基于模擬集成技術(shù)開(kāi)關(guān)電源變換器設(shè)計(jì)

1、XX學(xué)院 物電學(xué)院 2015屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)基于模擬集成技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源變換器的設(shè)計(jì)？(XX學(xué)院 物理與電子信息學(xué)院 253023)摘 要 本設(shè)計(jì)是基于模擬集成技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源變換器的設(shè)計(jì)，變換器采用PWM脈寬調(diào)制信號(hào)芯片TL494為主芯片，以STC89S52單片機(jī)為控制器，以開(kāi)關(guān)電源Buck串聯(lián)降壓電路, A/D模塊, D/A模塊, 鍵盤輸入和LCD顯示輸出模塊為輔助模塊，制作了一個(gè)輸出電壓為5V-15V可調(diào) DC/DC模塊構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源變換器。電源模塊由TL494控制Buck電流構(gòu)成，通過(guò)電壓反饋控制將輸出電壓穩(wěn)壓到所需要的電壓。STC89C52單片機(jī)控制器采樣輸出電壓，通過(guò)給電

2、源模塊一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，改變各電源模塊的內(nèi)部輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定可調(diào)的電壓。關(guān)鍵詞 開(kāi)關(guān)電源變換器; TL494; STC89C52單片機(jī); PWM脈寬調(diào)制信號(hào); Buck電路1 緒論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，現(xiàn)今社會(huì)，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢(shì)，設(shè)備的性能、價(jià)格、發(fā)展空間等備受人們的關(guān)注，尤其對(duì)電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)心。性能好的電子設(shè)備，首先離不開(kāi)穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設(shè)備和外圍條件越優(yōu)越，那么設(shè)備的壽命更長(zhǎng)?；诖?，人們對(duì)高精度、高穩(wěn)定性的開(kāi)關(guān)電源的需求越來(lái)越迫切。目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今

3、電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。1.1國(guó)內(nèi)外開(kāi)關(guān)電源的研發(fā)現(xiàn)狀自20世紀(jì)50年代，美國(guó)宇航局以小型化重量輕為目標(biāo)而為搭載火箭開(kāi)發(fā)首個(gè)開(kāi)關(guān)電源以來(lái)，在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展中，開(kāi)關(guān)電源逐步取代了傳統(tǒng)技術(shù)制造的相控穩(wěn)壓電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)設(shè)備中。隨著集成電路的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源逐漸向集成化方向發(fā)展，趨于小型化和模塊化。1977年國(guó)外首先研制成脈寬調(diào)制(PWM)控制器集成電路，美國(guó)Motorola公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相繼推出一系列PWM芯片。近些年來(lái)，國(guó)外研制出開(kāi)關(guān)頻率達(dá)1MHz的高速PWM、PFM芯片。單片開(kāi)關(guān)電源已形成了幾十個(gè)系列、數(shù)百種產(chǎn)品。

4、單片開(kāi)關(guān)電源自問(wèn)世以來(lái)便顯示出強(qiáng)大的生命力，其作為一項(xiàng)頗具發(fā)展前景和影響力的新產(chǎn)品，引起了國(guó)內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。單片開(kāi)關(guān)電源具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為開(kāi)發(fā)中小功率開(kāi)關(guān)電源、精密開(kāi)關(guān)電源及開(kāi)關(guān)電源模塊的優(yōu)選集成電路。與國(guó)外開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)從1977年才開(kāi)始進(jìn)入初步發(fā)展期，起步較晚、技術(shù)相對(duì)落后。目前國(guó)內(nèi)DC/DC模塊電源市場(chǎng)主要被國(guó)外品牌所占據(jù)，它們覆蓋了大功率模塊電源的大部分以及中小功率模塊電源一半的市場(chǎng)。但是，隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，進(jìn)口中小功率模塊電源正在快速被國(guó)產(chǎn)DC/DC產(chǎn)品所代替。1.2開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向及意義目前市場(chǎng)上開(kāi)關(guān)

5、電源中功率管多采用雙極型晶體管，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫；采用MOSFET的開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百千赫。為提高開(kāi)關(guān)頻率，必須采用高速開(kāi)關(guān)器件。對(duì)于兆赫以上開(kāi)關(guān)頻率的電源可利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開(kāi)關(guān)方式。它可以極大地提高開(kāi)關(guān)速度，理論上開(kāi)關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開(kāi)關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開(kāi)關(guān)方式的兆赫級(jí)變換器已經(jīng)實(shí)用化。開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下三個(gè)方面。一、小型化、薄型化、輕量化、高頻化開(kāi)關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積，并能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，高頻化是開(kāi)關(guān)電源的主要發(fā)展方向。二、高可靠性從設(shè)計(jì)方面著眼，盡可能使

