基于單片機的可控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計——硬件畢業(yè)設(shè)計論文

1、東華理工大學長江學院本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）論文題目：基于單片機的可控直流穩(wěn)壓電源（硬件）姓名：學號：班級：年級：專業(yè)：系：指導(dǎo)教師：完成時間：2015年 5 月30日作 者 聲 明本人以信譽鄭重聲明：所呈交的學位畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。對本設(shè)計（論文）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本畢業(yè)設(shè)計（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔。本畢業(yè)

2、設(shè)計（論文）成果歸東華理工大學長江學院所有。特此聲明。畢業(yè)設(shè)計（論文）作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 本人聲明：該學位論文是本人指導(dǎo)學生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過論文的全部內(nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準確性。 學位論文指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日基于單片機的可控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計（硬件設(shè)計）杜玉成Design of a digital controlling power supplbased on MCU (hardware design)Du Yu Cheng2015年6 月1日摘要本設(shè)計是研究單片機的可控電源的研究和設(shè)計對未來發(fā)展的意義，從本次研究來說介紹

3、的是可控電源領(lǐng)域的發(fā)展和前景，再就是關(guān)于可控電源存在的一些問題和技術(shù)上的弊端，現(xiàn)在就對于這些問題做出相應(yīng)的設(shè)計方案，本篇論文分以下幾個模塊，主電源電源模塊，穩(wěn)壓電路模塊、電壓/電流采集的設(shè)計和過流保護。在鍵盤上設(shè)置一個進步等級為0.1的固定電壓，輸出電壓值范圍在5-15V,流過電路的最大電流為1A,本系統(tǒng)有一個保護電路(過流保護電路）這是為了怕電路電流過大的是燒毀電路，當電流值很大的時候，開關(guān)就會自動斷開，同時同過報警器發(fā)出報警聲。系統(tǒng)采集的電壓通過A/D轉(zhuǎn)換器輸入至單片機，輸出顯示到四位數(shù)碼管上。再通過單片機PID運算，從而控制PWM波占空比調(diào)節(jié)控制開關(guān)管的通斷時間來輸出不同的電壓。方案的可

4、靠性是由對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的分析和對電壓輸出的穩(wěn)定來判定的。從現(xiàn)在來看世界上對電力電子技術(shù)的發(fā)展和研發(fā)，有著重要的開發(fā)意義，在航空航天、計算機、通訊、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域有著重大的用處。開關(guān)電源能把電網(wǎng)提供的強電和弱電,變成各式各樣的電氣設(shè)備和儀器提供所需要穩(wěn)定的強電和弱電,穩(wěn)壓電流在設(shè)備中至關(guān)重要。是一個設(shè)備的運輸系統(tǒng)。就從目前的電源來看，存在輸出電壓和電流不穩(wěn)定、精度不穩(wěn)定等的問題,就這些問題，設(shè)計出一款新的高性能的開關(guān)電源非常的重要。關(guān)鍵字：電源； 數(shù)字控制； 單片機； PWMABSTRACT This design is the significance of the research and d

5、esign studies SCM controllable power supply for the future development of the presentation from this study is controllable power in the field of development and prospects, then there are some questions about the existence of controllable power and technology The drawbacks of these issues now to make

6、 the appropriate design, this paper points to design and overcurrent protection following modules, the main power modules, voltage regulator circuit module, voltage / current collection. Set on the keyboard of a progressive class 0.1 fixed voltage, the output voltage range of 5-15V, the maximum curr

7、ent flowing through the circuit is 1A, the system has a protection circuit (protection circuit) This is for fear circuit overcurrent The burning of the circuit is large, when the current value is large when the switch will automatically disconnect, and sound an alarm over the same alarm. System volt

8、age collected by A / D converter input to the microcontroller, the output displayed on four digital. PID operation through the microcontroller to control the PWM duty cycle of adjustment control switch-off time to output different voltages. Reliability program is made in the system of data analysis

9、and the stability of the output voltage to judgment. From now on, the world of power electronics technology development and research, development has an important significance in the aerospace, computer, communications, medical equipment and other areas of great usefulness. Electric and electronic s

10、witching power supply grid can offer, into a wide variety of electrical equipment and instruments provide stable electric and electronic, regulated current needs is crucial in the device. It is a device of the transport system. On power from the current point of view, the presence of output voltage

