基于AT89C51的boost升压电路的设计(更改ok打印版)---副本

电气与电子信息工程学院《单片机》课程设计报告题目：基于AT89C51单片机的Boost电路开环控制系统专业班级：学号：姓名：同组人：指导教师：胡蔷黄磊设计时间：2014年12月22日—2014年12月26日设计地点：K2-407单片机、微机原理实验室2014年10月课程设计任务书2014～2015学年第1学期一、课程设计题目：（基于AT89C51单片机的Boost电路开环控制统）二、课程设计要求1.根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；2.熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法；3.熟练使用单片机汇编语言或C51进行软件设计；4.熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试；5.熟练使用Protel软件设计印刷电路板；6.学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；7.编写设计报告，参考毕业设计论文格式。（1）根据课题要求确定系统设计方案；（2）绘制系统框图、系统仿真原理图（印刷电路板图），列出元器件明细表；（3）计算电路参数和选择元器件，画出软件流程图（列出程序清单）；（4）打印仿真结果，根据测试结果进行误差分析与修改调整；（5）对设计进行全面总结。三、课程设计内容（含技术指标）本次课程设计是基于AT89C51单片机为控制核心，boost升压电路为主电路的拓扑结构，实现能量的转换；PCF8591芯片作为AD采集芯片，通过CI2总线来采集输出电压；IR2106芯片作为驱动芯片，用于驱动主电路中的开关管；差分电路用于采集输出的电压值；LCD1602液晶显示，用于显示输出电压值。技术指标：1、能采集输出电压的大小。2、能显示输出电压的大小。3、电路拓扑结构正常工作。4、用单片机控制主电路的工作状态。目录摘要........................................................................I1总体系统框图...............................................................12硬件电路...................................................................12.1方案论证.............................................................12.1.1显示模块............................................................12.1.2AD采集模块.......................................................12.2电路模块设计.............................................................22.2.1IR2106驱动电路......................................................22.2.2Boost升压主电路...................................................22.2.3差分采样电路........................................................33理论分析与计算.............................................................43.1Boost升压电路理论分析与计算..........................................44PCF8591芯片...............................................................44.1PCF8591功能描述......................................................44.2PCF8591外围电路......................................................54.3片内可编程功能设置...................................................54.4PCF8591的A/D转换...................................................65程序设计流程图.............................................................86实物图.....................................................................97总结.....................................................................118参考文献..................................................................11I基于AT89C51单片机的Boost电路开环控制系统摘要：本设计是以AT89C51为控制核心，以PCF8591A/D转换芯片采样输出电压值的大小、LCD1602作为人机交换界面、IR2106电路作为MOSFET开关管的驱动电路，实现了对Boost升压电路的开环控制。