6、用較少的器件，提高集成度。既解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問(wèn)題，也增加了保護(hù)等功能，簡(jiǎn)化了電路，提高了平均無(wú)故障時(shí)間。三、低噪聲采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。所以，盡可能地降低噪聲影響是開(kāi)關(guān)電源的又一發(fā)展方向。開(kāi)關(guān)電源被譽(yù)為高效能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。采用了高頻變壓器和控制集成電路的開(kāi)關(guān)電源更具有效率高、輸出穩(wěn)定、可靠性高等特性，是今后電源的發(fā)展趨勢(shì)。開(kāi)關(guān)電源的使用為國(guó)家節(jié)省了大量銅材、鋼材和占地面積。由于變換效率提高，能耗減少，降低了電源周圍環(huán)境的室溫，改善了工作人員的環(huán)境。2 開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介及工作原理2.1 開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介開(kāi)

7、關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，兩者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但兩者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 是開(kāi)關(guān)電源的工作電壓，即：直流輸入電壓；K是控制開(kāi)關(guān)，R是負(fù)載。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)候，開(kāi)關(guān)電源就向負(fù)

8、載R輸出一個(gè)脈沖寬度為，幅度為的脈沖電壓；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷的時(shí)候，又相當(dāng)于開(kāi)關(guān)電源向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為，幅度為0的脈沖電壓。這樣，控制開(kāi)關(guān)K不停地“接通”和“關(guān)斷”，在負(fù)載兩端就可以得到一個(gè)脈沖調(diào)制的輸出電壓: =*/D，其中D=/T，所以可以推導(dǎo)出：=*D 。開(kāi)關(guān)電源工作原理圖如圖2-1所示。圖2-1 開(kāi)關(guān)電源工作原理圖大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源輸出都是直流電壓，因此，一般開(kāi)關(guān)電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。圖2-2是帶有整流濾波功能的串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作原理圖。圖中由一個(gè)整流二極管和一個(gè)LC濾波電路組成。其中L是儲(chǔ)能濾波電感，它的作用是在控制開(kāi)關(guān)K接通期間限制大電流通過(guò)，防止輸入電壓直接加到負(fù)載

9、R上，對(duì)負(fù)載R進(jìn)行電壓沖擊，同時(shí)對(duì)流過(guò)電感的電流iL轉(zhuǎn)化成磁能進(jìn)行能量存儲(chǔ)，然后在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷期間把 磁能轉(zhuǎn)化成電流iL繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出；C是儲(chǔ)能濾波電容，它的作用是在控制開(kāi)關(guān)K接通期間把流過(guò)儲(chǔ)能電感L的部分電流轉(zhuǎn)化成電荷進(jìn)行存儲(chǔ)， 然后在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷期間把電荷轉(zhuǎn)化成電流繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出；D是整流二極管，主要功能是續(xù)流作用，故稱它為續(xù)流二極管，其作用是在控制 開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間，給儲(chǔ)能濾波電感L釋放能量提供電流通路。在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間，儲(chǔ)能電感L將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL由反電動(dòng)勢(shì)eL的正極流出，通過(guò)負(fù)載R，再經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管D的正極，然后從續(xù)流二極管D的負(fù)極流出，最

10、后回到反電動(dòng)勢(shì)eL的負(fù)極。圖2-2帶有整流濾波功能的串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作原理圖2.2 開(kāi)關(guān)電源的常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介DC-DC變換有隔離和非隔離兩種。輸入輸出隔離的方式雖然安全，但是由于隔離變壓器的漏磁和損耗等會(huì)造成效率的降低，而本題沒(méi)有要求輸入輸出隔離，具體有以下幾種：拓?fù)湟唬航祲簲夭娐?Buck Chopper)。開(kāi)關(guān)管T1受占空比為D的PWM波的控制，交替導(dǎo)通或截止，再經(jīng)L和C濾波器在負(fù)載R上得到穩(wěn)定直流輸出電壓U。該電路屬于降壓型電路，能夠達(dá)到課題要求的5-15V的輸出電壓。電路如圖2-3所示。圖2-3降壓斬波電路拓?fù)涠荷龎簲夭娐? Boost Chopper)。并聯(lián)開(kāi)關(guān)電路原理與串聯(lián)

11、開(kāi)關(guān)電路類似，但此電路為升壓型電路，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)電感儲(chǔ)能，截止時(shí)電感能量輸出。只要電感繞制合理，不能達(dá)到題目要求的5-15V，且輸出電壓U，呈現(xiàn)連續(xù)平滑的特性。電路如圖2-4所示。圖2-4升降壓電路拓?fù)淙荷祲簲夭娐?Boost-Buck Chopper)。實(shí)際上此電路是在串聯(lián)開(kāi)關(guān)電路后接入一個(gè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)電路。用電感的儲(chǔ)能特性來(lái)實(shí)現(xiàn)升降壓，電路控制復(fù)雜。電路如圖2-5所示。圖2-5升降壓電路3開(kāi)關(guān)電源變換器設(shè)計(jì)3.1 開(kāi)關(guān)電源DC/DC拓?fù)湓O(shè)計(jì)3.1.1 DC/DC基本拓?fù)湓O(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)采用數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)并同輸出采樣的反饋信號(hào)做加法運(yùn)算后輸入到PWM控制芯片的比較端，然后由芯片自身根據(jù)反饋