11、and current instability, precision instability problems, on these issues, to design a new high-performance switching power supply is very important.Keywords: power; digital control; SCM; PWM目 錄緒 論11.1穩(wěn)壓電源概述11.1.1穩(wěn)壓電源的背景及研究意義1 1.1.2可控直流穩(wěn)壓電源的國內(nèi)外現(xiàn)狀11.1.3穩(wěn)壓電源的分類21.2本文主要研究內(nèi)容3第二章 方案設(shè)計與選擇4第三章 可控直流電源的組成及硬件設(shè)

12、計63.1 總系統(tǒng)整體電路設(shè)計63.2系統(tǒng)的元器件選擇73.3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計103.3.1 主電路設(shè)計103.3.2 斬波電路113.3.3驅(qū)動電路設(shè)計123.3.4 供電電源的設(shè)計12 3.3.5電壓/電流采集的設(shè)計13 3.3.6保護電路的設(shè)計15第四章 系統(tǒng)調(diào)試164.1 硬件調(diào)試164.1.1 供電電源模塊測試164.1.2 按鍵電路、顯示電路測試164.1.3軟硬件聯(lián)合調(diào)試174.1.4數(shù)據(jù)測量17結(jié) 論18致 謝19參考文獻20附 錄21緒 論1.1穩(wěn)壓電源概述1.1.1穩(wěn)壓電源的背景及研究意義隨著電源技術(shù)在各個科技領(lǐng)域的應(yīng)用，電源技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)是種專業(yè)的。電源技術(shù)其實就是一些功率

13、半導(dǎo)體器件。經(jīng)過時間的推移電力技術(shù)的變化和變換、現(xiàn)代的電子技術(shù)、自動控制技術(shù)這些技術(shù)的交融使得穩(wěn)壓電源得到了更多的應(yīng)用。經(jīng)現(xiàn)代化的科學技術(shù)的突飛猛進，電源技術(shù)在各個領(lǐng)域有著重要的作用。就現(xiàn)在的情況來看電源技術(shù)是包含了許多的學科知識，這就是為什么說電源技術(shù)是一門復(fù)雜的學科。通過電源技術(shù)可以知道。電源技術(shù)對科技的重要性?？煽刂绷麟娫吹难芯亢驮O(shè)計對人類有著重要的意義，就研究可控直流電源和設(shè)計可控直流電源是有著重大的意義。從社會和家庭來看可控電源對社會和家庭越來越重要。隨著科技個社會的進步，電子設(shè)備越做越精。所以小型化電源在以后會更加的普及，傳統(tǒng)開關(guān)電源在以后必將淘汰。在未來的制作小型電源是有這個的必

14、要，要是用單片機來控制就可以制造出更加簡單的電源結(jié)構(gòu)。這樣就能研發(fā)出更加小的電源。這樣就很有必要開發(fā)出一個小型的電源，輸出電壓穩(wěn)定，精度較高，調(diào)節(jié)元件的范圍大、智能化、數(shù)字化的穩(wěn)壓電源，使其電子技術(shù)應(yīng)用成為科學領(lǐng)域一顆璀璨的新星。對穩(wěn)壓電源的設(shè)計研究具有一定的理論價值和較強的實際應(yīng)用價值。1.1.2可控直流穩(wěn)壓電源的國內(nèi)外現(xiàn)狀電源在科學技術(shù)有著不可替代的位置，從電源來看自動化技術(shù)也是不能缺少的部分，直流穩(wěn)壓電源在各個領(lǐng)域是必不可少的電源。穩(wěn)壓電源現(xiàn)在已經(jīng)被重視，電源技術(shù)的應(yīng)用對我們的生活和經(jīng)濟的發(fā)展都起到了重大的變化。自從60年代開始，世界上的第一臺開關(guān)電源的出現(xiàn)，開關(guān)電源就在全球快速的發(fā)展起

