基于STC12系列單片機(jī)的串聯(lián)型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、單片機(jī)及模數(shù)綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題名稱:基于STC12系列單片機(jī)的串聯(lián)型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-單片機(jī)控制部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?本模擬電路課程設(shè)計(jì)要求制作開關(guān)電源的模擬電路部分，在掌握原理的基礎(chǔ)上將其與單片機(jī)相結(jié)合，完成開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。本報(bào)告旨在詳述開關(guān)電源的原理分析、計(jì)算、仿真波形、相關(guān)控制方法以及程序展示。二、總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)由開關(guān)電源的主電路和控制電路兩部分組成,主電路主要處理電能，控制電路主要處理電信號(hào),采用負(fù)反饋構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。開關(guān)電源采用PWM控制方式,通過給定量與反饋量的比較得到偏差,通過調(diào)節(jié)器控制PWM輸出，從而控制開關(guān)電源的輸出。當(dāng)鍵盤輸入預(yù)置電壓后,單片機(jī)通過PWM輸出一個(gè)固定

2、頻率的脈沖信號(hào)，作用于串聯(lián)開關(guān)電源的二極管和三極管,使三極管以一定的頻率導(dǎo)通與斷開，然后輸出進(jìn)行AD轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化后的結(jié)果再給單片機(jī)進(jìn)行輸出，進(jìn)行數(shù)碼管顯示.系統(tǒng)的基本框圖及控制部分如下：控制過程原理分析:單片機(jī)所采用的芯片為STC12C5A60S2，該芯片在擁有8051內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了10為AD和PWM發(fā)生器.通過程序，即可控制單片機(jī)產(chǎn)生一定占空比的PWM脈沖，將此脈沖輸入到模擬電路部分,在模擬電路的輸出端即可產(chǎn)生一定的輸出電壓,可比較容易的通過程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制。但上述的開環(huán)控制是無法達(dá)到精確的調(diào)節(jié)電壓,因此需要采用閉環(huán)控制來精確調(diào)制。即,對(duì)輸出電壓進(jìn)行AD采樣，將其輸入回單片機(jī)中進(jìn)

3、行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)根據(jù)處理的結(jié)果來對(duì)輸出電壓做出修正，經(jīng)過這樣的逐步調(diào)節(jié)即可達(dá)到閉環(huán)的精密輸出。由此原理，可以將整個(gè)過程分成一下模塊:PWM波形輸出模塊,模擬電路模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊,數(shù)碼管顯示模塊，鍵盤輸入模塊?？刂七^程基本思路為:首先從鍵盤輸入一個(gè)電壓值，并把該電壓值在數(shù)碼管上面顯示出來，再由A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)串聯(lián)開關(guān)電源電路的輸出端進(jìn)行電壓采集，將采集到的電壓值與鍵盤輸入的電壓值進(jìn)行比較,通過閉環(huán)算法，控制PWM的脈寬輸出，由此控制串聯(lián)開關(guān)電壓電源電路，改變輸出的電壓值，使得輸出值與設(shè)定的電壓值相等.3、 系統(tǒng)各單元模塊電路設(shè)計(jì)1、 鍵盤輸入數(shù)據(jù)部分分別接到單片機(jī)的P2.4,P2。5，P2。

4、6，P2。7.每路通過電阻進(jìn)行上拉，可以編程實(shí)現(xiàn)控制單片機(jī)運(yùn)行不同程序.為了判斷鍵盤上面的按鍵是否有按下的，可以事先對(duì)P2。4,P2。5，P2。6，P2。7端口賦值,便可以知道具體是哪個(gè)按鍵被按下了。例如：P2。4=0，便可知道P2。4對(duì)應(yīng)的按鍵已經(jīng)按下了.鍵盤輸入模塊程序如下： void key（ ) /鍵盤掃描函數(shù) if(P2_6= 0) delay（10）;/延時(shí)去抖動(dòng) if（P2_6= 0） while(P2_6= 0) if（a<9）a+; else a=0； if(P2_5 = 0） delay（10）;/延時(shí)去抖動(dòng) if（P2_5 = 0) while（P2_5= 0）;

