【正文】 .....................................................21 低通濾波器的選擇 ....................................................................................21 光耦溫漂問題 ............................................................................................21 6. 單片機小系統(tǒng)及軟件設計 ........................................................................................23 單片機小系統(tǒng) .....................................................................................................23 輸入輸出（ I/O）端口 ...............................................................................23 定時器 /計數(shù)器 ...........................................................................................23 A/D轉(zhuǎn)換 .....................................................................................................24 按鍵及數(shù)碼管顯示器 ................................................................................24 算法總體描述 ............................................................................................25 主程序模塊 .........................................................................................................27 功能描述 ....................................................................................................27 變量描述 ....................................................................................................27 算法描述 ....................................................................................................27 開環(huán)控制模塊 .....................................................................................................27 功能描述 ....................................................................................................27 變量描述 ....................................................................................................27 閉環(huán)控制模塊 .....................................................................................................29 模塊功能描述 ............................................................................................29 變量描述 ....................................................................................................29 7. 致謝 ............................................................................................................................30 8. 參考文獻 ....................................................................................................................33 9. 附錄 A 系統(tǒng)操作說明書 ........................................................................................34 系統(tǒng) 功能 .............................................................................................................34 第 3 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 性能指標 .............................................................................................................34 接線方式 .............................................................................................................34 系統(tǒng)按鍵說明 .....................................................................................................34 系統(tǒng)顯示說明 ...................................................................................................36 10. 附錄 B 測試和分析 ...............................................................................................37 測試項目和方法 [1]............................................................................................37 測試的資源 .......................................................................................................38 測試結(jié)果及分析 ...............................................................................................38 11. 附錄 C 課程學習心得和意見建議 ......................................................................40 12. 附錄 D 作品實物照片 ............................................................................................41 13. 附錄 E 軟件程序清單 ...........................................................................................42 第 1 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 1. 概述 編寫說明 本報告為上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 20202020 學年上 半 學期開設的科技創(chuàng)新 [3A]課程“ DCDC 開關電源模塊及其控制系統(tǒng)”項目的設計報告。 模數(shù)轉(zhuǎn)換：把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。電源的一般功能就是交直流整流，電平轉(zhuǎn)換。 （ 3）開環(huán)控制： 通過單片機輸出的占空比可調(diào)的 PWM 波來控制輸出電壓，實現(xiàn)開環(huán)控制。該 模塊的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示 。 用戶界面功能主要是提供人機交互的控制功能，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，按鍵控制電源的工作狀態(tài)、設置電壓。 本模塊 PCB板電路圖如圖 所示。 （ 6） 內(nèi)置功率晶體管可提供 500mA的驅(qū)動能力。經(jīng)過老師的指導以及我們小組實際實驗結(jié)果，我們選取 C3 = 1000 pF， R7 = kΩ，此時 2. R R2 的選取 R R2 作為開關三極管的基極電阻，可以控制開關三極管的工作狀態(tài)。 C2 = uF， R3 = 47 kΩ， R4 = 1 MΩ。最終，我們繞制的儲能電感表測值為 1mH。在同樣的輸入功率情況下，模塊內(nèi)部消耗的功率越大意味著輸出的功率越小，這樣效率就越差。 設計原理及電路圖 根據(jù)單片機的 Datasheet ， A/D 芯片有兩種方案進行 A/D 轉(zhuǎn)換，一種是單端輸入，另一種是差分輸入。 圖 所示的是 TL431 的管腳圖、功能結(jié)構(gòu)圖以及實際結(jié)構(gòu)圖。 將 510V直流電壓分壓成為 ，只需要兩個阻值相同的電阻串聯(lián)，并將中間抽頭引出即可。 主要功能和指標 單片機輸出的是數(shù)字信號，需要轉(zhuǎn)化為模擬信號。本模塊根據(jù)功能又可以劃分出四個子模塊，分別是穩(wěn)壓子 模塊、 整波 子 模塊、濾波 子 模塊和隔離 子 模塊。 圖 5 . 3 整波子模塊電路圖 整波子模塊的核心器件是 CD4011B 芯片 ，該芯片的管腳定義以及功能結(jié)構(gòu)如圖 所示。 濾波子模塊的電路如圖 所示。 隔離子模塊 隔離子模塊的主要功能是 傳遞信號和 把電壓控制模塊與 DCDC 開關穩(wěn)壓電源模塊進行電氣隔離。 第 20 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 圖 5 . 8 4 n 2 5 功能結(jié)構(gòu)圖[5 ] 圖 5 . 9 4 n 2 5 工作特性曲線[5 ] 在本 子 模塊中， 唯一一個要選擇參數(shù)的元件就是 Rctl。 低通濾波器 的選擇 1. 指標的確定 輸入端是整波子模塊輸出的頻率為 500Hz，電壓峰峰值為 4V 的 PWM 波 ， 而對于輸出端，為了使 4n25 發(fā)光二極管正常工作，輸出 端電壓經(jīng)過 Rctl 后的電流應該在 mA數(shù)量級上。我們在網(wǎng)上找到關于 SallenKey 二階低通濾波器的優(yōu)點如下：電路結(jié)構(gòu)簡單、通帶增益、極點角頻率和品質(zhì)因數(shù)表達式簡介，且品質(zhì)因數(shù)可調(diào)范圍大，調(diào)節(jié)方便。 輸入輸出（ I/O）端口 AVR ATmega16 單片機共有 4 個 8 位可編程 I/O 端口，每個端口都有三個 I/O 存儲器地址：數(shù)據(jù)寄存器 PORTx、數(shù)據(jù)方向寄存器 DDRx 和端口輸入引腳 PINx。 2. 快速 PWM 模式 ATmega16 單片機自帶 PWM 波的產(chǎn)生模式，用戶只需要設定定時器 /計數(shù)器的寄存器值，就能快速地得到不同占空比的 PWM 波，而不再需要對中斷進行繁瑣的操作了。對寄存器 ADCSRA 寫入值之后，可以啟動一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，普通情況下轉(zhuǎn)換時間為 13 個時鐘周期，轉(zhuǎn)換結(jié)果為十位，保存在 ADCH 和 ADCL 兩個寄存器中，由程序讀取。主程序較為簡單，主要完成了對各個寄存器的初始化，以及對數(shù)碼管顯示內(nèi)容的實時更新；中斷服務子程 序則完成了開環(huán)和閉環(huán)兩大控制模塊的功能。當然，用戶也可切換回開環(huán)控制狀態(tài)，此時程序便不再進行采樣。 在此模塊中，用戶是通過按鍵輸入信息的，因此有必要對按鍵進行消抖，具體的方法將在算法描述中加以闡釋。 2. 改變設定電壓 實際操作時，需要用到單片機的 4 個按鍵。） 圖 6 . 4 消抖程序流程圖 閉環(huán)控制模塊 模 塊功能描述 開環(huán)控制模塊雖然能夠?qū)?DCDC 開關電源的輸出電壓起到控制作用，但由于其精度不高，受環(huán)境因素影響比較大，所以需要采取閉環(huán)控制的方式，即引入一個負反饋系統(tǒng)。 在實際的操作過程中，考慮到采樣時存在高斯白噪聲的干擾，所以不能只