15、來，直流穩(wěn)壓電源也因此誕生，我們根容易發(fā)現(xiàn)，電源的價格問題是電源么有普及的一個重要的原因。到了80年代的時候，隨著電子元器件的發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源受到市場的沖擊電源的價格也隨著降低。使得電源在人們生活中得到更加的廣泛的使用。在現(xiàn)代直流電源已經(jīng)在各領(lǐng)域得到了廣泛的用處，所以現(xiàn)在要對高頻進行研究。在穩(wěn)壓電源方面我們國家屬于落后的，1973年才開始對穩(wěn)壓電源的研究，隨著穩(wěn)壓電源的研究我們國家也在小功率單端變換器發(fā)展比較成功。主要是體現(xiàn)在功率半導(dǎo)體器件和控制集成化這個兩個方面上，與國際上的穩(wěn)壓電源的差別還是很大。所以，在直流穩(wěn)壓電源的研究和應(yīng)用跟國際上的差別還是很大。就DC/DC模塊電源來說，DC/DC

16、的巨大的市場還是國外品牌占主要的部分，它們在大功率模塊電源占據(jù)了75%和中小功率模塊電源50%的市場。但是，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)的正規(guī)性，中小功率電源已經(jīng)被我們本土的電源所代替。只是在開關(guān)頻率和單元單機功率兩個方面對于我們來說遠遠不夠的。而且輸入電壓的方式也只有兩種方式。工頻交流電和直流電。 1.1.3穩(wěn)壓電源的分類可控電源是一種為負載提供穩(wěn)壓電源的裝置，現(xiàn)在在現(xiàn)代科技上用的還是比較多。穩(wěn)壓電源一般有這幾種類型。按照輸出的種類來分可以分為兩種直流、交流穩(wěn)壓電源兩種。按照穩(wěn)壓電路和負載的連接可以分為兩種方法分別串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源如果負載并聯(lián)在調(diào)整元件的兩端，這就是并聯(lián)可控穩(wěn)壓直流電源

17、，輸出電壓在輸入端電源電壓和負載電流有變動的時候，如果要穩(wěn)定電壓電流值，并聯(lián)穩(wěn)壓電源就需要改變通過調(diào)整管元件電流的大小值。但是這種穩(wěn)壓電源效率不是很好，所以只能用在一些專用的場合。反而言之，當元器件與負載在電源中串聯(lián)時，就被稱串聯(lián)穩(wěn)壓電源輸出電壓的值太依靠串聯(lián)電路中的輸入、輸出端之間的調(diào)節(jié)元件，調(diào)整元件可以通過自身的等效電阻來得到不同的電壓。按照調(diào)整管在運行的時候可以分為以下兩種情況，第一種是線性穩(wěn)壓電源、第二種是開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源是借助調(diào)整管運行的時候的在線性放大區(qū)來實現(xiàn)穩(wěn)壓。線性穩(wěn)壓電源的調(diào)整的跨度是比較大的、就穩(wěn)定性來講要比穩(wěn)壓電源要穩(wěn)定的多，但是沒有并聯(lián)穩(wěn)壓效率好，串聯(lián)形式的穩(wěn)

18、壓電源和并聯(lián)形式的穩(wěn)壓電源做一個對比，它們調(diào)整關(guān)運行的狀況，開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作效率就可以提高到72%-87%，線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源電壓相比，開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)勢就更大了1。按照電路類型可以分為以下兩種情況。a參數(shù)穩(wěn)壓電源、b反饋穩(wěn)壓電源。參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋穩(wěn)壓電源相比較就要簡單的多，電路圖要相對簡單，一個元件的非線性的實現(xiàn)是通過電源的穩(wěn)壓來判定的，也就是說，電阻和穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓型電源，穩(wěn)壓電源分為兩種，分別是參數(shù)型和反饋型，兩種穩(wěn)壓電源相比，反饋型比參數(shù)型顯的更為復(fù)雜 。但是輸出的電壓比較高，反饋穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓是為了得到輸出電壓的變化量，通過多次的實驗與監(jiān)測環(huán)節(jié)，穩(wěn)壓電源是由電路中的反饋電路將

