基于单片机控制的开关电源设计论文

1、 摘 要本文介绍了一种基于单片机控制的数控开关电源，以89C51单片机作为控制核心，对开关变换电路进行脉宽调制，构成一个智能闭环控制系统。单片机控制的开关电源具备更加完善的功能，更人性化、智能化，便于实时监控。其功能主要包括对开关电源输出电压进行检测，并显示实时电压值；通过按键进行编程预置期望输出的电压；通过A/D转换器采样输出电压，根据PID算法计算控制量修改占空比,以得到期望的输出电压，并通过PID算法控制输出电压稳定在设定的电压值上；拥有可靠的过流保护功能以及辅助电源可同时作为电源输入和给单片机提供工作电压，并可以通过键盘不断改变PID参数，可以进行实时调整。本系统具有友好的用户界面，结构简单，成本低廉，实用性强，扩展空间大，可作为实验室电源，在计算机，家电产品等许多方面也有非常好的应用前景。开关电源因其具有功耗低、效率高的优点，在家用电器、科学实验、教学设备等等领域得到了广泛的应用。随着电子技术的高速发展，各种电子设备对电源的要求越来越高，电源也朝着高效率、高可靠性以及智能化的方向发展。传统开关电源使用专门的脉宽调制芯片，结构复杂，而利用单片机和键盘可以简化电源结构，实现对电源

2、的智能控制，本文正是从这个角度考虑，研究制作低成本、操作简单、智能控制的开关电源。关键词：开关电源；单片机；脉宽调制；功率开关管；占空比AbstractThis text introduces one kind of digital control switching mode power supply ,which controlled by single chip microcomputer 89C51 ,using pulse width modulation to control switch transformation circuit , constitute a close loop intelligence control system. The switch power supply, which is controlled by single chip microcomputer, has more perfect function, more humanized ,intelligence and easier for the hour supervise and

3、 control. Its function mainly includes the examination of the output voltage ,and the manifestation of voltage value ; input the expect output voltage through the keyboard ;take a sample from the output ,basing on the compute result of the PID procedure to modification the duty cycle to get the expect voltage and control the stability of out put voltage ; having a dependable over-current protection function and a assistance power supply ,which can provide power to the single chip microcomputer ,

4、and change the parameter of PID to improve the control result .This system has a friendly customer interface ,very simple structure ,very low cost ,very strong function ,a big space to expand ,can use as the laboratory power supply , at the power supply of the computer and the appliance product ,also has very nice applied foreground.Switch power supply because its power exhaust is very low and its efficiency is very high, so it got extensive application at home appliances, science experiment, th

5、e teaching equipments etc. realm. With the quick development of technical electronics, the request of various electronics equipments to power supply became more higher . Power supply also develop toward the direction, which become high-efficiency, more credibility, and more intelligence. The traditional switch power supply uses the specialized PWM chip to control, structure complications. And making use of the single chip microcomputer can carry out the intelligence control to the power supply a

6、nd simplify the power supply structure. This text considers from this angle exactly, inquiry into making a switch power supply, which is Low cost, easier to operate and intelligence control.Key words :switching mode power supply ;single chip microcomputer ;Pulse Width Modulation control；duty cycle目 录引言11 概述11.1 课题来源及意义11.2 课题基本要求21.3 相关背景介绍22 基于单片机的数控直流电源方案设计22.1 方案设计32.1.1 方案1：开关稳压电源32.1.2 方案2：线性稳压电源42.2 方案论证52.2.1方案一分析52.2.2方案二分析53硬件电路设计53.1 主电源电路设计63.1.1 变压器的选择63.1.2 整流滤波电路73.1.3 稳压调压电路83.1.4

7、 扩流电路83.2 副电源电路设计93.3 控制部分电路设计103.3.1 A/D及D/A转换电路113.3.2 校正部分电路143.3.3 键盘及数码管显示电路154 软件设计174.1 软件介绍174.1.1 Protel 99 SE184.1.2 Keil uVision2184.2 编程思想194.2.1 键盘和数码管扫描子程序194.2.2 ADC0809转换子程序204.2.3 DAC0832转换子程序214.2.4中断定时处理程序设计214.2.5数码显示子程序224.2.6 温度传感器的电压校正225 系统调试225.1 硬件模块调试225.1.1 电源部分技术指标测试225.1.2电源输出电压、电流范围测试245.1.3 硬件模块调试小结255.2 软件模块调试255.2.1 键盘按键控制及数码管显示255.2.3 数字温度传感器DS1820的电压校正285.2.4 软件模块调试小结286. 技术指标及使用方法297 结论29谢辞30参考文献31附录31引言 许多科学实验都离不开电，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，因此，

8、如果实验电源不仅具有良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化，那么就省去了许多不精确的人为操作，取而代之的是精确的微机控制，而我们所要做的就是在实验开始前对一些参数进行预设。这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效。因此，直流电源今后的发展目标之一就是不仅要在性能上做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境，还要在功能上力求实现数控化、多功能化与智能化。本文所介绍的就是一个数控可调电源，这是一个高性能的直流稳压电源。由于在该电源中引入了单片机控制，故该电源还具有一定的智能化,可实现变压，显示输出电压、电流，预置输出电压值等功能。本文中研究的单片机控制的线性电源，可以通过键盘预置期望输出电压值，模/数转换器对输出电压进行采样并显示在数码管上。该系统还采用了温度传感器对输出电压进行校正，使得输出电压更稳定精确度也更高。并且该系统可以给芯片提供+12V，+5V及-12V的工作电压。 由单片机控制的数控电源主要由三部分所构成，主要是电源电路，控制电路和校正电路。以LM317三端电压可调器来调节电压，其具有输出电压稳定，可调范围较大，但其缺点是输出的电流较小，所以在设计

9、的时候还加入了扩展电流电路。1. 概述1.1课题来源及意义电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术。随着科学技术的发展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。他对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。 - 由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因而造价不能进一步降低，也影响到可靠性的进一步提高。所以在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中，开关稳压电源还不能得到十分广泛的普及及使用。特别是对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材料等器件，在我国还处于研究、开发阶段。在一些技术先进国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些问题，不能十分令人满意。这暴露出开关稳压电源的又一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和制造者不予以充分重视，则它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。当今，开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。所以选择由单片机控制的线性电源具有成本低，故障少，简单实用等特点，适合推广和应用。1.2 课题基本要求（1）设计、制作精密数控直流电源；（2）使用单片机构成控制系统，通过键盘预置输入电压，可显示预置电压和输出电压；（3）掌握A/D及D/A转换及芯片使用方法；（4）掌握数控电源的设计方法；（5）掌握单片机软件编程方法；（6）掌握传感

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