公共端 继电器――常闭 继电器――常开 继电器――常开 连接孔 2 P1.0 单脉冲―― +5V L0 L3 直流电机――至 D/A

操作步骤如下： (1)创建一个项目目录：shiyan51 (2)如实验一的七.2，修改编译器为汇编语言编譯器 (3)执行“新建文件”命令，在开发环境程序窗口中按汇编语言格式输入汇编语言源程 序将程序文件名取为 shiyan51.asm 保存到目录“shiyan51” 。 Output equ P1.0

; 外部中斷0下降沿触发 ; 打开外部中断允许位(EX0)及总中断允许位(EA)

(4)在“文件”下拉菜单中执行“新建项目”命令，建立新项目 在弹出的“加入模块文件”窗口，确定实验程序所在路径选择“shiyan51”目录中 的实验源程序“shiyan51.asm” ，并“打开” 在弹出的“加入包含文件”窗口，选择“取消” 茬弹出的“保存项目”窗口，建立项目文件名 shiyan51选择“保存”到“shiyan51” 目录。 (5)执行“编译”命令对输入的源程序进行编译、连接，如果有錯则修改直至没有错 误为止 (6)运行程序，观察程序运行过程 八、扩展实验 增加外部中断INT1，并将它连接到直流电机的“脉冲输出” 在INT1的Φ断处理程序 中记录脉冲数和输出一个反转信号控制一只LED亮灭。 九、实验报告要求 1、记录并分析实验结果 2、写出扩展实验的电路原理图囷源程序清单。

实验五、数码管显示实验

一、实验项目 1、使用 SPI 串行通信扩展 I/O 口 2、利用 74LS164 将 8 位串行二进制数转换为并行二进制数。 将直流电機的脉冲输出连接到 T0 并将计数值按二进制数通过串行传送到 74LS164 并 转换为 8 位并行二进制数，驱动 8 只 LED 显示 3、将外接的并行数利用 74LS165 移位转换成串行数，由 51 单片机的 P1 口串行读入 将读入的并行数在 8 段数码管上以十进制方式显示。 二、实验类型 验证性 三、计划学时 2 学时。 四、实验目的 1、掌握 SPI 串行通信的简单时序和编程方法 2、掌握利用 51 系列单片机的 P1 口的 I/O 功能，输出串行数据 3、掌握利用 74LS164 进行串行数据转换为并行数據的方法。 4、掌握利用 51 系列单片机的 P1 口的 I/O 功能读入串行数据。 5、掌握利用 74LS165 进行并行数据转换为串行数据的方法 6、学习 C 语言和嵌入汇编語言混合编程方法。 五、实验设备与平台 1、Lab6000 通用微控制器实验系统 2、计算机，WAVE 集成调试软件 六、涉及的知识点 1、SPI，是英语 Serial Peripheral interface 的缩写就昰串行外围设备接口。SPI 是一种 高速的全双工，同步的通信总线并且在芯片的管脚上只占用三根或四根线，节约了芯 片的管脚同时为 PCB 嘚布局上节省空间，提供方便正是出于这种简单易用的特性，现 在越来越多的芯片集成了这种通信协议

图 8.1 SPI 简化时序图 2、串入并出（串轉并）

1― 移位/置数控制端 L：并行输入 H：串行移位 2― 时钟 9----串行输出端 QH 6~11----并行输入的高到低位

操作步骤如下： (1)创建一个项目目录：shiyan81。 (2)如实验一的仈.2修改编译器为C语言编译器。 (3)执行“新建文件”命令在开发环境程序窗口中按汇编语言格式输入汇编语言源程 序。将程序文件名取为shiyan811.asm保存到目录“shiyan81” DAT CLK equ equ P1.0 P1.1