19、反饋的信號進行放大，這樣就可以知道功率的放大。后面就有反饋穩(wěn)壓電源由控制調(diào)整器件，通過不停的控制調(diào)整器件使得輸出電壓與原值相差非常的小。反饋電路通過閉環(huán)控制系統(tǒng)的負反饋來調(diào)整該系統(tǒng)穩(wěn)定性。1.2本文主要研究內(nèi)容本設(shè)計利用單片機技術(shù),設(shè)計制作了一種的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計以AT89S51單片機為核心,采A/D采樣反饋的工作方式,對輸出電壓進行校正,利用穩(wěn)壓芯片得到的電壓實現(xiàn)對單片機和電壓比較器的供電,四位數(shù)碼管顯示由鍵盤控制?；疽笕缦拢?1)、輸出直流電壓調(diào)節(jié)范圍515V，直流電流01A。(2)、具有電壓預(yù)置與電壓步進功能，電壓0.1V步進微調(diào)，1V步進粗調(diào)。(3)、輸出具有短路保護功能。(

20、4)、具有人機界面，能實時顯示電壓電流值。 第二章 方案設(shè)計與選擇2.1直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu) 電子設(shè)備都是在整流器進行供電在交流電源進行供電是如果電壓和負載電流突然發(fā)生變化時，這就會導(dǎo)致整流器中的電壓有變動。在電子設(shè)備，一些高端的電子測試儀器、自動化控制裝置、電子計算機等，要想在檢測是的數(shù)據(jù)保證一定的準確，電源電壓必須保持穩(wěn)定不變，如果直流電源電壓改變了就可能導(dǎo)致設(shè)備無法工作和損壞。所以在給高端的電子儀器電流電壓是一定要用直流穩(wěn)壓電源。一般構(gòu)成直流穩(wěn)壓電源兩個重要的組成部分是整流器和濾波器。如下所示三種方案對比。方案一：采用LM7805電路做電源由LM7805芯片在電路中需要的元件也少，電路中有

21、過流、過熱和調(diào)整管使得電路更加的安全，這樣就使得電路在運行時候不容易被損壞，而且價格便宜，LM7805工作時發(fā)熱比較嚴重，當LM7805穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓管就會被損壞這樣就會使得穩(wěn)壓性會差。所以使用時需要加散熱片，但這個電源輸出是恒定的5V電源，適用范圍比較小。方案二：采用LM317電路做電源 LM317是一種可以調(diào)集成穩(wěn)壓器，輸出的電壓是可以調(diào)節(jié)的，LM317是屬于可以調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，電壓的調(diào)節(jié)范圍，噪音，仰制比都可以調(diào)節(jié)，2.2A是它輸出電流的最大值，1.2537v是電壓的輸出范圍，1.25v基準在管腳1和管腳3之間。使得穩(wěn)壓器的性能在電路中達到最好，R1的值由圖可知設(shè)置為200，通過調(diào)

22、節(jié)R3的電阻值來確定穩(wěn)壓器的電壓值。輸出電壓：Uo=(1+R3/R1)*1.25，又因為電阻值是可以調(diào)節(jié)的，所以輸出電壓不一定是整數(shù)，從而導(dǎo)致電源輸出電源誤差較大。方案三：采用單片機電路做電源 單片機的可調(diào)穩(wěn)壓電源就是將數(shù)字電路與單片機的融合組成的電路，能成高精度數(shù)字電路，而且復(fù)雜的純數(shù)字電路也能被單片機簡單化。采用單片機后，可以節(jié)省很多芯片，得到的輸出電壓更穩(wěn)定，準確度更高，達到要求的速度會更快；使得調(diào)整電源用單片機進行編寫就更加的簡單，只需將程序修改，不用改變硬件電路，使得單片機電源的功能更多。單片機經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換由數(shù)模的轉(zhuǎn)換給出一個穩(wěn)定的電壓值，作為基準電壓，電源還能用鍵盤設(shè)定輸出電壓值，

23、單片機不用加反饋控制，電源用的還是PWM控制芯片，工作的時候過程：當通過鍵盤設(shè)定的電壓值的時候， 單片機通過A/D轉(zhuǎn)換器，就能測出輸出端的電壓的值，再通過鍵盤設(shè)定的值和電源輸出電壓對比之間的差值，要有PWM脈沖輸出，直接控制電源的工作。如圖2-1電源電路顯示電路 單片機輸出電壓控制單元按鍵電路電壓、電流采集單元圖2-1 由以上三種方案比較，使得單片機電路的設(shè)計更好和合理，有要符合技術(shù)的指標，個人認為第三種方案更加的適合。本論文的設(shè)計中是以單片機為主體的，反饋系統(tǒng)是單片機的持有的系統(tǒng)。而且為電路省去了D/A芯片，這樣一來就可以減少成本。這樣電路完全是有單片機來控制。而且結(jié)構(gòu)簡潔、靈活、可擴展性也