5、if（b9) b+； else(b=0)； if（P2_4 = 0） delay(10）；/延時(shí)去抖動(dòng) if（P2_4 = 0） while（P2_4= 0)； if（c<5） c+； else c=0； if（P2_7=0） delay（10）； if(P2_7=0) while(P2_7=0）； P1_5=！P1_5; 2、數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示部分知道了上面在鍵盤輸入的數(shù)值后，便要在數(shù)碼管上面顯示出來。該實(shí)驗(yàn)板的8位數(shù)碼管是共陰極的數(shù)碼管，使用端口為P0和P2.0P2。4口，且為動(dòng)態(tài)數(shù)碼管,因此在同一時(shí)間，只有一個(gè)數(shù)碼管是亮著,但由于人眼的視覺殘留，使得看上去是全部一起亮著的.8位分別有段

6、選和位選,段選就是要一個(gè)數(shù)碼管顯示的字型，而位選則是由低電平選中所要那一個(gè)數(shù)碼管,該數(shù)碼管才能亮。因此要使得數(shù)碼管亮并顯示數(shù)字，則必須在位選時(shí)該數(shù)碼管的位選管腳出于低電平,然后再通過段選顯示字型。如下圖所示的數(shù)碼管：數(shù)碼管顯示模塊程序?yàn)椋簐oid display(float x) uint M，N，I； I=100x/100； N=(100x100I）/10； M=100x100I10N; P2_0=0； P0=table0; delay（10）； P2_0=1； P2_1=0； P0=gao_tableI； delay(10)； P2_1 =1; P2_2=0； P0=tableN； del

7、ay(10)； P2_2= 1; P2_3=0； P0=tableM； delay（10）； P2_3=1；3、控制PWM輸出部分STC12C5A60S2系列單片機(jī)集成了兩路可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA）模塊，可用于軟件定時(shí)器，外部脈沖的捕捉，高速輸出以及脈寬調(diào)制（PWM）輸出。在該實(shí)驗(yàn)中主要用到PWM脈寬調(diào)制輸出，通過對(duì)特殊功能寄存器初始化,就可以在P1.3(選擇模式0時(shí)) 或P1.4（選擇模式1時(shí)）端口輸出可調(diào)占空比的高速脈沖。PWM模塊程序如下： void PWM_Drv_Init（void）CCON = 0;/初始化PCA控制寄存器CL = 0；/初始化PCA計(jì)數(shù)器CH = 0；CMOD

8、= 0x08;CR = 1； void PWM0_Drv_SetDuty（unsigned char DutyValue）CCAP0H = CCAP0L = DutyValue；/設(shè)置看空比CCAPM0 = 0x42；CR = 1; PWM 仿真圖為：4、AD轉(zhuǎn)換模塊（完成萬用表功能，即測量開關(guān)電源輸出電壓）STC12C5A60S2系列單片機(jī)自帶有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器,在本實(shí)驗(yàn)中只用到其中的一路，故可以通過軟件設(shè)計(jì)選擇其中的一路用來測量電壓。在不需作為A/D轉(zhuǎn)換的端口可以繼續(xù)作為I/O口使用.AD轉(zhuǎn)換對(duì)特殊功能寄存器的初始化主要有ADC_CONTR和A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES（用

9、來存放高八位) ADC_RESL（用來存放低兩位）；在ADC_CONTR中包含有ADC電源控制位ADC_POWER,模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位SPEED1 SPEED0，模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位ADC_FLAG，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制位ADC_START，模擬輸入通道選擇CHS1/CHS2/CHS3。由于是2套時(shí)鐘，在設(shè)置ADC_CONTR控制寄存器的語句執(zhí)行之后，要經(jīng)過4個(gè)CPU時(shí)鐘的延時(shí)，其值才能夠保證被這只進(jìn)ADC_CONTR控制寄存器，所以設(shè)置ADC_CONTR控制寄存器后，要加4個(gè)空操作延時(shí)才能正確讀到ADC_CONTR寄存器的值。ADC的結(jié)構(gòu)如下圖所示：AD轉(zhuǎn)化模塊的程序?yàn)?/p>