12、量來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比。從而達(dá)到所需的穩(wěn)定電壓值的目的。本設(shè)計(jì)主要由輔助工作電源、電源模塊、單片機(jī)控制器等幾部分組成，硬件系統(tǒng)框圖如圖3-1所示，其中，輸出微機(jī)可調(diào)電源模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為Buck電路。輸入濾波DC/DC變換輸出濾波電阻控制IC控制脈沖電壓反饋二極管微機(jī)調(diào)節(jié)信號(hào)給定電壓采樣24V+-圖3-1硬件系統(tǒng)框圖3.1.2 開(kāi)關(guān)電源控制器本設(shè)計(jì)采用以TL494芯片為核心的PWM控制器。TL494是一種性能優(yōu)良的脈寬調(diào)制控制電路，可作為推挽式、全橋式半橋式開(kāi)關(guān)電源控制器，工作額定頻率為10kHz-300kHz，輸出電壓可達(dá)40V。其內(nèi)置一個(gè)線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過(guò)一個(gè)外部電阻和一

13、個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本控制器中只用到了TL494的誤差放大器I，將誤差放大器的IN（16腳）接地、IN（15腳）接高電平。為保護(hù)TL494的輸出三極管，經(jīng)R26和R25分壓，在4腳加接近0.3V的間歇期調(diào)整電壓。R13、C14和C6組成了閉環(huán)校正網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)分析得出該電源的T作頻率為30kHz，又因?yàn)?、6腳為振蕩器的RT. CT輸入端，決定工作頻率。如圖3-2為TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖3-2 TL494內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖本設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用如圖3-2所示。其中輸入電壓的為直流供電電壓，晶體管T為開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)管的基極信號(hào)u。為矩形波（也是PWM的輸m），電感L和電容C組成濾波電路，D

14、為續(xù)流二極管。本設(shè)計(jì)中的電源工作原理如下：T管的工作狀態(tài)受的控制。當(dāng)為高電平時(shí)，飽和導(dǎo)通，通過(guò)T給電感L充電儲(chǔ)能，充電電流幾乎線性增大；D受到反壓截止；濾波電容C對(duì)負(fù)載電阻放電；當(dāng)為低平時(shí)，T截止，L產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，其方向阻止電流的變化，因而電流與同方向，兩個(gè)電壓相通過(guò)二極管D對(duì)C充電。所以，無(wú)論T和D的狀態(tài)如何，負(fù)載電流方向始終不變。3.1.3 DC/DC電路設(shè)計(jì) DC/DC電路原理如圖3-3所示，該電路是以TL494為核心的單端PWM降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。圖中C2與R11決定了振蕩器振蕩頻率，也就決定了最終輸入的PWM信號(hào)的頻率。電阻R8阻值為0.1歐，作限流保護(hù)作用。其內(nèi)部誤差放大器的同相

15、輸入端（腳1）通過(guò)5.1K的電阻R9接輸出反饋信號(hào)，而反相器輸入端（2腳）經(jīng)R6與14腳的基準(zhǔn)電壓相連。輸出電壓變化時(shí)，1腳得到的反饋信號(hào)也相應(yīng)變化，同2腳上的基準(zhǔn)電壓比較后經(jīng)誤差放大器輸出，也即加在芯片內(nèi)的PWM比較器同相輸入端的電壓信號(hào)相應(yīng)發(fā)生變化，使得芯片輸出的PWM占空比相應(yīng)變化，從而使輸出電壓穩(wěn)定。由R11=10K , C2=100pF ，使得振蕩頻率f=1.1/R11C2=1100KHz。電感最小值、濾波電容及電流峰峰值的計(jì)算公式如3.1，3.2，3.3Lmin=(Ui-Uo) / 2×IoTon （3.1）C>Uo×ToFF / (8×L

16、15;f×Uo) （3.2）Iop=ILP=(Ui-Uo) / 2×LTon + Io （3.3）通過(guò)理論計(jì)算后，結(jié)合實(shí)際情況選擇了2mH的電感和470uF的電容。整流濾波之后的波形圖，如圖3-4所示。圖3-3 DC/DC電路原理圖圖3-4整流濾波之后的波形圖3.2供電模塊設(shè)計(jì)220V市電經(jīng)工頻變壓器降至18V AC，經(jīng)整流和濾波作為電源模塊調(diào)試時(shí)的輸入24V DC，24V DC經(jīng)7815穩(wěn)壓后給電源模塊的運(yùn)算比較電路提供工作電源；+15V DC經(jīng)7805穩(wěn)壓后給STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)提供工作電源。工作電源電路如圖3-5所示。圖3-5 工作電源電路圖3.2.1 整流濾波

