【正文】 進行 相應(yīng) 計算，然后輸出控制信號到 D/A 轉(zhuǎn)換器，控 制電壓調(diào)整電路，以實現(xiàn)對數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓的精確控制。由電壓的控制過程可知，本電源系統(tǒng)通過內(nèi)嵌在單片機程序存儲器中的 PID 控制算法，結(jié)合擴展的 ADC 和 DAC 構(gòu)成了先進的數(shù)字閉環(huán)控制回路，無疑可以大大提高穩(wěn)壓電源的性能。本系統(tǒng)設(shè)計輸出可調(diào)電壓范圍為 2V 到 12V，同時要求輸出電壓值可由鍵盤方便、直觀的輸入，電壓精確到 。設(shè)計電壓調(diào)整方法和控制算法，使系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)置電壓輸入調(diào)整方便，輸出電壓電流值數(shù)字顯示等預(yù)期目標(biāo)。 課題需 要完成的工作： 自行設(shè)計數(shù)控直流 穩(wěn)壓電 源 及備用電源 的硬件電路，并編制其 匯編程序代碼。 揚州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁共 3 3 頁 2 系統(tǒng)方案 與選擇 本系統(tǒng)主要由 開關(guān) 電源 模塊、 單片機供電 電源 模塊、 單片機控制 模 塊組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。 開關(guān)電源 模塊的論證與選擇 方案一： 選用 N 溝道 MOS 管 。 這種類型的場效應(yīng)管使用到電路中效率相對較低。 方案二： 選用 P 溝道 MOS 管 。 這種類型的場效應(yīng)管使用到電路中效率相對較高。 綜合以上 兩 種方案，選擇方案 二 。 模塊的論證與選擇 方案一： 利用三端穩(wěn)壓器 L7805 穩(wěn)壓 。 成 本低，電壓穩(wěn)定性好，但是效率很低。 方案二： 采用開關(guān)芯片 MC34063 穩(wěn)壓 。 成本低，電壓很穩(wěn)定，效率 90% 以上。 綜合以上 兩 種方案，選擇方案 二 。 單片機控制 模塊的論證與選擇 方案一： 采用 89C52 單片機 。 需要配合 AD 轉(zhuǎn)換芯片使用，增加了電路的制作難度，而且自身不能產(chǎn)生 PWM。 方案二： 使用 STC12C5204AD 單片機 。 自身帶有 AD 轉(zhuǎn)換功能，不需要使用 AD 轉(zhuǎn)換芯片，有所降低成本，而且電路自作難度有所降低。而且還能產(chǎn)生 PWM 綜合考慮采用 方案二 。 設(shè)計目標(biāo)與總體設(shè)計框圖 設(shè)計目 標(biāo) （ 1） .調(diào)整負(fù)載電阻至額定輸出功率工作狀態(tài)，供電系統(tǒng)的直流輸出電壓 U0=177。 。 （ 2） .額定輸出功率工作狀態(tài)下，供電系統(tǒng)的效率不低于 60%。 （ 3） .調(diào)整負(fù)載電阻，保持輸出電壓為 U0=177。 ，使兩個模塊輸出電流之和為 I0=1A且按 I1:I2=1:1 模式制動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于 5%。 （ 4） .調(diào)整負(fù)載電阻，保持輸出電壓為 U0=177。 ，使兩個模塊輸出電流之和為 I0=1。5A 且按 I1:I2=1:2 模式制動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕 對值不大于5%。 （ 5）調(diào)整負(fù)載電阻，保持輸出電壓 UO=177。 ，使負(fù)載電流 IO 在 ~ 之間變化時，兩個模塊的輸出電流可在（ ~）范圍內(nèi)按指定的比例自動分配，每個模塊的輸出電流相對誤差的絕對值不大于 2%。 （ 6）調(diào)整負(fù)載電阻，保持輸出電壓 UO=177。 ，使兩個模塊輸出電流之 和 IO = 且按 I1:I2=1:1 模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于 2%。 （ 7）額定輸出功率工作狀態(tài)下，進一步提高供電系統(tǒng)效率。 （ 8）具有負(fù)載短路保護及自動 恢復(fù)功能，保護閾值電流為 （調(diào)試時允許有177。 的偏差）。 總體 框圖 總體 的設(shè)計框圖如圖所示。 揚州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁共 3 3 頁 圖 1 總體框架圖 RL U0 U2 U3 U1 AC220V 變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 Uī 揚州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁共 3 3 頁 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 DCDC電源電路設(shè)計 本系統(tǒng)的開關(guān)電源輸入電壓由外界提供，電壓為 24V，而脈寬由 STC2C5204AD 單片機提供，頻率為 24KHz。