10、：void ADC_Drv_Demo（void)if(ADC_Finish_Flag = TRUE）ADC_Finish_Flag = FALSE；ADC_Drv_StartCh(ADC_channel）;m=ADC_ResultADC_channel*5。0/1024;5、閉環(huán)控制算法這部分是整個(gè)實(shí)驗(yàn)中最重要的部分,該部分主要是通過A/D采集數(shù)據(jù)控制PWM輸出,PWM控制開關(guān)電源輸出，以達(dá)到穩(wěn)定,即讓開關(guān)電源輸出電壓穩(wěn)定在鍵盤輸入的電壓值.針對(duì)前面的要求,則需要用單片機(jī)來完成所有的控制與計(jì)算。在該實(shí)驗(yàn)中,作為AD采集的端口為P1。7，PWM輸出端口為P1.3，在采集完電壓數(shù)據(jù)的時(shí)候把數(shù)據(jù)存放

11、在ADC之中,而從鍵盤輸入數(shù)值時(shí),鍵盤上顯示的是一個(gè)小數(shù)，但在單片機(jī)中存在中間變量temp的是一個(gè)整數(shù),為小數(shù)的1000倍，因此在引用數(shù)碼管顯示的數(shù)值時(shí)要將temp除以1000才能得到實(shí)際的設(shè)置電壓數(shù)值Vs；另一方面，采集回來的電壓ADC要轉(zhuǎn)換成實(shí)際的電壓數(shù)值，則由下面的算法得出：真實(shí)值 Vr = ADV5。0/1024。0 在得到這兩個(gè)數(shù)值之后對(duì)他們進(jìn)行比較，要是Vr<Vs，說明采集回來的電壓偏低,此時(shí)則要降低PWM輸出脈沖的占空比；同理，當(dāng)Vr>Vs時(shí)，則要增大PWM輸出脈沖的占空比,由此而使得串聯(lián)開關(guān)電路的輸出電壓與事先所設(shè)置的電壓值相同。實(shí)際測得的電壓與設(shè)置的電壓對(duì)比表格如

12、下：Vs0。80。80.91。01。11.21.31。41。51。61。7Vr0.790。890.981.081。181。281。391.491。591。71.81。92。02.12.22。32。42。52。62。72。82。91。781。882。022。082。172.282.382.512。582.682。782.913.03。13。23。33。43。53.63。73。83。94。0>4。02.983。123。193。283。393。483.593.683。793。963。98通過上面的表格可以看出來，雖然實(shí)際測出來的電壓Vr和設(shè)置的電壓Vs有一定的誤差，但是總體還是在設(shè)置的電壓附近

13、波動(dòng)，所能輸出地電壓范圍為0。8v4.0v。誤差原因分析:(1）單片機(jī)電源不夠穩(wěn)定，在接入電腦后給單片機(jī)提供的電壓小于5V（2）提供給AD轉(zhuǎn)換的參考電壓不夠精確，使轉(zhuǎn)化存在誤差。4、 心得體會(huì)通過這次實(shí)驗(yàn)讓我知道理論需要聯(lián)合實(shí)際,只有將自己所掌握的知識(shí)真正應(yīng)用于實(shí)際才算真正的掌握了知識(shí)。在剛開始做的時(shí)候我對(duì)于單片機(jī)的知識(shí)理論只是有一些模糊的印象，不能真正掌握單片機(jī)的知識(shí),比如用AD采樣需要用單片機(jī)的哪些管腳，還有數(shù)碼管需要用哪些管腳控制，并且哪些管腳控制段選，哪些控制位選.這些我都不太清楚,但通過請(qǐng)教才會(huì)用程序?qū)懗鰜?。雖然這次實(shí)驗(yàn)做出來了，但是我還是有些知識(shí)無法真正掌握，比如定時(shí)器中斷或定時(shí),

14、所以這次實(shí)驗(yàn)我只能用delay延時(shí)來寫.通過這次實(shí)驗(yàn)我還注意到細(xì)節(jié)決定一個(gè)程序是否能成功運(yùn)行，比如我在寫程序是應(yīng)用了ifelse格式，可是因?yàn)樵趯懙倪^程中括號(hào)沒對(duì)齊,使程序沒能成功運(yùn)行，經(jīng)過同學(xué)幫忙才成功運(yùn)行。還有的細(xì)節(jié)就是關(guān)于鍵盤的防抖動(dòng)問題。總體來說，我通過這次課程設(shè)計(jì)不單單學(xué)到了很多單片機(jī)和C51編程的的知識(shí)，更多的是學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)的方法，能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識(shí)用到實(shí)驗(yàn)上面,可以把知識(shí)記得更清楚。這還更多地提高了在遇到實(shí)際問題時(shí)該怎樣解決實(shí)際問題的能力。更深入地學(xué)習(xí)C語言，又可以更多地提高自己的邏輯,思考能力，使思維結(jié)構(gòu)更嚴(yán)謹(jǐn).希望在以后的學(xué)習(xí)之中可以更多地接觸到這樣的實(shí)驗(yàn),那樣就可以更好地提高

