基于单片机的智能稳压电源的设计

基于单片机的智能稳压电源的设计学生姓名：指导教师：合作指导教师：专业名称：所在学院：2010年6月I目录摘要.......................................................IAbstract..................................................II第一章前言................................................11.1研究的目的和意义................................................11.2国内外研究状况.................................................11.3研究方法及内容.................................................1第二章开关稳压电源的原理及实现方法........................22.1开关电源的介绍.................................................22.2开关电源的分类.................................................22.3开关式稳压电源的基本工作原理...................................3第三章硬件设计............................................93.1方案论证与设计.................................................93.2整体设计框图及工作原理.........................................93.3开关电源控制电路..............................................113.4单片机控制电路................................................17第四章软件设计...........................................254.1主程序流程图..................................................254.2键盘显示子程序................................................254.3A/D转换子程序................................................27第五章测试方法...........................................295.1测试方法......................................................295.2测试仪器......................................................29第六章结论与建议.........................................30致谢......................................................31附录1键盘扫描程序........................................33附录2动态显示中断服务子程序...............................35大连海洋大学本科毕业论文摘要I摘要随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备离不开可靠的电源，各种电子电器设备对稳压电源的性能要求日益增高，稳压电源的智能程度也变得越来越高。本设计介绍了基于AT89C52单片机的数字化控制的开关稳压电源，以高性能单片机为控制核心，组成数据处理电路，在检测和控制软件支持下，调整和控制开关电源的工作状态。数字化可调稳压电源，输入采用键盘方式，输出电压和限定电流采用数码管显示，稳定性好，精度高，成本低，其性能优于传统的可调直流稳压电源，大大改善了传统的稳压电源的性能，简单易用，非常适合一般的教学和科研使用。关键词:单片机，开关电源，稳压大连海洋大学本科毕业论文（设计）AbstractIIAbstractWiththerapiddevelopmentofelectronictechnology,applicationofelectronicsystemsbecomesmoreandmorewidely,typesofelectronicequipmentbecomemuchmore.Electronicequipmenthascloserrelationshipwithpeople’sworkandlife,andtheelectronicequipmentcannotdowithoutreliablepower,variouselectricalandelectronicequipmenthashighperformanceonpowersupplyrequirements,powersupplyarebecomingmoreandmoreintelligent.ThedesignintroducedigitalcontrolofswitchingpowersupplybasedonAT89C52microcontroller,withthehighperformancesinglechipasthecontrolcore,makeupdataprocessingcircuit.Withthesupportofdetectionandcontrolsoftware,adjustandcontroltheworkstateofswitchingpowersupply,digitalcontrolofswitchingpowersupplyusethekeyboardtoinput,outputvoltageandlimitedcurrentusedigitaltubetodisplay.Ithasreliablestability,highprecision,lowcost,itsperformanceisbetterthantraditionaladjustableDCpowersupply，greatlyimprovetheperformanceofthetraditionalregulatedpowersupply.Itiseasytouse,inadditionitisverysuitableforgeneralusefulinteachingandresearch.Keyword:single-chipmicrocomputer,switchingpowersupply,regulators大连海洋大学本科毕业论文（设计）第一章前言1第一章前言1.1研究的目的和意义直流稳压电源是一种常见的电子仪器，应用于电子电路、教学实验等领域。目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立器件组成，其体积大，效率低，可靠性差，操作使用起来不方便，自我的保护功能不够，因而发生故障的几率高。随着电子技术的飞速发展，各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不断朝着小型化、高效率、低成本、高可靠性、低电磁干扰、模块化和智能化方向发展，以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代智能型稳压电源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少由于干扰信号和模拟电路引起的误差，提高稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了模拟电路的要求。1.2国内外研究状况在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成，到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面，电源产业规模的发展在加快;另一方面，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品;目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足:在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年，尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。1.3研究方法及内容本系统研究的直流稳压电源主要是符合智能化、数字化以及模块化的特点。智能化主要是指系统有可编程模块可以对系统进行智能控制。数字化主要是指系统输出电压通过7段数码管显示，并且可以通过按键对输出电压进行连续步进数字化调节。模块化是指系统由各个相关模块组成，提高了系统的可靠性。本设计介绍了基于单片机控制的开关稳压电源，以高性能单片机为控制核心，组成数据处理电路，在检测和控制软件支持下，调整和控制开关电源的工作状态。大连海洋大学本科毕业论文（设计）第二章开关稳压电源的原理及实现方法2第二章开关稳压电源的原理及实现方法2.1开关电源的介绍电是工业的动力，是人类生活的源泉，电源是产生电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率等，在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电，一般都需要经过转换才能适合使用的需要，例如交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率变换成小功率等。开关电源是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关输出脉冲信号的占空比调整输出电压。以功率晶体管（GTR）为例,当开关管饱和导通时，集电极和发射极俩端的压降接近零；当开关管截止时，其集电极电流为零。开关型稳压电源直接从电网电压进行整流、滤波、调整。开关型电源不同于线性电源供应器，一个开关电源晶体管之间快速切换非常全面的和全关闭状态，最大限度地减少浪费能源。所以，电路功耗很小，效率可达到80%-90%,比普通线性稳压电源提高了近一倍，故开关电源被誉为高效节能型电源开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS－FET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也