【正文】 鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于單片機的智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計 指導(dǎo)教師： 職稱： 講師 學(xué)生姓名： 曹國鋒 學(xué)號： 專 業(yè)： 電子工程 院（系）： 物理工程學(xué)院 完成時間： 2012611 2012年 6 月 11日45 目 錄摘要 IAbstract II第1章 前言 1 研究的目的和意義 1 1 1第2章 開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理及實現(xiàn)方法...................................3 開關(guān)電源的介紹 3 4 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理 5第3章 硬件設(shè)計 12 方案論證與設(shè)計 12 整體設(shè)計框圖及工作原理 12 開關(guān)電源控制電路 15 單片機控制電路 23第4章 軟件設(shè)計 32 32 鍵盤顯示子程序 33 A/D轉(zhuǎn)換子程序 34第5章 測試方法 36 36 測試儀器 36第6章 結(jié)論與建議 37致謝 38參考文獻..............................................................39附錄1鍵盤掃描程序....................................................40摘 要 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備離不開可靠的電源，各種電子電器設(shè)備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益增高，穩(wěn)壓電源的智能程度也變得越來越高。本設(shè)計介紹了基于AT89C52單片機的數(shù)字化控制的開關(guān)穩(wěn)壓電源，以高性能單片機為控制核心，組成數(shù)據(jù)處理電路，在檢測和控制軟件支持下，調(diào)整和控制開關(guān)電源的工作狀態(tài)。數(shù)字化可調(diào)穩(wěn)壓電源，輸入采用鍵盤方式，輸出電壓和限定電流采用數(shù)碼管顯示，穩(wěn)定性好，精度高，成本低，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，大大改善了傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源的性能，簡單易用，非常適合一般的教學(xué)和科研使用。關(guān)鍵詞:單片機、 開關(guān)電源、 穩(wěn)壓AbstractWith the rapid development of electronic technology, application of electronic systems bees more and more widely, types of electronic equipment bee much more .Electronic equipment has closer relationship with people’s work and life, and the electronic equipment can not do without reliable power, various electrical and electronic equipment has high performance on power supply requirements, power supply are being more and more intelligent. The design introduce digital control of switching power supply based on AT89C52 microcontroller, with the high performance single chip as the control core, make up data processing circuit. With the support of detection and control software, adjust and control the work state of switching power supply, digital control of switching power supply use the keyboard to input, output voltage and limited current use digital tube to display. It has reliable stability, high precision, low cost, its performance is better than traditional adjustable DC power supply，greatly improve the performance of the traditional regulated power supply. It is easy to use, in addition it is very suitable for general useful in teaching and research.Keyword: singlechip microputer、 switching power supply、 regulators第1章 前言直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器，應(yīng)用于電子電路、教學(xué)實驗等領(lǐng)域。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立器件組成，其體積大，效率低，可靠性差，操作使用起來不方便，自我的保護功能不夠，因而發(fā)生故障的幾率高。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子、電器設(shè)備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷朝著小型化、高效率、低成本、高可靠性、低電磁干擾、模塊化和智能化方向發(fā)展，以單片機系統(tǒng)為核心而設(shè)計制造出來的新一代智能型穩(wěn)壓電源不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，性能卓越，而且由于單片機具有計算和控制能力，利用它對采樣數(shù)據(jù)進行各種計算，從而可排除和減少由于干擾信號和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了模擬電路的要求。 在我國，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)60年代中期開始形成，到了90年代以來，電源產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展時期。一方面， 電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快。另一方面，在國家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識指導(dǎo)下，我國電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國際先進水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品。目前國內(nèi)還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。但是我國電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達國家相比，存在著很大的差距和不足:在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進檢測設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為1015年，尤其在實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。 研究方法及內(nèi)容本系統(tǒng)研究的直流穩(wěn)壓電源主要是符合智能化、數(shù)字化以及模塊化的特點。智能化主要是指系統(tǒng)有可編程模塊可以對系統(tǒng)進行智能控制。數(shù)字化主要是指系統(tǒng)輸出電壓通過7段數(shù)碼管顯示，并且可以通過按鍵對輸出電壓進行連續(xù)步進數(shù)字化調(diào)節(jié)。模塊化是指系統(tǒng)由各個相關(guān)模塊組成，提高了系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計介紹了基于單片機控制的開關(guān)穩(wěn)壓電源，以高性能單片機為控制核心，組成數(shù)據(jù)處理電路，在檢測和控制軟件支持下，調(diào)整和控制開關(guān)電源的工作狀態(tài)。第2章 開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理及實現(xiàn)方法 開關(guān)電源的介紹電是工業(yè)的動力，是人類生活的源泉，電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等，在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能適合使用的需要，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換成小功率等。開關(guān)電源是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)輸出脈沖信號的占空比調(diào)整輸出電壓。以功率晶體管（GTR）為例,當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，集電極和發(fā)射極倆端的壓降接近零；當(dāng)開關(guān)管截止時，其集電極電流為零。開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接從電網(wǎng)電壓進行整流、濾波、調(diào)整。開關(guān)型電源不同于線性電源供應(yīng)器，一個開關(guān)電源晶體管之間快速切換非常全面的和全關(guān)閉狀態(tài)，最大限度地減少浪費能源。所以，電路功耗很小，效率可達到80%90%,比普通線性穩(wěn)壓電源提高了近一倍，故開關(guān)電源被譽為高效節(jié)能型電源開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS－FET制成的500kHz電源，雖已實用化，但其頻率有待進一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開關(guān)啟閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用RC或LC緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對這種開關(guān)電源的研究很活躍，因為采用這種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實用化研究。 開關(guān)電源的分類現(xiàn)在的開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。 DC/DC變換 DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類： （1） Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。 （2） Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。 （3） BuckBoost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。 （4） Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入