由于輸出輸入電壓為 24V，我們選用 SFR9034 的 MOS 管作為開關(guān)管，因 為單片機輸出的 PWM 無法直接控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，所以由 PWM控制頻率特性為 100MHz的 9014 三極管處于飽和與截止的狀態(tài)來控制 MOS 管的導(dǎo)通與截止。由于兩個開關(guān)電源并聯(lián)使用，有時輸出電流過大以及防止電流倒灌或停止工作，故在輸出端分別接了大電流肖特基二極管 IN5822。 設(shè)計如圖 2 所示。 圖 2 可控 DCDC 電源電路 單片機供電電路 單片機工作電壓在 之間，而外界提供的電壓為 24V，如果直接用 L7805三端穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓， L7805 必然發(fā)熱， 導(dǎo)致整個系統(tǒng)的效率降低。在這里我們使用雙極型線性集成芯片 MC34063。 片內(nèi)包含有溫度補償帶隙基準(zhǔn)源、一個占空比周期控制振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)，能輸出 的開關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構(gòu)成降壓式變換器 。 R 1 0 L1 1 0 0 u / 2 AD31 N 5 8 2 2Q29 0 1 4R33 3 0R22kG N DC41 0 0 uC2D41 N 5 8 2 2R41kR51kR71kR61kP W M 1A D 2A D 1Q3V M O S F E T PC52 2 0 u / 2 5 VC8 C3Q19 0 1 3R11MD21 5 VC11 0 0 0 PD11 N 4 1 4 8D5D68VR 2 0 L2 1 0 0 u / 2 AD91 N 5 8 2 2Q59 0 1 4R 1 33 3 0R 1 22kG N DC41 0 0 uC2D 1 01 N 5 8 2 2R 1 41kR 1 51kR 1 71kR 1 61kP W M 2A D 4A D 3G N DQ6V M O S F E T PC52 2 0 u / 2 5 VC8 C3Q49 0 1 3R 1 11MD81 5 VC11 0 0 0 PD71 N 4 1 4 8D 1 1D 1 28V2 4 V 揚州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁共 3 3 頁 圖 3 單片機供電電路 單片機控制電路 本系統(tǒng)采取的是宏晶科技公司生產(chǎn)的 STC12C5204AD 單片機，能產(chǎn)生兩路獨立的PWM 來控制兩路 DCDC 電源，并且通過自帶的 AD 模塊來采樣兩路 DCDC 電源輸出電流，從而調(diào)整 PWM 的占空 比來分配電流輸出。也能夠讓操作人員通過按鍵預(yù)設(shè)比例值，預(yù)設(shè)的比例值會通過 LED 以 4 位二進制形式顯示出來， S4 是進入設(shè)置鍵， S1 鍵設(shè)置比例加， S2 鍵設(shè)置比例減， S3 確認(rèn)鍵，電路如圖 4 所示。 圖 4 單片機控制電路 1234 5678M C 3 4 0 6 3U1C1470pFV i n+ C21000uFR20. 33L1 220uHD11N5822V ou tR33. 6KR41. 2KP 2 . 026P 1 . 321P 1 . 2 / E X _ L V D / R S T 220P 2 . 127P 1 . 119P 1 . 018V c c28I N T 0 / P 3 . 28P 2 . 615P 2 . 21G N D14P 3 . 717P 2 . 32X T A L 17R S T3P 1 . 725R x D / P 3 . 04P 1 . 624P 1 . 523T x D / P 3 . 15P 1 . 422P 2 . 716I N T 1 / P 3 . 39X T A L 26P 2 . 412C L K O U T 0 / T 0 / P 3 . 410P 2 . 513C L K O U T 1 / T 1 / P 3 . 511U1S T C 1 2 C 5 2 0 4 A DY11 1 . 0 5 9 2 M H zC13 0 p FC23 0 p FR 2 01 0 k+C 1 01 0 u FA D 1A D 2A D 3P W M 0P W M 1D1 D2 D3 D4V o u tS3S W P BS2S W P BS1S W P BS4S W P B 揚州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁共 3 3 頁 AD轉(zhuǎn)換的基本概念 模數(shù)轉(zhuǎn)換定義 將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號。 （ 1） 步驟 （ 2） STC 單片機的 AD STC12C5A 系列單片機 P1 口的第二功能可做為模數(shù)轉(zhuǎn)換接口使用。該系列單片機集成 8路 10 位電壓輸入型高速 A/D。這 8 路 A/D 的轉(zhuǎn)換速度可達 25 萬次 /秒，用于溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵擴展和頻譜掃描等。 STC12C5A 系列單片機 P1 口功能選擇可通過特殊功能寄存器 P1ASF 設(shè)置實現(xiàn)。 寄 存 器 地 址D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0P 1 A S F 9 D HP 1 7 A S F P 1 6 A S F P 1 5 A S F P 1 4 A S F P 1 3 A S F P 1 2 A S F P 1 1 A S F P 1 0 A S F 當(dāng) P1ASF 的相應(yīng)位置 1 時，該位被設(shè)置為 A/D 模擬輸入通道；當(dāng) P1ASF 對應(yīng)位設(shè)置為 0 時，該位作為通用 I/O 使用。 STC12C5A 系列單片機模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊上電、轉(zhuǎn)換速度、 模擬輸入通道的選擇、啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)換狀態(tài)可通過模數(shù)轉(zhuǎn)換控制寄存器 ADC_CONTR 進行配置及查看。 寄 存 器 地 址D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0A D C _ C O N T RB C HA D C _ P O W E R S P E E D 1 S P E E D 0 A D C _ F L A G A D C _ S T A R T C H S 2 C H S 1 C H S 0 ADC_POWER 為 ADC 電源控制位，當(dāng) ADC_POWER 置 1 時，打開模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源；為 0 時關(guān)閉模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源。進入空閑模式時，應(yīng)關(guān)閉模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源降低功耗。初次打開模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源應(yīng)適當(dāng)延時以穩(wěn)定模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源，保證模數(shù)轉(zhuǎn)換精度。 SPEED1 和 SPEED0 為模數(shù)轉(zhuǎn)換速度控制位 S P E E D 1 S P E E D 0A / D 轉(zhuǎn) 換 所 需 時 間1 19 0 個 時 鐘 周 期 轉(zhuǎn) 換 一 次1 01 8 0 個 時 鐘 周 期 轉(zhuǎn) 換 一 次0 13 6 0 個 時 鐘 周 期 轉(zhuǎn) 換 一 次0 05 4 0 個 時 鐘 周 期 轉(zhuǎn) 換 一 次 ADC_FLAG 為模數(shù)轉(zhuǎn)換完畢標(biāo)志位。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后，該位置 1，需要由軟件清零。無論 A/D 工作于與查詢方式還是中斷方式， ADC_FLAG 只能由軟件清零。 須注意，讀取 ADC_CONTR 設(shè)置 ADC_START 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換啟動控制位，設(shè)置為 1 時，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢，自動清零。 取樣 量化 編碼 保持 揚州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁共 3 3 頁 （ LCD）顯示模塊 揚州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁共 3 3 頁 揚州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁共 3 3 頁 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4. 1 程序功能描述與設(shè)計思路 程序功能描述 通過單片機對兩個開關(guān)電源模塊的控制，使得每個電源模塊的輸出電流按照程序所設(shè)定的比例或是鍵盤輸入 的比例來調(diào)整。