17、電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用橋式整流電路把交流電轉(zhuǎn)化成直流電，如圖3-6所示。橋式整流與半波流的相比，輸出電壓的脈動(dòng)小很多。由于還需要進(jìn)行DC-DC的精確變換，對(duì)直流的要求不是很高，所以在整流后只加上個(gè)電容進(jìn)行濾波，以減小整流后直流電中的脈動(dòng)成分。圖3-6橋式整理濾波電路3.2.2 工作輔助電源設(shè)計(jì)由AC/AC、AC/DC、DC/DC等幾部分組成。電路圖如圖3-7所示。220V市電經(jīng)工頻變壓器降至18V AC，經(jīng)整流和濾波作為電源模塊調(diào)試時(shí)的輸入24V DC，24V DC經(jīng)7815穩(wěn)壓后給電源模塊的運(yùn)算比較電路提供工作電源；+15V DC經(jīng)7805穩(wěn)壓后給STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)提供工作電源。圖3-7

18、 輔助工作電源電路對(duì)于濾波電容的選擇，要考慮三點(diǎn)： 整流管壓降；7815最小允許壓降Ud；電網(wǎng)波動(dòng)10%。由此計(jì)算得到允許紋波的峰峰值。= 18(1-10%)-0.7-Ud-15=4.9V （3.4）按近似電流放電計(jì)算，并沒(méi)=（通角），則 C=1430uF， （3.5）故選取濾波電容C=2200uF/30V。計(jì)算允許的最大紋波峰-峰值：=9(1-10%)-1.4-2.3-5=2.76(V) (3.6) C=3500() (3.7)2.5VREF2.5+0.1V (3.8)故選取濾波電容C=4700uF/16V。3.3 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)采用單片機(jī)STC89C52，它是把微處理器，存儲(chǔ)器(RAM

19、和ROM)，輸入/輸出接口以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成在一起的集成電路芯片。它與集成電路相結(jié)合，組成一個(gè)輸出電壓可以認(rèn)為設(shè)定，通過(guò)按鍵的鍵值來(lái)設(shè)定DA的數(shù)值量，然后又通過(guò)單片機(jī)把按鍵設(shè)定的鍵值送入DA芯片，由DA芯片來(lái)輸出模擬信號(hào)改變反饋量，在電源的輸出端采樣電壓，輸入端用AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，進(jìn)而對(duì)DA反饋進(jìn)行電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)。該模塊是控制和輸出與單片機(jī)一同構(gòu)成的模塊。利用單片機(jī)STC89C52和一些電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行探測(cè)。對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行一系列控制。如圖3-8系統(tǒng)整體框圖。負(fù)載DC/DC微控制單元鍵盤輸入輸入顯示AD轉(zhuǎn)換PWMDA220V18V隔離變壓器整流濾波系統(tǒng)供電圖3-8 控制

20、模塊整體框圖3.3.1 STC89C52性能簡(jiǎn)介STC89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和128字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器。STC89C52功能性能:與MCS-51成品指令系統(tǒng)完全兼容；2*4KB可編程閃速存儲(chǔ)器；壽命：10萬(wàn)次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；2*128*8B內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；片內(nèi)震蕩器和掉電模式。 3.3.2 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)電路時(shí)，晶振電路是不可缺少的，使所有的工作都

21、是在一個(gè)節(jié)拍（時(shí)鐘）下同步工作，這樣才不會(huì)沖突。STC89C52雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘,必須外部附加電路。STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，選擇11.0592MHZ的晶振，分頻后得到精確的波特率。復(fù)位電路選擇外部復(fù)位方式，用于單片機(jī)正常工作前，進(jìn)行復(fù)位，使CPU以及系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)明確的初始狀態(tài)，便于系統(tǒng)啟動(dòng)。單片機(jī)接+5V電源；晶體振蕩器頻率為11.0592MHz，晶振的兩個(gè)引腳分別連接在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2端，晶振的兩端再分別連接一個(gè)27pF電容后接地；復(fù)位電路經(jīng)電源正極（+5V）接10uF電容后接1

22、0k歐姆電阻接地，單片機(jī)復(fù)位端RST接在電容和電阻之間。P0端口接470K的上拉電阻，使其能夠正常輸入輸出，單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)的電路圖如圖3-9所示。圖39 STC89C52 最小系統(tǒng)電路圖3.4 A/D模塊設(shè)計(jì)3.4.1芯片介紹TLC549是 TI公司生產(chǎn)的一種低價(jià)位、高性能的8位 A/D轉(zhuǎn)換器，它以8位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于 17us，最大轉(zhuǎn)換速率為 40000HZ，4MHZ典型內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，電源為 3V至 6V。它能方便地采用三線串行接口方式與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價(jià)的測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)。TLC549 引腳圖3-10及各引腳功能。REF+：正基

