【正文】 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文)基于單片機實現(xiàn)智能電源的設計二〇〇九年六月攀枝花學院本科畢業(yè)設計 摘 要摘 要開關電源具有體積小、效率高的優(yōu)越性，從而在電力傳動、微型計算機、家用電器、通訊電源等領域中得到廣泛應用。然而，因其輸出精度較低、有開關紋波等因素，在高性能應用場合尚未完全取代線性電源。為此，采用數(shù)字技術控制來提高開關電源的性能己成為精密電源的一大發(fā)展方向。本次設計則運用了數(shù)字智能開關電源的概念，著重研究數(shù)字化精密電源模塊控制的幾個關鍵技術。設計并制作出智能開關穩(wěn)壓電源。本設計將市電整流濾波以后經(jīng)過受控開關變壓器的轉換再經(jīng)過整流濾波從而得到理想可變的直流電源。其中控制部分是通過對AT89C51單片機對輸出端口的電壓的采樣和鍵盤鍵入的電壓值相比較后產(chǎn)生合適的PWM信號來控制開關變壓器的初級線圈的斷開和通斷時間來實現(xiàn)實時控制的。其中ADC0808將采樣的模擬值轉換成數(shù)字信號供單片機使用。電源還增加了顯示、保護和報警電路，從而確保電源的可靠性和安全性。44鍵盤用于預設電源的初值和其他的一些功能的轉換按鈕。設計中采用8255A芯片是為擴展單片機的接口為以后的電源升級留下了備用口。最終形成輸出可以實時監(jiān)控并且有輸出顯示，從而制作出智能自控且可靠的電源。輸出顯示使我們的電源輸出更加的直觀。關鍵詞 智能開關電源，8255A，ADCO808，AT89C51，開關變壓器1ABSTRACTABSTRACTSwitching power supply with a small size, the advantages of high efficiency and thus in the power transmission, microputers, household appliances, munications, power and other fields has been widely used. However, because of its lower output accuracy, there are factors such as the switching ripple in the highperformance applications that have not yet pletely replaced by a linear power supply. To this end, control the use of digital technology to improve the performance of switching power supply has bee a precision power supply development. The design is smart use of digital switching power supply concept, focusing on precision digital control of power supply module of several key technologies. To design and produce intelligent switching power supply.City of the design after filtering through a controlled rectifier switch transformer rectifier after the conversion in order to be an ideal filter variable DC power supply. Which control is passed to the AT89C51 singlechip output voltage of the sample type and keyboard pared to the value of the voltage generated from theappropriate PWM signal to control the switching of the primary coil of thetransformer and disconnect onoff time to achieve realtime control of . ADC0808 samples which will be converted into the analog value of singlechip digital signal for use. Also showed an increase of power, protection and alarm circuit, so as to ensure power supply reliability and security. 4 4 default keyboard for the initial power and other conversion of some of the features button. 8255A chip design is used for the expansion of singlechip interface for future upgrades of the power supply backup I left. The ultimate realtime monitoring of the formation of the output can be displayed and the output in order to produce intelligent and reliable power supply control. Output shows the output power of our more intuitive. Keywords Intelligent Switching Power Supply, 8255A, ADCO808, AT89C51, switch transformerⅡ目 錄目 錄摘 要 IABSTRACT 11 緒論 3 本課題研究的背景及意義 3 國內外研究現(xiàn)狀、水平 3 本課題的發(fā)展趨勢 4 本課題的研究內容 4 本題目所要實現(xiàn)的設計任務 6 本設計實現(xiàn)的技術指標 6 本設計的創(chuàng)新點 62 方案分析與選擇 7 設計方案 7 方案論證 93 系統(tǒng)硬件電路設計 11 系統(tǒng)硬件電路設計方框圖 11 電路原理 11 驅動及功率轉換輸出電路 16 過熱保護電路 20 采樣 21 過壓保護 22 鍵盤掃描接口電路 23 數(shù)字控制部分 24 單片機控制的基本系統(tǒng) 24 AT89C51單片機簡介 25 A/D轉換 29 A/D轉換電路 29 ADC0808芯片引腳介紹 31 顯示電路的設計 32 顯示電路 32 8255A的結構 33 8255A的引腳信號 34 8255A 的功能 34. 8255A的控制字 35 8255與單片機最小系統(tǒng)的連接 37 輔助電源的設計 384 系統(tǒng)的軟件設計 44 主控程序 45 應用程序 46 鍵盤掃描 46 顯示程序流程 50 采樣流程 51 中心控制部分即是PWM信號的產(chǎn)生流程 52 軟件測試 54 A/D轉換程序的測試 54 ＰＷＭ信號程序的測試 55 鍵盤掃描和顯示程序的測試 565 組裝與調試 59 59 整機的調試 616 結束語 66參 考 文 獻 67附錄A：總程序 68附錄B: 整體電路圖 77致 謝 74751 緒論1 緒論 本課題研究的背景及意義電源技術尤其是開關電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行各業(yè)。