关键词：AT89C51A/D转换芯片IR2106Boost升压电路Abstract:ThedesignisbasedonAT89C51asthecontrolcenter,InPCF8591ADconversionchipsampledoutputvoltagemagnitude,Astheman-machineinterfaceLCD1602exchange，IR2106MOSFETswitchcircuitasadrivingcircuit，Boostboostcircuitrealizestheopen-loopcontrol.Keywords:AT89C51A/DconverterchipIR2106BoostChopper1总体系统框图本系统采用AT89C51单片机作为系统控制核心，LCD1602作为数据显示，PCF8591作为Boost升压电路输出电压的AD数据采集芯片，通过I/O口控制MOSFET的开通和关断来控制Boost电路输出电压。图1为系统总体框图。AT89C51液晶显示AD采集Boost升压电路驱动电路图1总体系统框图2硬件电路2.1方案论证2.1.1显示模块方案一：采用LED数码管显示，控制比较简单，但占用较多的I/O口，不能实现资源的有效利用，而且只能显示一些简单的字符，显示信息量有限。方案二：采用LCD液晶显示，优点是功耗低、字迹清晰、、视觉舒服，因此具有友好的人机交流显示界面，显示的信息量大。通过以上分析，故选择方案二。2.1.2AD采集模块方案一：采用ADC0809。ADC0809是一款8位、8个通道模拟开关、低价格A/D转换器，主要特点是，模数转换时间大约100us。分辨率较低，转换时间较长，占用大的I/O口资源较多。方案二：采用PCF8591,.PCF8591是一种具有CI2总线接口的8位A/DD/A转换芯片，在与CPU的信息传输过程中仅靠时钟线SCL和数据线SDA就可以实现。CI2总线是Philips（飞利浦）公司推出的串行总线，它与传统的通信方式相比具有读写方便，结构简单,可维护性好,易实现系统扩展,易实现模块化标准化设计,可靠性高等优点。综上所述分析，采用方案二。2.2电路模块设计2.2.1IR2106驱动电路IR2106作为一个驱动功率放大电路，用于驱动开关管。开关管的驱东电压为+10V~+20V之间，而单片机输出的电压为+5V，且驱动功率小，不足以驱动开关管开通，所以需通过功率放大电路来实现。IR2106的外围电路为一个自举电路，自举电路由一个自举二极管和一个自举电容构成。自举电容只在高端器件关断，Vs被拉到地时才被充电。因此低端器件开通时间（或高端器件关断时间）应足够长，以保证被高端驱动电路吸收掉的自举电容上的电荷被完全补充，因此对低端器件的开通时间（或高端器件的关断时间）有最小要求。在该电路中使用的是PWM1B的驱动接口。其电路图如图2所示。VCC1HIN2LIN3COM4LO5VS6HO7VB8U5IR2106PWM1APWM1BA1K2D11FR107C94.7u25VR2210R2010C10104+12VR19330R21330G1G2S1S2图2IR2106驱动电路2.2.2Boost升压主电路Boost升压电路的拓扑如图3所示。Boost升压电路的原理为：当开关管开通后，输入电源为开始为电感充电，当开关管关断后，输入直流电源和储能电感一起向负载提供能量，以达到升压的效果。Q1IRF540A1K2D10FR107L1L-6.8uhC7470uF/25V12P5VinC8104G2GND12P6VoutV+V-图3Boost升压主电路图2.2.3差分采样电路为了获得较高电压的模拟信号，同时为了防止AD芯片损坏，故在AD采集的之前采用一个差分采样电路，这样既可以采集较高电压的模拟信号，又可以因为电压过高而损坏芯片。在boost升压电路的输出端并联四个差分采样电阻，用于衰减电压，采样的信号通过差分电阻后，接入有LM324构成的差分运算放大电路进行同比例的放大，然后在经过一个跟随电路，将采样的电压信号传送到AD采集芯片接口处，进行AD转换。跟随电路在这里起隔离、增加输入阻抗和减小输出阻抗的作用。电路图如图4和图5所示。RA620KRA520KRA1020KRA920KV+V-Vo-Vo+图4差分采样电阻RA1110KRA310KRA71KRA410KRA810K567UA1BLM224D321411UA1ALM224D+12VCAP10.1uCAP247u25V-12VCAP30.1uCAP447u25VGNDGNDGNDVo-Vo+AD图5差分采样电路3理论分析与计算3.1Boost升压电路理论分析与计算当开关管处于导通时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电。输出电压为uo。设V处于导通状态的时间为ont，此阶段电感L上积蓄的能量为on1tEI，当开光管断开时，E和电感L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设开关管处于断开的时间为offt，则在此期间电感L释放的能量为offotIEU1)(。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即offoontIEUtEI11)(（1）化简可得EtTEtttUoffoffoffono(2)上式中，1offtT，所以输出电压高于电源电压。4PCF8591芯片PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行CI2总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个CI2总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向CI2总线以串行的方式进行传输。4.1PCF8591功能描述PCF8591为单一电源供电典型值为5V，CMOS工艺PCF8591有4路8位A/D输入，属逐次比较型，内含采样保持电路；1路8位D/A输出，内含有DAC的数据寄存器A/DD/A的最大转换速率由CI2总线的最大速率决定。4.2PCF8591外围电路PCF8591中有两条CI2总线，一条是SCL时钟线，另一