23、準(zhǔn)電壓輸入2.5VREF+VCC+0.1V。REF：負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端， -0.1VREF-2.5V。且要求：（REF+）（REF-）1V。 VCC：系統(tǒng)電源3VVCC6V 。GND：接地端。 /CS：芯片選擇輸入端，要求輸入高電平 VIN2V，輸入低電平 VIN0.8V。 DATA OUT：轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)串行輸出端，與 TTL 電平兼容，輸出時(shí)高位在前，低位在后。 ANALOGIN：模擬信號(hào)輸入端，0ANALOGINVCC當(dāng) ANALOGINREF+電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全“1”(0FFH)，ANALOGINREF-電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全“0”(00H)。 I/O CLOCK：外接輸入/輸出時(shí)鐘輸入端

24、，同于同步芯片的輸入輸出操作，無(wú)需與芯片內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘同步。AD1I/O CLKVCCGNDREF-ANLGREF+87654321DIP/S0PTLC549TOP VIEW圖3-10 TLC549引腳3.4.2 TLC549工作時(shí)序當(dāng)/CS變?yōu)榈碗娖胶?，TLC549芯片被選中，同時(shí)前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高有效位MSB （A7）自 DATA OUT 端輸出，接著要求自 I/O CLOCK端輸入8個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)，前7個(gè) I/O CLOCK信號(hào)的作用，是配合 TLC549 輸出前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的 A6-A0 位，并為本次轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備：在第4個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)由高至低的跳變之后，片內(nèi)采樣/保持電路對(duì)輸入

25、模擬量采樣開(kāi)始，第8個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)的下降使片內(nèi)采樣/保持電路進(jìn)入保持狀態(tài)并啟動(dòng) A/D開(kāi)始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)間為 36 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大為 17us。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成前的這段時(shí)間內(nèi)，TLC549 的控制邏輯要求：或者/CS保持高電平，或者 I/O CLOCK 時(shí)鐘保持36個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的低電平。由此可見(jiàn)，在自 TLC549的 I/O CLOCK 端輸入8個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)期間需要完成以下工作：讀入前次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；對(duì)本次轉(zhuǎn)換的輸入模擬信號(hào)采樣并保持；啟動(dòng)本次 A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始。如圖3-11 TL549工作時(shí)序圖。圖3-11 TL549工作時(shí)序3.4.3 A/D電路設(shè)計(jì)圖3-12 所

26、示為TLC549與STC89C52的硬件連接電路。該硬件電路中，采用MAX813作為看門狗電路,既可自動(dòng)復(fù)位，也可手工復(fù)位。利用該電路可以用LCD液晶顯示0-255個(gè)數(shù)字量,若將TLC549的輸入引腳連接到示波器上，還可以顯示相應(yīng)的模擬電壓的變化情況。A/D系統(tǒng)TLC549與STC89C52的硬件連接硬件設(shè)計(jì)圖3-12 TLC549與STC89C52的硬件連接圖3.5 D/A模塊設(shè)計(jì)3.5.1 D/A芯片功能介紹MAX517 引腳頂視圖MAX517是MAXIM公司生產(chǎn)的8位電壓輸出型DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它帶有I2C總線接口，允許多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通訊。MAX517采用單5V電源工作。該芯片的引腳圖

27、見(jiàn)圖3-13所示。各引腳的具體說(shuō)明如下： 1腳（OUT）：D/A轉(zhuǎn)換輸出端； 2腳（GND）：接地； 3腳（SCL）：時(shí)鐘總線； 4腳（SDA）：數(shù)據(jù)總線； 5、6腳（AD1，AD0）：用于選擇哪個(gè)D/A通道的轉(zhuǎn)換輸出由于MAX517只有一個(gè)D/A，所以，使用時(shí)，這兩個(gè)引腳通常接地。 7腳（VCC）：電源；8腳（REF）：參考。AD1AD0VDDOUT1/REF0SDASCLGNDOUT087654321DIP/S0PMAX517TOP VIEW圖3-13 max517 引腳頂視圖MAX517的工作時(shí)序： 首先應(yīng)給MAX517一個(gè)地址位字節(jié)。MAX517在收到地址字節(jié)位后，會(huì)給STC89C52