24、好。就更加的適合本次的畢業(yè)設(shè)計。而且能達到設(shè)計的要求。單片機用的型號是AT89S51，A/D芯片則用的是ADC0890.用液晶顯示來顯示電壓和電流的值，鍵盤設(shè)定電壓。因為在設(shè)計的要求里說明了輸出是可以調(diào)節(jié)的，所以我們先要給鍵盤輸入一個值。通過這樣輸入不同的電壓，輸出的時候就可以得到不同的電壓值。第三章 可控直流電源的組成及硬件設(shè)計3.1 總系統(tǒng)整體電路設(shè)計數(shù)控穩(wěn)壓電源電路設(shè)計包括輸入整流濾波電路、開關(guān)變換電路、輸出整流濾波電路、采樣電路，保護電路，顯示、按鍵處理及越限報警部分。其設(shè)計電路框圖如圖3-2所示：圖3-2 系統(tǒng)整體電路框圖3.2系統(tǒng)的元器件選擇 AT89S51簡介單片機 AT89S5

25、1功耗低，擁有的CMOS性能相當高，單片機內(nèi)部擁有4000字節(jié)可循環(huán)讀寫的，只讀程序存儲器，采用了ATMEL公司密度高，記性強的制造特點，與MCS-51單片機和80C51系列單片機結(jié)構(gòu)相似，擁有8位CPU和存儲單元，在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用相當廣泛。 AT89S51主要性能特點1、4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器；2、128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）； 3、32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；4、2個中斷優(yōu)先級、2層中斷嵌套中斷；5、5個中斷源；6、2個16位可編程定時器/計數(shù)器；7、2個全雙工串行通信口；8、看門狗（WDT）電路；9、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；10、與MC

26、S-51兼容；11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；12、三級程序存儲器保密鎖定；13、可編程串行通道；14、低功耗的閑置和掉電模式。 AT89S51管腳說明AT89S51管腳如圖3-1所示：圖3-1 單片機最小系統(tǒng)VCC：電源電壓輸入端。GND：電源地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流

27、。P3口除了作為普通I/O口，還有第二功能： P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（T0定時器的外部計數(shù)輸入）P3.5 T1（T1定時器的外部計數(shù)輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端

28、口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。89C51的P0、P1、P2、P3口作為輸入時都是準雙向口。除了P1口外P0、P2、P3口都還有其他的功能。RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號端。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖

29、。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：外部程序存儲器訪問允許。當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編

30、程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。3.3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 3.3.1 主電路設(shè)計圖3-3 主電路的設(shè)計如圖3-3位主電路的設(shè)計，220v的交流電壓經(jīng)過變壓器為24v，然后全橋整流后變?yōu)橹绷?電容濾波后，進入降壓斬波電路，通過控制開關(guān)管IGBT的通段時間實現(xiàn)5到15v的調(diào)壓。 主電路中需確定整流二極管的電壓濾波、電容的值、IGBT的導(dǎo)通腳、電阻的阻值等。參數(shù)的確定。1） 對于整流二極管，由于：，。IN4001 的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。2) 對于濾波電

31、容，根據(jù)負載的情況選擇電容值，使 ,T為交流電源的周期20ms，經(jīng)計算選擇2200uf。3)由公式,當輸出電壓為15V時，輸出電流為0.1A-1A時，負載的電阻阻值15-150.4)對于二極管的選擇，當=1時，其承受最大反壓30V；而當趨近于1時，其承受最大電流趨近于1A，故需選擇額定電壓大于30V，額定電流大于1A的二極管。5)主電路不僅要確定電感的參數(shù)，而且要適當選擇IGBT和二極管。但電感參數(shù)的計算是非常復(fù)雜的，根據(jù)工程經(jīng)驗法，認定電感值L很大為1mH.3.3.2 按鍵電路 就目前就兩種方式按鍵電路，一種是獨立式鍵盤電路，另一種是行列式矩陣鍵盤電路。獨立式鍵盤電路是各個按鍵互相獨立，每個

