0 引言

　　在ZXC10通信電源" title="通信電源">通信電源系統(tǒng)中,，上位機(jī)輸出的PWM調(diào)制信號(hào)的頻率為1 kHz,，而且系統(tǒng)要求電源能根據(jù)PWM信號(hào)的占空比進(jìn)行調(diào)壓。即對(duì)電源輸出電壓在40 Vdc～60 Vdc范圍內(nèi)通過此PWM信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)節(jié),。PWM信號(hào)5％占空比對(duì)應(yīng)40±0.5 Vdc,，95％的占空比對(duì)應(yīng)60±0.5 Vdc。以前此功能是用帶有D／A的單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)．即把PWM調(diào)制信號(hào)輸入單片機(jī),，通過單片機(jī)來計(jì)算PWM信號(hào)的占空比,，再根據(jù)PWM信號(hào)的占空比與輸出電壓的關(guān)系，并通過D／A轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)輸出電壓的偏移量,，最后通過此偏移量和電源輸出反饋量的共同作用來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓,。

　　1 單片機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)

　　通過帶有D／A的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓系統(tǒng)的方框圖如圖1所示。但是,，由于帶有D／A的單片機(jī)比較貴,，因而會(huì)增加產(chǎn)品成本。而如果把PWM調(diào)制信號(hào)的頻率提高,，再經(jīng)過一個(gè)簡單的二階有源低通濾波器來產(chǎn)生調(diào)壓偏移量,，則可用不帶D／A轉(zhuǎn)換的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，這樣可以大大節(jié)省成本,。其改進(jìn)后的電路方框圖如圖2所示,。
 

　　2 STC12C2052AD" title="STC12C2052AD">STC12C2052AD的PCA／PWM工作原理

　　由于STC12C2052AD單片機(jī)是作于1個(gè)時(shí)鐘／機(jī)器周期，且有增強(qiáng)型8051內(nèi)核,，故其速度比普通8051快8～12倍,。該單片機(jī)有2路可編程計(jì)數(shù)器陣列(PCA)／PWM，其中PCA1模塊用作捕獲模式,，可識(shí)別輸入的PWM調(diào)制信號(hào),，PCA0模塊用作脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM),，可實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換。此外,，由于該單片機(jī)價(jià)格比較便宜,，故采用此單片機(jī)作為核心控制芯片。

　　2.1 STC12C2052AD單片機(jī)的PCA捕獲模式

　　STC12C2052AD系列單片機(jī)中的PCA可編程計(jì)數(shù)器陣列含有一個(gè)特殊的16位定時(shí)器,，它可與2個(gè)16位捕獲／比較模塊相連,。每個(gè)模塊可編程工作在4種模式下，即：上升／下降沿捕獲,、軟件定時(shí)器,、高速輸出或可調(diào)制脈沖輸出。設(shè)計(jì)時(shí),，可將模塊0連接到P3.7(CEX0／PCA0／PWM0),，模塊1連接到P3.5(CEX1／PCA1／PWM1)。由于寄存器CH和CL的內(nèi)容是正在自由遞增計(jì)數(shù)的16位PCA定時(shí)器的值,，因此,，PCA定時(shí)器可作為2個(gè)模塊的公共時(shí)間基準(zhǔn)，并可通過編程工作在1／12振蕩頻率,、1／2振蕩頻率,、定時(shí)器0溢出或ECI腳的輸入(P3.4),。定時(shí)器的計(jì)數(shù)源由CMOD SFR的CPS1和CPS0位來確定,。

　　要使PCA模塊工作在圖3所示的捕獲模式，寄存器CCAPMn中的CAPNn和CAPPn至少應(yīng)有一位必須置1,。對(duì)模塊的外部CEXn輸入(包括CEX0／P3.7,、CEX1／P3.5、CEX2／P2.0,、CEX3／P2.4口)的跳變進(jìn)行采樣時(shí),，若采樣到有效跳變，其PCA硬件就將PCA計(jì)數(shù)器陣列寄存器(CH和CL)的值裝載到模塊的捕獲寄存器中(CCAPnL和CCAPnH),。

　　2.2 STC12C2052AD的PCA脈寬調(diào)節(jié)模式

　　所有PCA模塊都可按圖4所示的工作模式用作PWM輸出,。其輸出頻率取決于PCA定時(shí)器的時(shí)鐘源。由于所有模塊均共用僅有的PCA定時(shí)器,，所以,，它們的輸出頻率相同。各個(gè)模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的,，與使用的捕獲寄存器{EPCnL,，CCAPnL}有關(guān)。當(dāng)CL SFR的值小于{EPCnL,，CCAPhL}時(shí),，輸出為低,，而當(dāng)PCA CLSFR的值等于或大于{EPCnL，CCAPnL}時(shí),，輸出為高,。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時(shí)，{EPCnH,，CCAPnH}的內(nèi)容將被裝載到{EPCnL,，CCAPnL}中。這樣就可實(shí)現(xiàn)無干擾地更新PWM,。使能PWM模式時(shí),，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。由于PWM是8位的,，所以可用下式來計(jì)算PWM的信號(hào)頻率：
 

　　3 PWM信號(hào)的接收與轉(zhuǎn)換

　　3.1 PWM調(diào)制信號(hào)接收模塊

　　由于要用PCA1模塊來把上位機(jī)輸出的頻率為1 kHz的PWM調(diào)制信號(hào)的頻率提高(因?yàn)轭l率越高,，越容易濾波)，故將PCA定時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)置為1／2振蕩頻率,。用PCA1 (P3.7)模塊來識(shí)別接收的PWM調(diào)制信號(hào)時(shí),，應(yīng)使PCA1工作在上升／下降沿捕獲工作模式，并打開PCA中斷,。設(shè)計(jì)時(shí),，可首先設(shè)置PCA1工作在上升沿捕獲工作模式，這樣,，當(dāng)P3.7腳采樣到上升沿跳變時(shí),，PCA0模塊即可將PCA計(jì)數(shù)器陣列寄存器CH和CL的值裝載到模塊的捕獲寄存器中{CCAP1H,CCAP1L}。然后在中斷中把{CCAP1H,CCAP1L}的值存放到自定義的數(shù)據(jù)單元{UP_DATAH,，UP_DATAL}中,，并在中斷中把PCA1工作模式設(shè)置為下降沿捕獲工作模式，從而在P3.7腳采樣到下降沿跳變時(shí),，PCA1模塊硬件就可將PCA計(jì)數(shù)器陣列寄存器{CH,，CL)的值裝載到模塊的捕獲寄存器中{CCAP1H,CCAP1L}。之后,，再在中斷中把{CCAP1H,CCAP1L}的值存放在數(shù)據(jù)單元{DOWN_DATAH,，DOWN_DATAL}中，并利用雙字節(jié)無符號(hào)數(shù)減法得出PWM調(diào)制信號(hào)正脈沖時(shí)定時(shí)器的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為：

　　N1={DOWN_DATAH,，DOWN_DATAL)-{DOWN_DATAH,，DOWN_DATAL}

　　由于PWM調(diào)制信號(hào)的頻率為1 kHz，周期T為1 ms,。因此,，可設(shè)1 ms中PCA定時(shí)器的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為N2，則PWM調(diào)制信號(hào)的占空比為：
 

　　3.2 PWM調(diào)制信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換

　　上位機(jī)輸出的PWM調(diào)制信號(hào)的頻率為1 kHz左右,。由于該頻率比較低,，直接對(duì)其進(jìn)行濾波后的紋波比較大,，因此，在濾波之前,，應(yīng)先把接收的PWM調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)變成與占空比成線性比例的高頻PWM調(diào)制信號(hào),，頻率轉(zhuǎn)換可通過PCA0 (P3.5)PWM功能模塊來實(shí)現(xiàn)。由于選擇的晶振為20MHz,，故可選Fosc／2為PCA／PWM時(shí)鐘輸入源,，這樣，其PWM的頻率為39.062 kHz,。

　　這樣,，當(dāng)PCA0模塊設(shè)置為PWM輸出模式時(shí)，根據(jù)PCA脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM)的工作原理,，當(dāng)CCAP0L=FFH時(shí),，P3.5將輸出占空比為0的PWM信號(hào)，而當(dāng)CCAP0L=80H時(shí),，P3.5則輸出占空比為50％的PWM信號(hào),，當(dāng)CCAP0L=0時(shí)，P3.5會(huì)輸出占空比為100％的PWM信號(hào),。這樣,，由PCA脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM)的工作原理可得：

　　這樣，通過上式即可把頻率為1 kHz的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率為39.062 kHz的PWM信號(hào),，其轉(zhuǎn)換后的PWM占空比與原來的1 kHz的PWM信號(hào)成線性比例關(guān)系,。

　　4 二階濾波電路

　　圖5所示為有源二階濾波電路的原理圖。由有電源變換器的反饋量可知,，當(dāng)調(diào)壓偏移量為1.5V的時(shí)候,，電源輸出40 V,；當(dāng)調(diào)壓偏移量為3.0V的時(shí)候,，電源輸出60 V。因此,，在PWM信號(hào)的占空比為5％時(shí),，調(diào)節(jié)二階有源濾波器的參數(shù)，并通過調(diào)節(jié)R5／R4來改變運(yùn)算放大器的增益,，然后調(diào)節(jié)RW1即可改變運(yùn)算放大器的基準(zhǔn),，使偏移量VS為1.5 V；而在PWM信號(hào)占空比為95％時(shí),，使偏移量VS為3.0 V,。這樣就可使PWM信號(hào)的占空比在5％～95％之間變化，從而使變換器的輸出電壓在40 Vdc～60 Vdc范圍內(nèi)線性變化,。
 

　　5 仿真驗(yàn)證

　　根據(jù)圖5進(jìn)行PSIM仿真驗(yàn)證時(shí),，可將仿真參數(shù)設(shè)定為：R1=R2=R4=R5=10 kΩ,，R3=20 kΩ，R6=2 kΩ,，R7=1 kΩ,，C1=C2=C3=C4=104 pF，從而得出如圖6所示的特定占空比的Vs波形,。
 

　　其它特定占空比(D=5％,，20％，40％,，60％,，80％，95％)的仿真記錄數(shù)據(jù)如表1所列,。圖7所示是該調(diào)壓電路的PWM信號(hào)占空比與Vs調(diào)壓偏移量的變化曲線,。由圖可見，該變化呈線性關(guān)系,。
 

　　6 結(jié)束語

　　本文通過提高PWM調(diào)制信號(hào)的頻率,，再結(jié)合二階有源濾波電路，實(shí)現(xiàn)了頻率到電壓的一種轉(zhuǎn)換,。該轉(zhuǎn)換可在40Vdc～60Vdc范圍內(nèi),，對(duì)ZXC10通信電源的輸出電壓通過PWM信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)節(jié)，這種方法可以避免使用較貴的D／A轉(zhuǎn)換模塊,，因而可以節(jié)省成本,。同時(shí)也提高了該電源的工程使用價(jià)值。