28、一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。然后，在給MAX517一個(gè)控制位字節(jié)，MAX517收到控制位字節(jié)位后，再給STC89C52發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。之后，MAX517便可以給STC89C52發(fā)送8位的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)（一個(gè)字節(jié)）。STC89C52收到數(shù)據(jù)之后，再給MAX517發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。至此，一次轉(zhuǎn)換過(guò)程完成。3.5.2 D/A電路設(shè)計(jì)圖3-14所示為MAX517與STC89C52的硬件連接電路。該硬件電路中，采用MAX813作為看門狗電路，既可自動(dòng)復(fù)位，也可手工復(fù)位。利用該電路可以用數(shù)碼管來(lái)顯示0255個(gè)數(shù)字量，采用MAX7219作為數(shù)碼驅(qū)動(dòng)電路,若將MAX517的輸出引腳連接到示波器上，還可以顯示相應(yīng)的模擬電壓的變化情況

29、。 圖3-14 MAX517結(jié)構(gòu)3.6 接口電路的設(shè)計(jì)3.6.1鍵控接口電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的按鍵主要是用于對(duì)數(shù)據(jù)數(shù)字量進(jìn)行控制，現(xiàn)對(duì)按鍵的功能簡(jiǎn)述如下：S1鍵是功能鍵，切換需要選擇調(diào)整的位，S2、S3鍵分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加的操作，S4，S5是減鍵。其中：按鍵與單片機(jī)的P3口的高位地址相連，每個(gè)按鍵上，帶有上拉電阻。如圖3-15所示。3.6.2 顯示接口電路設(shè)計(jì)液晶顯示器簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)CD顯示器，它是利用液晶經(jīng)過(guò)處理后能改變光線的傳輸方向的特征實(shí)現(xiàn)顯示信息的。1602字符型LCD引腳說(shuō)明引腳說(shuō)明如表3-1所示。1602字符型LCD與單片機(jī)的連接接口說(shuō)明如下：（1）液晶1、2端為電源；15、16端為背光電源；1

30、5腳串接一個(gè)100電阻用于限流。圖3-15 按鍵與單片機(jī)的接口間的設(shè)計(jì)表3-1 1602字符型LCD引腳編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)口3VO液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端11D4數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)12D5數(shù)據(jù)口5R/W讀/寫選擇端(H/L)13D6數(shù)據(jù)口6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)口7D0數(shù)據(jù)口15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)口16BLK背光源負(fù)極（2）液晶3端為液晶對(duì)比度調(diào)節(jié)端，通過(guò)一個(gè)10K電位器接地來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。首次使用時(shí)，在液晶的上電狀態(tài)下，調(diào)節(jié)至液晶上面一行顯示出黑色小格為止。（3）液晶4端為向液晶控制器寫數(shù)據(jù)/

31、寫命令選擇端，接單片機(jī)的P2.3口。（4）液晶5端為讀/寫選擇端只向其寫入命令和顯示數(shù)據(jù)，接單片機(jī)的P2.4。（5）液晶6端為使能信號(hào)，是操作時(shí)必須的信號(hào)，接單片機(jī)的P2.5口。LCD與單片機(jī)接口間的設(shè)計(jì)如圖3-16所示。圖3-16 LCD與單片機(jī)接口間的設(shè)計(jì)4 程序設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始化后，通過(guò)上下調(diào)整鍵，步進(jìn)1V調(diào)整；當(dāng)預(yù)設(shè)鍵按下，系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)設(shè)訓(xùn)整，通過(guò)上下調(diào)整鍵lV步進(jìn)調(diào)整，完成按確定鍵，系統(tǒng)輸出預(yù)設(shè)值。為系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。4.2 鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的按鍵主要是用于對(duì)數(shù)據(jù)數(shù)字量進(jìn)行控制，現(xiàn)對(duì)按鍵的功能簡(jiǎn)述如下：S1鍵是功能鍵，切換需要選擇調(diào)整的位，S2

32、、S3鍵分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加的操作，S4，S5是減鍵。鍵盤掃描程序流程圖如圖4-2所示。4.3 A/D程序設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換子程序用來(lái)控制對(duì)輸出的模塊電壓信號(hào)的控制，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元然后由D/A轉(zhuǎn)換器自動(dòng)完成，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖4-3所示。4.4 D/A程序設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序用來(lái)控制對(duì)輸入的模塊電壓信號(hào)的采集測(cè)量，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖4-4所示。YY開(kāi)始系統(tǒng)及個(gè)功能模塊初始化調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)有鍵按下預(yù)置電壓值步進(jìn)加？步進(jìn)減？步進(jìn)加一步進(jìn)減一D/A數(shù)值+10D/A數(shù)值-10超過(guò)預(yù)置改變當(dāng)前值D/A輸出顯示預(yù)置值A(chǔ)/D采樣計(jì)算電壓值顯示各參數(shù)返回NN圖4-1系

