王仲夏 張甫輝 任 冉

（1.河海大學(xué)文天學(xué)院 安徽馬鞍山 243000;2.南京蘇寧建設(shè)監(jiān)理有限公司 江蘇南京 210000）

經(jīng)過飛速發(fā)展的電子產(chǎn)品，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，與我們生活也存在密切的聯(lián)系。電源作為電子產(chǎn)品的核心就顯得十分重要，電源的好壞直接決定電子產(chǎn)品的可靠性，與此同時電源的更新?lián)Q代也越來越頻繁。傳統(tǒng)的電源技術(shù)已經(jīng)越來越無法滿足對電源的需求，本次設(shè)計就是利用單片機將廢棄ATX電源進行重新利用起來。不僅解決設(shè)計的原材料需求與成本問題，同時也變相的進行了廢物再利用。

一、硬件電路設(shè)計

（一）控制系統(tǒng)方框圖。本設(shè)計是以STC15W408AS單片機為主要核心元器件，通過單片機的控制實現(xiàn)對電壓的輸出和預(yù)置以及將輸出的電壓用LED數(shù)碼管顯示。其中也可以通過AD鍵盤控制電壓的輸出?？刂葡到y(tǒng)方框圖如圖1。

圖1 控制系統(tǒng)方框圖

（二）系統(tǒng)控制原理圖。ATX電源通電后，單片機初始化，其內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器將采集的電壓值經(jīng)計算后存入STC15W408AS,由于所選用單片機I/O口較少，為了提高性價比，故將單片機I/O口進行擴展后再接顯示用數(shù)碼管，擴展芯片用74HC595驅(qū)動LED數(shù)碼管將采集到的電壓A/D值在

LED數(shù)碼管上顯示出來。也可以通過手動鍵盤調(diào)節(jié)電壓的輸出，ATX電源的輸出電壓最大為12V。系統(tǒng)控制原理圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)控制原理

二、硬件電路元件

（一）主控單元。本設(shè)計采用芯片STC15W408AS作為核心器件，主要是其既可以提高ad轉(zhuǎn)換的速率，又可以節(jié)省不必要的開支。

本設(shè)計所使用的STC15W408AS單片機，是一款具有高速、可靠、低耗、抗干擾能力強的新式8051單片機，選用STC第八代加密技術(shù)，擁有超強的加密性，編寫代碼與傳統(tǒng)8051完美兼容，并且其速度要比傳統(tǒng)8051單片機快上8-12倍。

為了提高STC15W408AS芯片的使用性能，它不僅使用STC-Y5超高速CPU內(nèi)核，而且做了很多其他性能上的改進，使其與傳統(tǒng)的8051單片機相比具有更便捷、更易使用的特點。芯片STC15W408AS內(nèi)置SRAM（512字節(jié)）,高速ADC（8通道10位），內(nèi)部具有高可靠復(fù)位，定時器以及看門狗等。[1]

STC15W408AS芯片內(nèi)部具有高精度R/C時鐘（±0.3%），±1%溫飄（-40℃～+85℃），常溫下溫漂±0.6%（-20℃～+65℃），可設(shè)置寬范圍為5MHz～36MHz。此次選用的單片機還有一個優(yōu)點就是可將外部晶振省略掉，這不僅使本次設(shè)計簡便了不少，而且還可以節(jié)省一部分不必要的開支。

（二）電源部分。ATX電源作為本設(shè)計的供電樞紐，主要是由廢棄計算機主機中獲取。其主要功能是把交流220V的交流電壓轉(zhuǎn)換為計算機內(nèi)部使用的直流3.3V，5V，12V的直流電壓。而此次設(shè)計就是選定其12V電壓輸出，可以使預(yù)置的電壓值范圍大一些。

采用ATX電源的主要優(yōu)點是輸出穩(wěn)定、來源廣泛，以及具有選擇電壓輸出的特性。最重要的是取材較為容易，也能起到廢物利用和環(huán)保的效果。

（三）AD采集部分。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬多路開關(guān)，然后將采集到的模擬量傳輸給比較器，進行比較，然后將比較結(jié)果保存到逐次比較寄存器內(nèi)，最后輸出結(jié)果。在A/D轉(zhuǎn)換之后，ADC轉(zhuǎn)換寄存器將保存轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，同時使ADC控制寄存器置A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位，為后續(xù)查詢程序以及中斷指令的發(fā)出做了準備。[2]