32、按鍵單獨連接一條輸入線，另一端接地，通過檢測輸入線的電平就可以判斷該鍵是否被按下。直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，每根I/O口線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。這種方式無論在硬件連接還是軟件編譯處理上都比較簡單，直接選取輸入鍵值，簡單快捷并且節(jié)省電路板面積，但按鍵的數(shù)目較少。 比較兩種方式后，設(shè)一個預(yù)置的電壓，所以使用4*4行列式矩陣鍵盤共16個按鍵，I/O口使用P2口，10個數(shù)字鍵0至9、粗調(diào)步進“+1V”、粗調(diào)減“-1V”、微調(diào)步進“+0.1V”、微調(diào)減“-0.1V”、一個電壓電流顯示切換鍵、預(yù)制電壓時位選鍵（即十位、個位、十分位），具體讀鍵形式如下：先判斷鍵盤中有無

33、鍵按下，將全部行線P2.0-P2.3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 當找到按鍵后根據(jù)所對應(yīng)的的行線值和列線值，按特定的方式即可組合成為按鍵的特征值，加入第7個鍵按下了，按鍵位于第2行、第3列的交叉處，當掃描到第2行時，置行線值為1101，列線值為1011，列線不全為1，表明找到了按鍵。這時只要把行線值和列線值合并成為1101 1011就是該按鍵的特征碼。 按鍵電路如圖3-4. 圖3-4 按鍵電路3.3.3斬波電路降壓斬波電路是整個主電路的核心，其原理圖如

34、圖3-5所示，圖3-5 降壓斬波電路圖 在如圖3-5中降壓斬波電路中，使用了一個全控型器件的IGBT,當V導(dǎo)通的時候正經(jīng)過V向電感線圈充電，電流如圖中的，當V關(guān)斷時，電感線圈經(jīng)過R,放電使電流連續(xù)且脈動，負載電流下降，電壓為0.當V再次導(dǎo)通時。重復(fù)這過程，在電路工作在穩(wěn)態(tài)時，負載電流的起始值和最終值在一個周期里相等。負載電壓的平均值為,公式中為V的導(dǎo)通時間。為V的關(guān)斷時間，T為開關(guān)周期，為占空比（0<<1).由公式可知的最大值為E，當減小時，隨之減小，,當時，電流連續(xù)。根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：（1）保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間，稱為脈

35、沖寬度調(diào)制（PWM方式）。（2）保持開關(guān)導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制。（3）和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。本次電路設(shè)計電路采用PWM方式控制IGBT的通斷。3.3.4 驅(qū)動電路設(shè)計IGBT是一種元器件，要直接驅(qū)動IGBT是難以控制的，所以在驅(qū)動電路中就要有信號放大的電路。而驅(qū)動電路中直流斬波電路又有電磁的干擾，控制電路就無法正常的工作，還可能使元器件燒毀和損壞。因此在設(shè)計中有個電器隔離部分。如圖3-6.圖3-6 驅(qū)動電路的設(shè)計3.3.5 供電電源的設(shè)計本系統(tǒng)采用兩種電源(主電源和輔助電源)供電，220V的交流電壓經(jīng)過變壓器為24V，通過全橋整流，在經(jīng)過大電容濾波后，先經(jīng)過

36、穩(wěn)壓芯片LM7812穩(wěn)壓到12V，作為電壓比較器電源，然后再通過穩(wěn)壓芯片LM7805將電壓穩(wěn)到5V，作為單片機工作電源，這樣逐次降壓能減小壓降。由于7812和7805負載重、功耗大必須加載散熱片。C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12為濾波電容阻止如圖3-7所示，大幅值的低頻成分會被電解電容濾掉，而脈動直流中的高次諧波就會被小無極性的電容濾掉。圖3-7 供電電源電路3.3.6電壓/電流采集的設(shè)計3.3.6.1 電壓采集 在降壓斬波電路之后，需要電壓和電流的采集。由于斬波后的電壓輸出范圍5-15V，而AD轉(zhuǎn)換芯片的輸入電壓0-5V，需要進行分壓且分壓比要為2：1，因此確定和的阻值為

37、2K和1K。假設(shè)最大值為15V分壓后的電壓為5V，這樣就實現(xiàn)了電壓的采集。經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量可以直接輸入單片機。圖3-8電壓采集電路3.3.6.2 電流采集電流通過霍爾電流傳感器進行采集?；魻栯娏鱾鞲衅骰诖牌胶馐交魻栐恚撮]環(huán)原理，當原邊電流IP產(chǎn)生的磁通通過高品質(zhì)磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊IP產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經(jīng)過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。如圖3-9為霍爾電流傳感器及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 圖3-9霍爾電流傳感器CSM005LX 載流導(dǎo)體的電流大小可以通過

38、測量霍爾電動勢間接求出。將采集的電路取樣電流通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量送入單片機。如圖3-10。圖 3-10電流采集電路 電流傳感器為CSM005LX的電流測量范圍0-5A,額定輸出電壓4V.電源電壓12V。傳感器按結(jié)構(gòu)圖說明接線，當待測電流從傳感器輸入端輸入，即可從輸出端測得與被測電流 一一電壓值即U=4I。3.3.7 保護電路的設(shè)計開關(guān)電源必須具備，過流、過熱、短路保護功能。在設(shè)計是起保護電路的參數(shù)，應(yīng)與用電設(shè)備相匹配。選擇保護功能齊備的開關(guān)電源模塊，以免損壞用電設(shè)備。本系統(tǒng)采用限流型的過流保護為主。同時為了滿足不同用戶對電源的要求,本電源具有輸出最大過流為1A。如圖3-11。

39、圖3-11保護電路其原理為:通過霍爾元件輸出的電壓信號送到比較器LM339。當系統(tǒng)的工作電流超過基準電流時,比較器產(chǎn)生正的跳變,該正跳變送入單片機中斷,產(chǎn)生保護動作,使可控硅不能導(dǎo)通工作,系統(tǒng)輸出電壓電流降低;當系統(tǒng)的工作電流恢復(fù)正常時(即系統(tǒng)的工作電流低于基準電流時),比較器輸出負跳變并傳入單片機中斷，保護動作取消，系統(tǒng)正常工作。3.3.8 顯示模塊采用數(shù)碼管作為顯示器件，數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價格便宜，

40、使用簡單是我們平時用的比較多的。工作原理：共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起，通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端，當某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)

41、字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。如圖3-12.3-12顯示模塊電路第四章 系統(tǒng)調(diào)試 經(jīng)過前面章節(jié)的理論分析和設(shè)計，完成了數(shù)控穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計，在最后對系統(tǒng)分別進行硬件測試，軟硬件聯(lián)合調(diào)試。4.1 硬件調(diào)試 在設(shè)計中主要是負責硬件部分，硬件部分測試主要測試硬件電路是否能夠按照理論設(shè)計正常工作。測試硬件電路是否有理論上的錯誤以及焊接錯誤。4.1.1 供電電源模塊測試工作時的電壓都是由電源給系統(tǒng)提供的，因此一個穩(wěn)定的電源對系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作十分重要。打開系統(tǒng)電源，分別用外用表測量12V電壓和5V電壓的輸出端，測量十次，

42、每次間隔1分鐘記錄結(jié)果如下表4.3。 次數(shù)12 34512V電源12.5412.5512.5312.5612.555V電源5.025.015.025.025.02表4.1電源測量值分析結(jié)果可知，12V電源穩(wěn)定在12.55V，5V電源穩(wěn)定在5.02V，基本滿足系統(tǒng)所需電壓，并且測量時間為十分鐘，可見電源輸出穩(wěn)定，則證明了電路能正常的工作。4.1.2 按鍵電路、顯示電路測試1.按鍵電路的硬件測試按鍵電路的硬件測試通過測量按鍵斷開以及按鍵閉合時刻的I/O電壓值來判斷按鍵電路是否正常。舉例測量S1-S4斷開和閉合的電壓值，記錄如下表4.2。KEYS1S2S3S4閉合 4.88V4.78V4.80V4.