33、統(tǒng)主程序流程圖開(kāi)始端口初始化有鍵按下增加鍵減小鍵D/A值加D/A值減改變D/A值返回圖4-2鍵盤掃描程序流程圖開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示結(jié)束圖4-3轉(zhuǎn)換流程圖開(kāi)始DA置數(shù)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換DA轉(zhuǎn)換結(jié)束？輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示結(jié)束圖4-4 D/A轉(zhuǎn)換流程圖5 結(jié)論本設(shè)計(jì)采用數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)并同輸出采樣的反饋信號(hào)做加法運(yùn)算后輸入到PWM控制芯片的比較端，然后由芯片自身根據(jù)反饋量來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比，從而達(dá)到所需的穩(wěn)定電壓值的目的。以STC89C52單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心具有新穎、價(jià)廉、安全、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。采用以TL494芯片為核心的PWM控制器，采用LCD1602液晶顯示模

34、塊，采用MAX7219作為數(shù)碼驅(qū)動(dòng)電路，采用MAX813作為復(fù)位電路，完成了一個(gè)輸出電壓為5V-15V可調(diào) DC/DC模塊構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源變換器，并實(shí)現(xiàn)了按鍵操作、液晶顯示以及自動(dòng)控制等多種功能。此設(shè)計(jì)采用了液晶顯示器顯示，低電壓高性能單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能的目的。用液晶顯示器代替了發(fā)光二極管或數(shù)碼管顯示，使該控制器更加新穎、更加直觀，便于用戶的操作也達(dá)到了用戶的特殊需求。參考文獻(xiàn)1 周志敏，紀(jì)愛(ài)華. 零起點(diǎn)學(xué)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)（基礎(chǔ)篇）M. 北京：電子工業(yè)出版社, 2013:56-822 周志敏，周紀(jì)海,紀(jì)愛(ài)華. 現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源控制電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用M. 北京：人民郵電出版社. 2005:42-463 周

35、志敏，紀(jì)愛(ài)華.單片開(kāi)關(guān)電源 M. 北京：電子工業(yè)出版社, 2007:66-684 劉勝利. 現(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)M. 北京：電子工業(yè)出版社, 2008:82-865 張興柱. 開(kāi)關(guān)電源功率變換器拓?fù)渑c設(shè)計(jì)M. 北京：電子工業(yè)出版社, 2010:112-1146 王得勝. 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2011:1-107 張淑清，姜萬(wàn)錄，李志全.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012:32-348 張洪潤(rùn).單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)200例（下冊(cè)）M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012:420-4509 張毅剛，彭喜元，董繼成.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教

36、育出版社，2008:56-6110 李江全. 單片機(jī)串口通信及測(cè)控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)詳解M.北京：人民郵電出版社,2014:26-4011 馬忠梅. 單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序M. 北京：北京航空航天出版社,2003:154-18112 Division of Motorola SWITCHMODETM Power Supplies Reference Manual and Design GiudeM 1999 13 Robert T. Paynter . Introductory Electronic Devices and Circuits. 6th ed . Prentice Hall Inc.201

37、1:41-4714 John G. Proakis Dimitris G.M. Digital Signal Processing Principles,Algorithms,and ApplicationsJ北京:電子工業(yè)出版社2007：481 15 劉祖明.12天學(xué)通電子元器件及電路（第3版) M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2013:152-161Based on the design of analog integrated technology of switching power supply conver

38、terXXX (college of Physics and Electronic engineering,XXXX,253023)Abstract The design is based on analog integrated switching power converter technology ,and the design microcontroller system by STC89S52, PWM pulse width modulation signal control chip TL494 switching power supply Buck series buck ci

39、rcuit modules of the A / D, D / A module, keyboard input and LCD displays the output modules to produce an output voltage of 5V-15V adjustable power supply system of the DC / DC module. The power module is controlled by the TL494 Buck current is constituted by the voltage feedback control of the out

40、put voltage regulator to the desired voltage. STC89C52 microcontroller controller the sampling output voltage by a regulating signal to the power supply module, the internal output voltage of to change each power module, in order to achieve stable output adjustable voltage.Keywords Switching power c

41、onverter; STC89C52CM; TL494; PWM Any diversion; Buck circuit致 謝本論文是在XX老師的全力指導(dǎo)下完成的在本論文的寫作過(guò)程中，我的導(dǎo)師XX老師傾注了大量的心血，從選題到開(kāi)題報(bào)告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的查找參考資料和復(fù)習(xí)以前的課本知識(shí)，對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)有了很多的體會(huì)和收獲：首先是學(xué)習(xí)能力的加強(qiáng)。這種能力包括獲取資料的能力，理解前人思路的能力，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，動(dòng)手能力，排除故障能力等多方面