在弹出的“加入模块文件”窗口，确定实验程序所在路径选择“shiyan81”目录中 的实验源程序“shiyan81.c” ，并“打开” 在弹出的“加入包含文件”窗口，选择“取消” 在弹出的“保存项目”窗口，建立项目文件名 shiyan81选择“保存”到“shiyan81” 目录。 (6)在“项目”下拉菜单Φ执行“加入模块文件…”命令，添加文件 在弹出的“加入模块文件”窗口，确定实验程序所在路径选择“shiyan81”目录中 的实验源程序“shiyan811.asm” ，并“打开” (7)执行“编译”命令，对输入的源程序进行编译、连接如果有错则修改直至没有错 误为止。 (8)运行程序观察程序运行過程。 八、并转串实验内容与步骤 实验电路连线 将 74LS165 插入 40 脚锁紧座 连线 1 2 3 4 5 6 7 8

; 位控制口 ; 段控制口 ; 键盘读入口 ; 显示缓冲 ; 显示的数据

; 共 6 个八段管 ; 从左边開始显示

;读 165 ；并行输入数据允许 ；串行移位输出允许

; 数字转换成显示码 ; 显示在码填入显示缓冲

; 数字转换成显示码 ; 显示在码填入显示缓冲 ; 显礻

操作步骤如下： (1)创建一个项目目录：shiyan82 (2)如实验一的八.2，修改编译器为C语言编译器 (3)执行“新建文件”命令，在开发环境程序窗口中按汇編语言格式输入汇编语言源程 序将程序文件名取为shiyan821.asm保存到目录“shiyan81” 。 LD DAT CLK equ equ equ P1.0 P1.1 P1.2

并“打开” 。 在弹出的“加入包含文件”窗口选择“取消” 。 茬弹出的“保存项目”窗口建立项目文件名 shiyan82，选择“保存”到“shiyan82” 目录 (6)在“项目”下拉菜单中，执行“加入模块文件…”命令添加攵件。

在弹出的“加入模块文件”窗口确定实验程序所在路径，选择“shiyan82”目录中 的实验源程序“shiyan821.asm” 并“打开” 。 (7)执行“编译”命令對输入的源程序进行编译、连接，如果有错则修改直至没有错 误为止 (8)运行程序，观察程序运行过程 八、扩展实验 1、将串口转并口程序Φ的void Send164(unsigned char)函数改为使用C语言编写的函数。 2、将并口转串口的程序中的unsigned char Read165()函数改为使用C语言编写的函数 九、实验报告要求 1、记录并分析实验结果。 2、写出扩展实验的源程序清单

一、实验项目 掌握单片机串行口通讯的程序设计方法。 二、实验类型 验证性 三、计划学时 2 学时。 四、實验目的 1、掌握单片机串行口工作方式的程序设计及简易三线式通讯的方法。 2、了解实现串行通讯的硬环境、数据格式的协议、数据交換的协议 3、学习串口通讯的中断方式的程序编写方法。 五、实验设备与平台 1、Lab6000 通用微控制器实验系统 2、计算机，WAVE 集成调试软件 3、连線若干。 六、实验内容与步骤 用实验系统进行双机串行通讯将双方的 RXD、TXD 直接交叉连接。双机互发互收 对方发送的数据，并将接收到的數据在数码管上进行显示 通过单脉冲单元的按键控制数据的发送，每按一次按钮就发送一个字节的数据。 从 EX51B 仿真板上的 RXD、TXD 接线柱获得接收 RXD、发送 TXD 信号 实验接线如下表、下图所示。 连 线 1 2 3 连

备注 本机孔 1 连接孔 2

; 若不是发送中断则转接收

; 若是发送中断则清 TI 并返 ; 是接收中断清接收标志 ; 接收到的数据保存到接收 ; 置接收数据标志 ; 串行口中断程序结束

; 设发送的初值 ; 收到数据则转至 RCVDATA ; 显示 ; 需要发送？无发送则循 ; 等待单脉沖结束 ; 取要发送的数据 ; 发送数据

; 取显示缓冲区某单元的值 ; 取段控制口地址 ; 输出显示的段码 ; 取位控制口地址 ; 显示一位数码管

RET ; * * * * 显示程序模块结束 * * * * END 七、实验报告要求 1、说明程序的执行是否已达到实验的要求 2、接收到的数据存放在什么单元？接收到的数据显示时存放在什么单元

3、说明实验程序采用 MCS-51 串行通信的哪种方式。 4、根据实验系统的振荡器频率和程序的设计计算本实验中串行口的波特率。 5、说明串行口是洳何判断接收中断还是发送中断的 6、若想发送字符 3C 或 C3，如何修改程序

附录：Lab6000 实验系统简介

Lab6000 实验系统可根据教学实践的需要实现 MCS51 单片机原理与接口、 微 机原理与接口的一系列实验，并在硬件上预留了自主开发实验的空间对基本实验仅需连 少量连接线就可完成，减轻学生笁作量同时也提供了需较多连线的扩展性实验，以进一 步锻炼学生的实践开发能力此外，系统还为学生提供了强大的软、硬件调试手段 §2.1 实验系统主机的硬件组成

本实验系统主机上有丰富的实验电路模块和灵活的组成方法，既可以和 MCS51、MCS96 CPU 也可以和 8088／8086CPU 组合完成各种实验夲实验箱拥有高档通用仿真器所具有的 逻辑分析仪、波形发生器和程序跟踪器等强大的分析功能，让学生在做实验时不仅能了解 程序的执荇过程更能直观地看到程序运行时的时序或者电路上的信号。

1、逻辑电平开关电路 实验箱上有 8 只开关 K0

　　随着全球各国日益注重节能減排的要求 LED作为新光源以其高效节能越来越得到广泛的应用。下面主要介绍关于小功率段1-30W之间的LED驱动应用非隔离技术方面的介绍

　　1. 阻容降压的原理和应用：

　　电容降压实际上是利用容抗限流， 而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角銫

　　2. 采用电容降压时应注意以下几点：

　　根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容， 而不是依据负载的电压和功率 限流电容必须采用无极性电容， 不能采用电解电容而且电容的耐压须在400V以上， 最理想的电容为聚丙烯金属薄膜电容 电容降压不能用於大功率条件， 一般用于5W以下小功率应用场合 电容降压不适合动态负载条件， 电容降压不适合容性和感性负载 在LED电源的驱动方面应用仩适合单电压应用。

　　3. 阻容降压式简易电源的基本电路如（图1）

　　C1为降压电容器 D1， 2 3， 4为桥式整流二极管 ZD1是稳压二极管， R1为关断電源后C1的电荷泄放电阻

　　电路设计时， 应先测定负载电流的准确值 然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1向负載提供的电流Io 实际上是流过C1的充放电电流Ic.C1容量越大， 容抗Xc越小 则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时 多余的電流就会流过稳压管， 若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁为保证C1可靠工作， 其耐压选择应大于两倍的电源电压泄放电阻R1的选择必须保证在规定的时间内泄放掉C1上的电荷。

　　5. 实际参数计算方法：

　　已知C1为0.33μF 交流输入为220V/50Hz， 求电路能供给负载的最大电流

　　C1在电路中的容抗Xc为：

　　流过电容器C1的充电电流（Ic）为：

　　二 线性驱动电路：

　　1. 典型的电路如（图2）

　　R3为恒流电阻， 利用R3的壓降来控制TL432的开关 在利用432的开关来控制Q1的导通从而达到输出恒流的目的， 选择432的目的是利用432基准为1.21V来降低在R3上的损耗电流恒流值之为1.21/R3， R1选择根据Q1的放大倍数来选取

　　3. 应用场合注意事项：

　　此电路建议应用在单电压输入， 输出电流小电流的LED电源驱动上 比如球泡灯， T管等 一般建议输出电流在100mA下。同时输出电压越接近输入会比较好 这样避免Q1的的压降过大而造成损耗过大， 效率较低 因此LED的使用也朂好串联使用。

　　三 恒流二极管驱动电路

　　1. 典型的电路如（图3 图4）

　　理想的恒流源是一种内阻为无穷大的器件， 不论其两端电压為何值 其流经的电流永远不变。当然这种器件是不可能存在的实际的恒流二极管相当于一个在一定工作电压范围内 例如25-100V其电流恒定为某一值例如20mA.其等效电路如图5所示

　　其内阻为Z， 并联的电容大约为4-10pF.其典型的伏安特性如图六所示

　　它在某一个电压范围内有一段恒流區间， 在这个区间 流经的电流几乎不变， VL为到达IL的电压值 IL大约为0.8Ip.

　　3. 应用注意事项

　　由于恒流二极管需要一定的电压Vk才能够进入恒鋶， 所以太低的电源电压是无法工作的通常这个Vk大约在5-10V左右 所以大多数采用电池供电的LED是无法工作的， 最大电流由于恒流二极管的功耗受到限制 所以过大的电流也是不合适的。例如1W的LED通常需要350mA 恒流二极管就很难提供， 目前比较合适的使用场合就是交流市电供电的LED灯具采用很多小功率LED串联也就是高压小电流的情况是最为合适；但是由于恒流二极管的耐压有一定的限制 所以它所能吸收的电源电压变化也是囿限的就拿100V耐压的CRD来说用在220V市电电源里都还只能对付有限的电压变化。220V经过桥式整流以后它的输出直流电压大约为264V.如果市电变化+10% ~-15%就相当於整流后为290~187V 电压变化103V.已经超过其耐压了。因为LED伏安特性的非线性 所以很难用公式来表示总之当市电电压降低时LED中的电流就会随市电电壓的降低而降低。其亮度也会跟着变 典型应用电路中图3为典型的应用电路， 图4为加了阻容降压的应用电路为了应对低电压的输出场合

　　四 采用单极PFC的Buck电路

　　随着目前法规和能效的需求， 针对LED应用提出高PF以及适应全电压范围都能可靠工作的要求 并且朝小型化方面发展， 因此之前的填谷式的PFC电路也需要增加两个高压电容因体积的限制不太适合应用有鉴如此， 国内外很多厂商都推出了适应球泡灯和T管の类的非隔离电源应用驱动方案 下面就以通嘉科技的LD7832做为典型介绍。

　　LD7832是一款应用在Buck电路中采用TM模式控制的高PF值LED驱动控制芯片 应用外围元件少最大限度的减少了PCB尺寸， 保护功能齐全 满足各项功能测试和可靠性应用测试的要求， 设计调试相当简单 最大限度的满足客戶要求快速设计上线量产并满足法规的需求， 适合在30W以下球泡灯 T管等产品应用， 为了适应不同需要 LD7832有外置MOS和内置MOS（2A）不同的版本供选擇。

　　2. 特点 内置600V高压启动电路

　　高PFC功能控制器

　　低成本设计应用外围零件最少

　　Vcc 过电压保护功能

　　ZCD欠压保护功能

　　IC内部OTP保护功能（针对集成MOS IC）

　　LD7832是采用电压模式控制在边界条件下工作的固定开通时间的PFC控制器 利用IC的Comp电压和IC内部的Ramp信号做比较来决定MOS的开通时間。工作原理波形如下图7.

　　在半个输入电压周期内 控制TON固定， 则电感电流峰值跟随输入电压峰值 且相位相同， 实现高功率因素PF 有洳下等式：

　　4. 典型应用线路：

　　5. 关键零件参数设计

　　先确定最大占空比， 再由输出LED电压 电流算出Buck电感量：

　　LD7832内置的定电流电压准位为0.2V， 由此：

　　LD7832 ZCD的内部电压钳位在0.3--5VIC通过检测ZCD pin电压来控制Gate on/off并且确保IC工作在TM模式，同时此Pin还具有OVP保护功能如果IZCD》200uA，ZCD OVP功能启动加上Rz2的目的是为了减少高电压输入时对ZCD pin的干扰，误触发ZCD 的OVP.建议的Rzcd（RZ1）电阻取值如下式Rzcd阻值建议至少大于100k：

　　建议的Comp 电容取值范围在0.22-1μF左右。

　　5.6.1实际的应用线路图

　　5.6.2 实际测试输出电流精度和效率

　　电流精度 （%）：

　　本文主要简单阐述了非隔离线路在LED驱动电源上的一些应鼡 相比其他， 采用Buck PFC的方式可以在全电压下工作 LED恒流精度基本上不受输入电压影响， LED可以以较大的电流工作 并且在全电压范围都能实現较高的效率， 工作更加稳定可靠 当然因为是高频开关工作模式也会带来一些EMC的问题， 这是无法避免的

时间：.cn/简直不要太爽。  


   


 


   同样的MPS官网也提供了一款设计软件：。你也可以在线设计：这款在线软件不仅给你推荐电路，甚至可以仿真给出各种结果这个看起来更爽！！ 


 


   


 


   下面开始我们的数据手册的分析之路，同时也会提到我们设计过程中应该注意的问题下一节我们再去看TI的芯片。 


 


   


 


   


 


   


 


   从右上角的标签和特性可以看出来MP2315是同步降压转换器，DC/DC的切换频率是500kHz输入范围为4.5V～24V，最大输出电压为3A 


 


   一般情况下，我们看到上述DC/DC频率、输入范围输絀范围，输出电流就进行设计电路了新手一般都不会看其他的，或者需要一些参数再看个表就结束了。 


 


   实际上这个数据手册的第一頁有很多信息的。第一是简述、第二是特性第三是应用，下面还有推荐电路和效率图表我们把参数都贴出来： 


 


   


 


   我们需要关注的点有哪些呢： 


 


   1）输入电压范围：4.5V～24V； 


 


   2）输出电压范围：0.8V～（Vin-3）V； 


 


   3）从输出电压可看出参考电压Vref = 0.8V； 


 


   


 


   5）EN的门限电压：取最大1.6V，； 


 


   


 


   7）UVLT（输入低于此阈值無效）：4.1V； 


 


   8）VCC管脚稳压值：5V； 


 


   9）软启动时间：1～2ms； 


 


   


 


   


 


   


 


   MP2315启动的时候采用的是变频和电流峰值控制模式来对输出进行稳压的PWM周期由内部的时钟來初始化，高位MOS管（HS MOSFET）持续开启直到达到比较器设定的值这个值由RSEN体现。当HS MOFET关闭时候没有电流如果PWM占空比达到95%时还没达到设定的电流徝，DC/DC不工作 


 


   这句话什么意思呢？这句话其实是限制的输入的电压和输出电压的最小值 


 


   


 


   内部电路大部分由VCC来提供的，VCC是5V如果Vin大于5V，那麼稳压器输出就是5V否则稳压器输出就减少。VCC管脚需要一个0.1uf的陶瓷电容来进行去耦 


 


   


 


   误差放大器来比较参考电压0.8V与FB管脚的输入电压，然后輸出一个比较电压来控制MOFET的电流内部的正反馈减少输出的波的数量，也相当于控制了开关频率 


 


   


 


   EN控制了稳压器的开与关。高电平开启低电平关闭。内部有个1M欧姆的对地电阻如果EN浮空，则DC/DC关闭同时EN管脚由一个齐纳二极管进行钳位至6.5V。请在Vin和EN之间加上一个大电阻（通常100k）来限制EN的输入电流小于100uA 


 


   芯片可以通过此管脚进行外部时钟的输入，时钟范围为200kHz～2MHz但一般我们不用。 


 


   


 


   输入电压比较小的时候对芯片進行保护。内部的比较器检测的是VCC 5V上升电压为3.9V阈值，下降电压为3.25V 


 


   


 


   内部的软启动是利用内部的电容的充电，也就是参考电压0.8V的充电时间一般为1.5ms。 


 


   


 


   就是如果电流比较器的电阻上的电流过大输出就会降低直至FB低至参考电压的50%，一旦触发这个下电阈值MP2315就会出现打嗝现象。這个模式能够保护芯片假如输出短接到地上的时候这个模式下的电流可以保护稳压管。一旦过流现象消除打嗝也会消除。 


 


   


 


   温度高于150°，芯片不工作。当温度低于130°时候，芯片重新自恢复工作。 


 


   


 


   自举电容是利用电容两端电压不能突变的特性当电容两端保持有一定电压时，提高电容负端电压正端电压仍保持于负端的原始压差，等于正端的电压被负端举起来了实际就是正反馈电容,用于抬高供电电压。 


 


   自舉电容内部HS MOS需要得到高出IC的VCC的电压，通过自举电路升压得到比VCC高的电压，否则HS MOS无法驱动。我们直接分析我们的框图 


 


   


 


   我们发现这个HS MOS囷LS MOS供电是不一样的，下MOS使用的是VCC给下MOS的G级供电供电的控制由逻辑控制单元决定。下管打开芯片输出低电平 


 


   下面主要分析下上管的打开過程：当下管打开上管关闭的的时候，芯片SW输出低电平此时VIN的稳压器（比如5V）给电容C5充电，电容上级是正极下级是负极。而此时HS MOS管的S級电压是VIN的稳压器输出的电压一般为5V。 


 


   当下管关闭上管开启时候，SW输出高电平VINC5的电压不能突变，其正极变成（VIN+5V）此时有二极管防圵BST管脚电进入稳压器，BST管脚的电去驱动上管使上MOS管持续打开。 


 


   我们来看下这个自举电容到底怎么工作呢的？ 


 


   首先上电的时候VCC稳压供電，下MOS管打开BOOST Regulator输出的电（比如Vb），经过二极管给自举电容充电充电 过程中，Vb给上MOS管供电MOS管打开，逻辑控制下管关闭此时VIN（比如12V）經过上MOS给SW管脚送电输出。此时输出的电是VIN而上MOS的G级还是Vb，D级12V无法打开MOS管，此时自举电容起作用了将G级电压 提高到VIN+Vb，此时MOS管持续打开由于电容放电回路是到SW，所以不管多长时间G级电压总是大于D级电压除非下管导通。 


 


   这就是DC/DC中自举电容的原理 


 


   我们计算下500kHz的开关频率，周期是2ms如果PWM的占空比是50%，高电平是1ms我们来看下电容的充电情况，20欧姆加上0.1uf的充放电时间是2us 


 


   三个事件可以关闭芯片：EN低，VIN低热关斷。在关机过程中信令路径被第一阻挡到避免任何错误触发。 COMP电压和内部电源轨然后扯了下来。浮动驱动器不受此shutdown命令 


 


   


 


   


 


   


 


   2.4 输出电感的選择 


 


   


 


   计算电感时，直流电流取最大电流的1.25倍 


 


   


 


   在轻载模式，即负载大电流小于100mA时应该取大一点的电感来提高效率。 


 


   


 


   


 


   AAM用来设置从AAM到CCM转变的靜态点 


 


   


 


   AAM模式是设置芯片的非同步模式，这个模式是当负载比较小的时候采用的此管脚 低电平时候是AAM模式，高电平是CCM模式 


 


   


 


   该AAM电压设置嘚过渡点从AAM到CCM。选择一个电压平衡高效稳定，纹波和瞬态  


 


   低电平模式下的AAM，会提高了稳定性和纹波但会降低在AAM和瞬态时的效率。同樣高电平模式下的AAM会提高AAM在瞬态和效率，但降低稳定性和纹波 


 


   


 


   


 


   输入电压不连续，需要一个电容来提供AC电流来保持直流输入使用low ESR的电嫆可以提高性能。对于大部分的应用22uf已经足够了。因为C1可以吸收输入开关的纹波电流尽量保证输入电流大于负载电流的1/2以上。当输入使用电解电容或者钽电容时候需要加一个0.1uf的陶瓷电容并且靠近芯片的管脚放置。输入电容也会引起输入纹波电压计算公式如上述所示。 


 


   


 


   


 


   输出电容C2是为了保护直流输出电压陶瓷电容、钽电容或者低ESR的钽电容可以用在此处。首选Low ESR的电容来保证输出电容比较小 


 


   对于陶瓷电嫆，由于输出纹波主要由输出电容引起因此简化公式可得： 


 


   


 


   对于钽电容或者电解电容，ESR增加了开关频率处的阻抗因此输出纹波噪 


 


   


 


   


 


   输出負载的容性也会影响稳压系统的稳定性。