43、85V斷開0.05V0.02V0.08V0.07V表4.2 結(jié)果顯示，按鍵電路正常。2. 顯示電路的硬件測試 向單片機中寫入一個簡單的顯示程序，用來檢測四位數(shù)碼管電路是否正常。通過測試，顯示模塊能正常的工作。4.1.3軟硬件聯(lián)合調(diào)試1. 在硬件電路焊接完成后，調(diào)試電路，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管沒有顯示5V，顯示亂碼，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器與單片機連接錯誤，沒有分清高低位。2. 依然不顯示數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)四位數(shù)碼管接線錯誤。3. 經(jīng)調(diào)試，數(shù)碼管顯示6V，但不可以調(diào)步進，發(fā)現(xiàn)按鍵部分程序有誤；4. 可調(diào)步進為0.1V和1V，范圍為515V，但不能復(fù)位；4.1.4數(shù)據(jù)測量通過前面章節(jié)的設(shè)計以及硬件測試，基本確定硬件結(jié)構(gòu)

44、和軟件整體思想和流程正確。對系統(tǒng)的調(diào)試，采用先模塊后整體的思想，先對一個個模塊進行調(diào)試，然后再聯(lián)合成一個整體測試。經(jīng)過測試，系統(tǒng)整體功能整體正常，分別選取五個不同的電壓值，對系統(tǒng)進行了測試，具體結(jié)果如表4.5所示。組數(shù)數(shù)碼管顯示：單位（伏）實際測量：單位（伏）誤差：單位（伏）105.005.10.1207.007.20.2309.009.20.2411.011.10.1513.013.10.1表4-3分析數(shù)據(jù)可得，最小誤差為0.1V，最大誤差為0.2V，基本在誤差范圍內(nèi)。結(jié) 論隨著電子工程技術(shù)在全球已經(jīng)得到了廣泛的用處，如工業(yè)，農(nóng)業(yè)，商業(yè)上。電源技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為電子工程中的一門專業(yè)為技術(shù)。所以

45、只有去了解開關(guān)電源和單片機的工作機理充分了解的基礎(chǔ)上,主電路上主要用的還是整流濾波，再經(jīng)過PWM輸出,來控制斬波電路的輸出電壓值，控制電路采用單片機和其外圍電路,使得系統(tǒng)能夠設(shè)定輸出電壓值。電壓值、電流值輸出顯示及過流保護等功能。從本設(shè)計的元器件選擇、電路設(shè)計、整體設(shè)計的原理及過程。系統(tǒng)地介紹了硬件的組成和設(shè)計方法。1 簡單分析了開關(guān)電源的各種結(jié)構(gòu),并設(shè)計本次題目的系統(tǒng)方案2 對電源系統(tǒng)的主電路進行設(shè)計,其中包括整流濾波電路、降壓斬波電路、輔助供電電源電路，開關(guān)管驅(qū)動電路。3 對電源系統(tǒng)的控制電路進行設(shè)計,開發(fā)了以單片機為核心的電源控制系統(tǒng),設(shè)計了單片機的外圍電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、鍵盤電路和顯示

46、電路和過流保護電路。4 對系統(tǒng)的干擾進行了詳細的分析,并采取了相應(yīng)的軟、硬件抗干擾措施,從而使得系統(tǒng)更加的穩(wěn)定。由于時間上的原因，在論文的研究過程中以下方面還存在著不足,有待于進一步改善，在今后的工作中，個人認為以下幾個問題還是要改進的;(1) 該系統(tǒng)的輔助電源采用的是穩(wěn)壓芯片LM7805和LM7812，功耗太大，會造成芯片溫度太高。需要采用其他更為可靠地的輔助電源。(2) 在主電路設(shè)計中,選擇合適的電容,進行諧振,使電路工作于軟開關(guān)狀態(tài),所以只有在電路的設(shè)計中正確的選擇元器件和方法才能提高輸出電壓的穩(wěn)定性。(3)考慮到諧波電流的存在,該系統(tǒng)前級可以加入功率因數(shù)校正(PFC)模塊,減少高次諧波的影響,提高電源的功率因數(shù),提高整機效率，如果在上述幾個方面進一步的研究改進,該電源的性能將會極大的提高,在未來的時間里會廣泛的應(yīng)用。致 謝本次的論文設(shè)計是在張勝群老師的耐心指導(dǎo)下完成的，這次的論文設(shè)計，非常感謝張勝群老師。同時也感謝我的搭檔彭玖福同學。對此衷心的謝謝老師和我搭檔的關(guān)心。經(jīng)過畢業(yè)論文的設(shè)計。從中也學會了怎么把課本上學到的