42、。其次是論文寫作的培養(yǎng)。由于論文的形式，使得自己必須熟悉論文的格式，排版，及其論文寫作技巧。再次是心理素質(zhì)的鍛煉。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)偶然的誤差都會(huì)造成最終不理想的結(jié)果，因此需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)都自己親身經(jīng)歷體會(huì)，并加深理解，建立良好的心理素質(zhì)。最后是應(yīng)變能力的提高。大學(xué)生活即將結(jié)束，內(nèi)心是感慨頗多， 即將離開(kāi)生活所依四年的母校和諄諄教導(dǎo)我的親愛(ài)的老師和互相幫助的同學(xué)們，有些不舍?？墒俏彝瑫r(shí)也知道這是必須經(jīng)歷的一個(gè)過(guò)程， 在XX學(xué)院的這幾年里我學(xué)習(xí)了本專業(yè)基本課程和與老師同學(xué)之間相處方面的知識(shí)，這些并些都是我受用終生。而母校就是一個(gè)只允許自己罵的卻不允許別人指責(zé)的地方，一個(gè)人生中一塊充滿熱血，激情，

43、青春朝氣的凈土。最后希望能把現(xiàn)在所學(xué)的東西運(yùn)用到社會(huì)實(shí)踐中去，為社會(huì)的發(fā)展盡一份薄力感謝各位老師的批評(píng)指導(dǎo)。附錄一：系統(tǒng)整體原理圖附錄二：程序代碼#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define NOP() _nop_()#define nop() _nop_()sbit LCD_RS = P02; sbit LCD_RW = P01;sbit LCD_EN = P00;sbit ch1=P13;sbit ch2=P14;sb

44、it ch3=P15;sbit tlc_cs=P30;sbit tlc_DO=P17;sbit tlc_clock=P16;uchar keyvalue;sbit SDA=P06;sbit SCL=P07;uchar data dis1 = " MAX517 0.00v "uchar data dis2 = " TLC549 0.00V "sbit DS =P03;sbit LCH_CLK =P04;sbit SFT_CLK =P05;/* 函數(shù)名稱: HC595SendData* 功能描述: 向SPI總線發(fā)送數(shù)據(jù)*/void HC595SendData

45、(unsigned char SendVal) unsigned char i; for(i=0;i<8;i+) if(SendVal<<i)&0x80) DS=1; /set dataline high 0X80 最高位與SendVal左移的最高位 進(jìn)行邏輯運(yùn)算else DS=0; / 如果為真 MOSIO = 1 SFT_CLK=0;NOP();NOP();SFT_CLK=1; LCH_CLK=0; /set dataline low NOP(); NOP(); LCH_CLK=1; /片選void delay_us(unsigned int N) uchar i

46、; for(i=0;i<N;i+); void delay_ms(uchar ms)/ 延時(shí)子程序uchar i;while(ms-)for(i = 0; i< 250; i+)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();void delay(int ms) int i; while(ms-) for(i = 0; i< 250; i+) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); uchar key_scan() uchar state; P3=0X0f; state=P3; state=state&0x0f; if(

47、state=0x0f) return 0; else return 1; uchar key_value() uchar value=0; delay_ms(5); if(key_scan() value=P3; value=value&0x0f; switch(value) case 0x0e: value=1; break; case 0x0d: value=2; break; case 0x0b: value=3; break; case 0x07: value=4; break; default: break; while(key_scan(); return value; v

48、oid press(void) uchar key,i; i=key_scan();if(i) key=key_value(); if(key=1) keyvalue+=2; if(keyvalue>=255) keyvalue=0; if(key=2) keyvalue-=2; if(keyvalue<=0) keyvalue=0; if(key=3) keyvalue+=1; if(keyvalue>=255) keyvalue=0; if(key=4) keyvalue-=1; if(keyvalue<=0) keyvalue=0; /return keyvalu

49、e; void Start() SDA=1; SCL=1; _nop_(); SDA=0; _nop_();void Stop() SDA=0; SCL=1; _nop_(); SDA=1; _nop_();void Ack() SDA=0; _nop_(); SCL=1; _nop_(); SCL=0;void Send(uchar dat) uchar counter=8; uchar temp; do temp=dat; SCL=0; _nop_(); if(temp&0x80)=0x80) SDA=1; else SDA=0; SCL=1; temp=dat<<1;

50、 dat=temp; counter-;while(counter);SCL=0; void process_517(uchar numb1) uint shi1, bai1, qian1; uint num1; num1=numb1; num1=num1*195; qian1=(num1/10000); bai1=(num1%10000)/1000; shi1=(num1%10000)%1000)/100; dis18=qian1+'0' dis19='.' dis110=bai1+'0' dis111=shi1+'0' voi

51、d Putout(uchar num)Start();Send(0x58);/發(fā)送地址字節(jié)Ack();Send(0x00);/發(fā)送命令字節(jié)Ack();Send(num);/發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)Ack();Stop();/*bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (bit)(P0&0x80); LCD_EN = 0; return result; */void lcd_wcmd(uchar cmd) /while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW =