【正文】 性，有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM)，它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中，使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接，這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化完美的境地。近年，有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去，構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM)，不但縮小了整機(jī)的體積，更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。其二是指電源單元的模塊化。所以，在八、九十年代，對(duì)于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，模擬技術(shù)還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決，離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí)，但是對(duì)于智能化的直流穩(wěn)壓電源，需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí)，數(shù)字化技術(shù)就離不開(kāi)了。在六、七十年代，電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)定時(shí)開(kāi)關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)等功能。（4）網(wǎng)絡(luò)管理能力。智能化的直流穩(wěn)壓電源使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中的切換開(kāi)關(guān)，操作人員只需通過(guò)鍵盤輸入命令，就能實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量功能。這種自測(cè)試可以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行，同時(shí)也可在系統(tǒng)工作中運(yùn)行，極大地方便了系統(tǒng)的維護(hù)。（2）具有自檢測(cè)功能，包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障檢測(cè)與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。具體地說(shuō)，智能化的直流穩(wěn)壓電源應(yīng)當(dāng)具有以下功能特點(diǎn):（1）操作自動(dòng)化。智能儀器解決了許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題，同時(shí)還能簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的可靠性，加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向目前在研制高精度、高性能、多功能的測(cè)量控制儀表時(shí)，幾乎沒(méi)有不考慮采用微處理器的。目前，全國(guó)的電源及其配件的生產(chǎn)銷售企業(yè)有4000家以上，產(chǎn)值有300400億元，但國(guó)內(nèi)企業(yè)(著名的如北京大華、江蘇綠揚(yáng)等)銷售的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源大多是代理日本和臺(tái)灣的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的直流穩(wěn)壓電源雖然也在向數(shù)字化方向發(fā)展，但多限于對(duì)輸出顯示實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，或?qū)崿F(xiàn)多組數(shù)值預(yù)置。但是我國(guó)電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)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(kāi)發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)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(shí)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。另一方面，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助和創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)下，我國(guó)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(guó)際先進(jìn)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。 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀在我國(guó)，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(kāi)始形成，到了90年代以來(lái)，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)越性是變換效率高，可達(dá)70%95%。所謂線性穩(wěn)壓，就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)。在這種穩(wěn)壓電源中，調(diào)整元件串聯(lián)在輸入端和輸出端之間，輸出電壓就依靠調(diào)整元件改變自身的等效電阻來(lái)維持恒定按調(diào)整元件分，有輝光放電管穩(wěn)壓電源、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源、電子管穩(wěn)壓電源、晶體管穩(wěn)壓電源、可控硅穩(wěn)壓電源等。這種穩(wěn)壓電源效率較低，只有某些專用場(chǎng)合才適用。按穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載的聯(lián)接方式來(lái)分類，可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源兩種。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源是一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整統(tǒng)，它根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓的變化量，經(jīng)過(guò)取樣、比較放大、再反饋給控制調(diào)整元件，使輸出電壓得到補(bǔ)償而趨于原值，從而達(dá)到穩(wěn)定。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡(jiǎn)單，利用元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。是交流還是直流要看穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流還是直流。 穩(wěn)壓電源的分類現(xiàn)代應(yīng)用的穩(wěn)壓電源的種類比較多，分類方式也很多。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的各大電源廠商、研究機(jī)構(gòu)、高等院校都投入了大量的人力物力，在新材料、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方法、加工工藝等方面進(jìn)行了深入的研究，并取得了一系列的成果，但離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。同時(shí)，通信、航天、軍事、汽車、計(jì)算機(jī)、辦公和家用電器等行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)電源系統(tǒng)也提出了越來(lái)越高的要求。作為電子設(shè)備的心臟，電源系統(tǒng)給電子設(shè)備提供所需要的能量，起著至關(guān)重要的作用。