電力電子技術是電能的最佳應用技術之一。當今電源技術融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術革命，給電力電子技術提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著開關電源在電子裝置中的普遍使用，高頻開關工作時產(chǎn)生的大量電磁千擾，會影響其他設備甚至電源本身的正常工作。電源在使用時可能會向電網(wǎng)注入大量的諧波，從而造成對電網(wǎng)的污染，世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品規(guī)范。只有滿足產(chǎn)品規(guī)范尤其是安全和電磁兼容方面的規(guī)范的，如歐洲的CE標準北美地區(qū)的UL或CAS認證，才能夠進入市場。隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，滿足國際規(guī)范的產(chǎn)品才能獲得進出的通行證[1]。開關電源是從70年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎。在以后的一段時間里，開關電源技術有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在開關頻率低(20KHz以下)、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此開關電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。大功率場效應管(MOSFET)及絕緣柵晶體管(IGBT)的出現(xiàn)為高頻和大功率變換器提供了有利的條件。新的變換技術和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、高頻磁性元件、高頻電容的研制應用，到80年代，己出現(xiàn)了開關頻率達到1MHz，功率密度達到每立方英寸50W的開關電源[2]。從組成上，開關電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面的發(fā)展可以POWER MOSFET, IGBT, IGCT等為代表的現(xiàn)代電力半導體器件的廣泛應用為主要標志。電路方面的發(fā)展是以PWM電路拓撲和軟開關技術等高頻電力電子技術的完善為主要標志。數(shù)字化則應屬于控制方面的重要發(fā)展方向，隨著信息技術的突飛猛進，將對開關電源技術的發(fā)展起到巨大推進作用。 國內外研究現(xiàn)狀、水平單片機控制開關電源現(xiàn)在在國內比較少,因為單片機在控制、顯示等方面有非常大的靈活性，基于單片機的智能開關電源在今后有非常大的發(fā)展?jié)摿ΑＫ詥纹瑱C控制的智能電源將是今后開關電源發(fā)展的重點方向?；趩纹瑱C設計出來的智能穩(wěn)壓電源不但電路簡單，成本低廉，性價比高，而且由于單片機自身具有計算和控制能力，可以排除和減少由于騷擾信號和模擬電路引起的誤差，大大提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了對模擬電路的要求，確保電源正常工作。輸出電壓通過數(shù)碼管，輸入采用按鍵方式，操作使用方便，具有較高的使用價值。在國外此類電源研究較多[3]。 本課題的發(fā)展趨勢①高頻化技術：隨著開關頻率的提高，開關變換器的體積也隨之減少，功率密度也得到大幅提升，動態(tài)響應得到改善。小功率DCDC 變換器的開關頻率將上升到MHz。但隨著開關頻率的不斷提高，開關元件和無源元件損耗的增加、高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI 等新的問題也將隨之產(chǎn)生。②軟開關技術：為提高變換器的變換效率，各種軟開關技術應用而生，具有代表性的是無源軟開關技術和有源軟開關技術，主要包括零電壓開關/零電流開關(ZVS/ZCS)諧振、準諧振、零電壓/零電流脈寬調制技術(ZVS/ZCSPWM)以及零電壓過渡/零電流過渡脈寬調制(ZVT/ZCTPWM)技術等。采用軟開關技術可以有效的降低開關損耗和開關應力，有助于變換器變換效率的提高。③功率因數(shù)校正技術(PFC)。目前PFC 技術主要分為有源PFC 技術和無源PFC 技術兩大類，采用PFC 技術可以提高ACDC 變化器輸入端功率因數(shù)，減少對電網(wǎng)的諧波污染。④模塊化技術。采用模塊化技術可以滿足分布式電源系統(tǒng)的需要，提高系統(tǒng)的可靠性。⑤低輸出電壓技術。隨著半導體制造技術的不斷發(fā)展，微處理器和便攜式電子設備的工作越來越低，這就要求未來的DCDC 變換器能夠提供低輸出電壓以適應微處理器和便攜式電子設備的供電要求。開關電源目前的發(fā)展，主要朝著更高的功能密度和變換效率及更好的動態(tài)特性。更好的環(huán)保性能。智能化與高可靠性。更廣泛的應用等方向發(fā)展[4]。 本課題的研究內容近年來，信息技術突飛猛進一日千里，各種電子、電器設備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷朝著節(jié)能、節(jié)電、節(jié)材、縮體、減重、防止污染，改善環(huán)境、可靠、安全等方向發(fā)展。但是傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源輸出電壓是通過粗調波段開關及細調電位器來調節(jié)的,并由電壓表指示電壓值的大小。這種直流穩(wěn)壓電源存在讀數(shù)不直觀、電位器易磨損、穩(wěn)壓精度不高、不易調準、電路構成復雜、體積大等缺點,而基于單片機的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。以單片機設計出來的智能穩(wěn)壓電源不但電路簡單，成本低廉，性價比高，而且由于單片機自身具有計算和控制能力，可以排除和減少由于騷擾信號和模擬電路引起的誤差，大大提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了對模擬電路的要求，確保電源正常工作。輸出電壓通過數(shù)碼管，輸入采用按鍵方式，操作使用方便，具有較高的使用價值[5]。單片機控制開關電源現(xiàn)在在國內比較少,因為單片機在控制、顯示等方面有非常大的靈活性，基于單片機的智能開關電源在今后有非常大的發(fā)展?jié)摿?。所以單片機控制的智能電源將是今后開關電源發(fā)展的重點方向。本設計制作的基于單片機直流穩(wěn)壓電源主要由整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、顯示電路、控制電路五部分組成。準確說就是整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路將交流電轉換成直流穩(wěn)定電壓，用來提供各個芯片電源、數(shù)碼管所需電壓。顯示電路則用于顯示電源輸出電壓的大小?？刂齐娐穭t是由單片機AT89C574LS373等組成，用來實現(xiàn)本設計數(shù)控電源任務?；趩纹瑱C的直流穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比具有操作方便，電源穩(wěn)定性高、調節(jié)精度高、波紋電壓低以及其輸出電壓大小采用數(shù)碼管顯示的特點。 基于單片機智能開關電源是針對傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過程中性的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)