15、自己的動(dòng)手能力與對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力本實(shí)驗(yàn)C程序源代碼：/*/*文件名：開關(guān)穩(wěn)壓電源.c*/*功能：設(shè)定電壓初始值,使得輸出電壓值與數(shù)碼管顯示值相同*/單片機(jī)型號(hào)：STC12C5A60S2(帶AD轉(zhuǎn)換與PWM脈寬調(diào)制輸出功能）*/*/*/ include ”stc12c5a60s2。h” include <intrins.h> define uint unsigned int define uchar unsigned char #define TRUE 1 #define FALSE 0 void delay（ uint z）；/延時(shí)函數(shù)聲明 void display（float

16、 m ）； /顯示函數(shù)聲明 void key( ）；/鍵盤掃描函數(shù) void ADC_Drv_InitCh（unsigned char ChNo)； void ADC_Drv_StartCh（unsigned char ChNo）; void ADC_Drv_Service(void）； void ADC_Drv_Demo（void）; void PWM_Drv_Init(void)； void PWM0_Drv_SetDuty(unsigned char DutyValue); uchar ADC_channel =7；/選中哪一個(gè)通道的變量（范圍 0 7） uint ADC_Result8

17、=0； /保存ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果 float m,n； uchar D； uchar code table=0xc0，0xf9,0xa4，0xb0,0x99，0x92,0x82，0xf8，0x80，0x90; uchar code gao_table=0x40，0x79，0x24,0x30,0x19，0x12; sbit P2_0=P20； sbit P2_1=P21； sbit P2_2=P22； sbit P2_3=P23； sbit P2_4=P24; sbit P2_5=P25； sbit P2_6=P26； sbit P2_7=P27； sbit PWM0=P13;/定義PWM0的輸出端

18、 sbit P1_5=P15; bit ADC_Finish_Flag=FALSE；/ADC完成標(biāo)志 uint a，b，c；void main( ） a=0，b=0，c=0,D=100； P1_5=0； ADC_Drv_InitCh（7)； ADC_Drv_StartCh（7）； PWM_Drv_Init（ )；while（1） key( ）； n=c+0。1*b+0.01*a； ADC_Drv_Service（)； ADC_Drv_Demo(）；PWM0_Drv_SetDuty（D); if（mn） if（(m+0.05）>n）； else if(D<=0) D=0; else

19、D； if（m>n） if(（m0。05)n）; else if(D=255) D=255； else D+； if(P1_5） display（m）;else display（n）； void delay（uint z) /延時(shí)函數(shù)uint x，y； for（x=z;x0;x-）for（y=110;y>0；y)； void key（ ） /鍵盤掃描函數(shù) if（P2_6= 0） delay（10）；/延時(shí)去抖動(dòng) if(P2_6= 0） while（P2_6= 0）； if（a9）a+； else a=0； if（P2_5 = 0） delay（10)；/延時(shí)去抖動(dòng) if（P2_5

20、= 0） while（P2_5= 0)； if（b9） b+； else(b=0）； if（P2_4 = 0） delay(10）；/延時(shí)去抖動(dòng) if（P2_4 = 0） while（P2_4= 0）； if（c5) c+； else c=0； if（P2_7=0) delay(10）; if(P2_7=0） while(P2_7=0); P1_5=!P1_5； void display(float x） uint M，N，I； I=100x/100； N=(100x100I)/10； M=100x100I10*N； P2_0=0； P0=table0; delay(10）； P2_0=1； P2_1=0； P0=gao_tableI； delay（10)； P2_1 =1； P2_2=0； P0=tableN; delay(10）； P2_2= 1; P2_3=0; P0=tableM； delay（10）; P2_3=1； void ADC_Drv_InitCh（unsigned char ChNo）P1ASF = P1ASF （0x01 << ChNo）;/初始化相應(yīng)通道工作在AD模式下void ADC_Drv_StartCh（uchar ChNo） /轉(zhuǎn)換啟動(dòng)uint Delay = 0x00；P1ASF = P1AS