關(guān)鍵詞: 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源 AVR 數(shù)據(jù)采集 PID控制算法AbstractThis paper narrates the design theory and realization of highprecision programmable digital power supply based on the AVR ATmega 16. Based on the switch direct current supply circuit, bining the highefficiency with the highprecision data collection ability and high speed data process ability of AVR system, this paper takes on proper control arithmetic to stabilize and adjust the power supply and realize the ministep increasing and high precision outputting. Further more, the power supply has the selfprotect ability, artificial fan control scheme and network instrument ability, artificial fan control scheme and network instrument ability, etc.The paper introduces the collectivity design scheme, explicitly expatiates the construction of highefficiency direct current power supply basing on the AVR ATmega 16. And the paper presents the design of the hardware and the software of the system.In the end, I summarized the paper. I introduced the main tasks that I solved and the shortage of the design.Keyword: Programmable power supply AVR Data collection PID arithmetic 目 錄第1章 概 述 1 課題的研究背景 1 穩(wěn)壓電源的分類 1 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展 2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 2 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向 3 數(shù)字開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)勢(shì) 5 課題需要解決的主要內(nèi)容及本文的總體結(jié)構(gòu) 8 第2章 原理分析 9 開(kāi)關(guān)電源的基本組成 9 開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理 10 開(kāi)關(guān)電源的模擬控制方法 11 PWM控制的工作原理 12 脈沖寬度調(diào)制具體過(guò)程 14 脈沖寬度調(diào)制的優(yōu)點(diǎn) 15 開(kāi)關(guān)電源的控制算法 15 PID控制算法 16 第3章 電源系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu) 20 AVR控制電路設(shè)計(jì) 21 ATmega16芯片簡(jiǎn)介 21 AVR控制電路介紹 24 D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 26 TLC5618芯片簡(jiǎn)介 26 DA轉(zhuǎn)換電路介紹 28 測(cè)溫模塊 30 溫度傳感器LM35簡(jiǎn)介 30 溫度測(cè)量模塊介紹 32 LCD顯示電路 33 LCD1602簡(jiǎn)介 33 RS232通信接口設(shè)計(jì) 34 第4章 電源系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 36 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu) 36 開(kāi)機(jī)程序設(shè)計(jì) 38 步進(jìn)加按鍵程序設(shè)計(jì) 39 步進(jìn)減按鍵程序設(shè)計(jì) 40 切換步長(zhǎng)程序設(shè)計(jì) 41 校準(zhǔn)程序設(shè)計(jì) 43 總 結(jié) 44 致 謝 45 參考文獻(xiàn) 46 附錄1：直流數(shù)字穩(wěn)壓電源系統(tǒng)原理圖 48 第1章 概 述 課題的研究背景隨著當(dāng)今社會(huì)的飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，種類也越來(lái)越豐富。文章介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)闡述了基于AVR芯片ATmega 16的高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。摘 要本文主要論述了基于AVR芯片ATmega 16的高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)方法。該穩(wěn)壓電源以開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源為基礎(chǔ)電路，把開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源的高效率性和AVR系統(tǒng)的高精度數(shù)據(jù)采集能力和高速數(shù)據(jù)處理能力相結(jié)合，運(yùn)用適當(dāng)?shù)目刂扑惴▽?duì)電壓源進(jìn)行穩(wěn)壓和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電壓源的微步進(jìn)，輸出精度高并具有系統(tǒng)自保護(hù)、智能風(fēng)扇控制方案和網(wǎng)絡(luò)化儀器等功能。文章最后進(jìn)行了總結(jié)。電子設(shè)備己成為人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪斜夭豢缮俚囊徊糠帧ｋ娫聪到y(tǒng)良好的安全性和可靠性是電子設(shè)備正常運(yùn)行的重要保障。傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)由于性能的限制，在一定程度上制約了其他行業(yè)的發(fā)展。因此，對(duì)高性能電源系統(tǒng)的進(jìn)一步研究具有重要的意義和廣闊的前景。按穩(wěn)定對(duì)象分有交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源。按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整穩(wěn)壓電源。比如，用一只電阻和一只硅穩(wěn)壓管就能構(gòu)成參數(shù)穩(wěn)壓電源。此電路較復(fù)雜，但穩(wěn)定度高。調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)的叫并聯(lián)穩(wěn)壓電源或分流穩(wěn)壓電源，它通過(guò)改變調(diào)整管元件流過(guò)的電流的多少來(lái)適應(yīng)輸入電網(wǎng)電壓的變化及負(fù)載電流的變化，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。調(diào)整元件與負(fù)載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。這種穩(wěn)壓電源的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)定度高，但變換效率低。根據(jù)需要，還可以有其他分類方法，例如集成電極輸出型、發(fā)射極輸出型；高壓、低壓；通用、專用等。一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快。目前國(guó)內(nèi)還開(kāi)展了跟蹤國(guó)際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。目前國(guó)內(nèi)在這兩方面研究比較多的是成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)，主要是利用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)器件(PSD)來(lái)控制開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)制化電壓?jiǎn)卧_(dá)到數(shù)控的目的，但和國(guó)外的比較起來(lái)，效果不是很理想，還有很大的差距?？傮w說(shuō)來(lái)，國(guó)內(nèi)直流穩(wěn)壓電源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對(duì)落后，面對(duì)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，是個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。以微處理器為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的所謂“智能化測(cè)量控制儀表”。直流穩(wěn)壓電源一方面為儀器儀表提供電能量，是儀器儀表的“動(dòng)力源”，另一面它本身就是儀器儀表，因此，它有可能而且