由于采用的STC15W408AS單片機本身具有ADC采集和DAC采集，能夠直接給單片機輸入模擬信號和輸出模擬信號，因此省去了單獨外接A/D轉(zhuǎn)換芯片，方便使用。所以本次設(shè)計更有效的利用了單片機的功能，并且易于操作和使用，最重要是成本比較低。

此次設(shè)計利用串聯(lián)電阻分壓的特點來進行電壓的采集，固定阻值的電阻和電位器串聯(lián)，可以改變電位器的阻值從而改變電壓的采集。

（四）LED數(shù)碼管顯示部分。LED數(shù)碼管是常見的顯示器件，LED數(shù)碼管為“8”字型的，共計8段（包括小說點段在內(nèi)）或7段（不包括小數(shù)點段），每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管，有共陰極和共陽極兩種。共陽（共陰）極數(shù)碼管的陽極（陰極）連在一起，公共陽極接5V上（公共陰極接地）。[3]由于選用74HC595擴展芯片驅(qū)動LED數(shù)碼管，所以需要添加限流電阻以便保證芯片正常工作。

LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示兩種顯示方式。相比靜態(tài)顯示，動態(tài)掃描顯示用更少的I/O口，能夠節(jié)省驅(qū)動電路口的數(shù)目。

本次設(shè)計選用共陰極4位LED數(shù)碼管顯示，主要是因為其在簡單、明了、清楚具有一定的優(yōu)勢。與LCD相比，LED數(shù)碼管更廉價，配置相對靈活以及與單片機接口更方便。用LED數(shù)碼管顯示電壓比傳統(tǒng)指針式電壓表會更準確，同時由于發(fā)光二極管的緣故，會使得測得電壓更醒目，容易記住。LED數(shù)碼管如圖3。

圖3 LED數(shù)碼管

（五）AD鍵盤部分。獨立式鍵盤的特點就是每個按鍵之間是相互獨立的，并且電路中的每個按鍵都需要連接到I/O端口，用于高電平和低電平檢測。這種方法雖然簡單方便，但浪費了I/O，畢竟所選擇的單芯片I/O是有限的。而AD鍵盤電路不需要這樣麻煩，因為其只需要一個I/O端口和多個電阻就可以實現(xiàn)對多個鍵盤的輸入檢測。AD鍵盤電路的工作原理是當不同的鍵盤按下時，通過電阻的分壓得到相應(yīng)的電壓值。AD鍵盤部分原理圖如圖4。

圖4 AD鍵盤部分原理圖

（六）I/O擴展部分。I/O擴展顧名思義就是由于I/O不夠用的時候使用擴展芯片達到增加I/O口的效果。本次選擇使用的是74HC595芯片作為I/O擴展芯片，有效地解決了單片機I/O不夠用的問題。芯片74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓的TTL電路，具有8位移位寄存器和一個存儲器，以及具有三態(tài)輸出功能，其最多可用五個控制線，分別是SER,SRCLK,RCLK,SRCLR以及E。擴展芯片74HC595原理圖如圖5。

圖5 芯片74HC595原理圖

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

首先初始化單片機，然后利用A/D轉(zhuǎn)換器將采集的電壓值轉(zhuǎn)換后傳給單片機，單片機通過內(nèi)部程序?qū)⑥D(zhuǎn)換后的電壓A/D值通過芯片74HC595送入LED數(shù)碼管中，使其在LED數(shù)碼管中顯示出來。若想預(yù)置電壓，則通過AD鍵盤控制電壓的輸出。本次設(shè)計采用的是逐次逼近型ADC，采集到的AD值會比較準確。軟件程序流程圖如圖6。

圖6 軟件程序流程圖

四、總結(jié)

本次設(shè)計利用了廢棄ATX電源，有效的減少了資源不必要的浪費。本系統(tǒng)通過AD采集獲得被測電壓，傳輸給單片機，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后在LED數(shù)碼管中顯示出來，同時也可以利用AD鍵盤控制電壓的輸出。本系統(tǒng)還可以添加報警電路，設(shè)定電流值，當電流的輸出大于某個值時，報警電路中的蜂鳴器會發(fā)出聲響。

在設(shè)計與制作本系統(tǒng)之后，使自己對一些芯片的了解有了極大的增強，同時也掌握了芯片的功能，能夠熟練地運用。在設(shè)計的過程中，對編寫程序有了一定掌握，而且也提高了實踐動手能力。由于對廢棄ATX電源的利用，使自己提高了思考能力，加強對事物的敏感度。