基于單片機(jī)控制的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)(共47頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文題目： 基于單片機(jī)控制的開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 孫中凱 指導(dǎo)教師： 李德勝 高級(jí)工程師 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 12級(jí)電氣2班 2016年5月哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）審 閱 評(píng) 語指導(dǎo)教師評(píng)語 建議成績： 是否同意答辯：同意答辯 不同意答辯 指導(dǎo)教師（簽名） 職 稱 年 月 日 評(píng)閱人評(píng)語 建議成績： 是否同意答辯：同意答辯 不同意答辯 評(píng)閱教師（簽名） 職 稱 年 月 日 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)語及成績答辯評(píng)語 答 辯 成 績: 答辯小組組長簽字： 年 月 日畢業(yè)論文成績指導(dǎo)教師成績：

2、評(píng)閱成績： 答辯成績： 綜合指導(dǎo)教師成績、評(píng)閱成績、答辯成績，經(jīng)答辯委員會(huì)評(píng)定，該學(xué)生畢業(yè)論文總成績： 答辯委員會(huì)主任單位： 答辯委員會(huì)主任簽字： 職稱： 年 月 日專心-專注-專業(yè)基于單片機(jī)控制的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)摘 要電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。他對(duì)現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠的電源起著關(guān)鍵作用。本文

3、設(shè)計(jì)主要目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)控制開關(guān)電源，所以在這次設(shè)計(jì)中使用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。在這次設(shè)計(jì)文檔中，詳細(xì)闡述了開關(guān)電源與線性電源的比較，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過鍵盤預(yù)置期望輸出電壓值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，由軟件控制單片機(jī)輸出相應(yīng)的脈沖寬度，對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行脈寬調(diào)制，輸出預(yù)期的電壓。并采用PID算法控制輸出電壓穩(wěn)定，構(gòu)成可輸出12v到0v的可調(diào)節(jié)電壓，并顯示實(shí)時(shí)預(yù)置值與電壓。 關(guān)鍵詞：財(cái)開關(guān)電源；半導(dǎo)體；PID算法；閉環(huán)控制；數(shù)控目 錄223456基于單片機(jī)控制的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)1 緒論 1.1 課題環(huán)境背景電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣

4、交叉技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。他對(duì)現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠的電源起著關(guān)鍵作用。開關(guān)電源與線性電源相比，二者的成本都隨輸出功率的增加而增長，但二者增長速率不同。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，相反高于開關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。開關(guān)電源推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的請(qǐng)便化、小型化。另外開關(guān)

5、電源的發(fā)展與應(yīng)用在安防監(jiān)控，節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義1。1.1.1 節(jié)能綠色型的開關(guān)電源最早的開關(guān)電源技術(shù)還不夠成熟，待機(jī)功耗大并且效率低。怎樣降低開關(guān)電源的功耗和提高開關(guān)電源效率是世界能源待解決的問題。但是單片機(jī)的出現(xiàn)，可以設(shè)計(jì)出一個(gè)綠色又可以節(jié)能的開關(guān)電源。1.1.2 智能化數(shù)字電源它是以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器及PWM控制器作為控制對(duì)象而構(gòu)成的智能化開關(guān)電源系統(tǒng)。數(shù)字電源提供了智能化的適應(yīng)性與靈活性，具備直接監(jiān)控、處理并適應(yīng)系統(tǒng)條件的能力，能滿足任何復(fù)雜的電源要求。1.1.3 可編程開關(guān)電源可調(diào)式開關(guān)電源都不僅調(diào)節(jié)精度低

6、，而且使用不夠方便，因?yàn)樗鞘謩?dòng)調(diào)節(jié)電阻值來改變穩(wěn)壓器輸出電壓的。數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱數(shù)控電阻器（Digitally Controlled Potentiometer），可簡(jiǎn)稱為DCP。傳統(tǒng)電源存在不足的地方，例如，傳統(tǒng)電源效率不高，線性電源由于功率管是工作在線性放大狀態(tài)，功率管的電流和輸出電流是成比例的，因此當(dāng)輸出電流越大時(shí)，功耗就越大。通常，線性電源效率只有45%到50%左右，因此提高電源效率是未來電源設(shè)計(jì)，應(yīng)著重解決的問題，而開關(guān)電源能夠很好的解決這個(gè)問題，開關(guān)電源的功率開關(guān)管是工作在開關(guān)狀態(tài)的，也就是，只是在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，管子才會(huì)產(chǎn)生損耗，因此開

7、關(guān)電源的效率比線性電源要高得多，通常可以達(dá)到80%以上，本設(shè)計(jì)選擇開關(guān)電源作為研究對(duì)象，利用其輸出電壓和輸入電壓之間占空比的關(guān)系，假定輸入基本穩(wěn)定，利用單片機(jī)控制占空比，就可以控制輸出電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換，采樣輸出電壓，使用LCD顯示，通過鍵盤預(yù)置電壓，實(shí)現(xiàn)可調(diào)開關(guān)電源的制作2。1.2 電源技術(shù)發(fā)展和方向1.2.1 開關(guān)電源與線性電源線性穩(wěn)定電源，它的特點(diǎn)是:功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間電壓降穩(wěn)定輸出，可靠性高，易做成多路，穩(wěn)定性高，紋波小、輸出連續(xù)可調(diào)的成品。線性電源主要問題是：效率低、精度低、散熱問題大和難以在一個(gè)通用的輸入電壓范圍內(nèi)工作，但最主要的缺陷是在重量以及體積上。使用

8、輸入調(diào)整器可使輸出精度更加準(zhǔn)確，但是更增加功率的消耗，并且導(dǎo)致效率更低。線性電源功率達(dá)到50%的效率就不容易了，這些浪費(fèi)掉的功率還帶來了散熱的問題。開關(guān)電源是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，電路形式有全橋式、推挽式、單端正激式、單端反激式和半橋式。開關(guān)電源與線性電源的區(qū)別在于開關(guān)電源變壓器不工作在工頻上，而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲頻率上。功率開關(guān)管工作在飽與區(qū)截止區(qū)，工作在開關(guān)狀態(tài)，得名與開關(guān)電源。開關(guān)電源它的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，重量輕，體積小。1.2.2 電源技術(shù)發(fā)展的方向尖電源技術(shù)對(duì)提高一個(gè)國家勞動(dòng)生產(chǎn)率和提高一個(gè)國家單位能耗的產(chǎn)出水平，有著非常大的作用。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及

9、保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義3。 開關(guān)電源發(fā)展的方向是抗干擾、低耗、模塊化、高頻、高可靠和低噪聲。由于開關(guān)電源薄、輕、小的技術(shù)是高頻化，并且在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大研究，來提高在較大磁通密度與高頻率下能獲得高的磁性能，但是電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究。SMT技術(shù)的應(yīng)用使開關(guān)電源取得了巨大的進(jìn)展，在電路板兩邊布置元器件，可以確保開關(guān)電源的小、輕、薄。模塊化可以說是開關(guān)電源發(fā)展總體的趨勢(shì)，利用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以組成N+1冗余電源系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式容量擴(kuò)展。對(duì)于開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大的缺點(diǎn)，用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上可實(shí)現(xiàn)高頻化又可以降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)

10、換技術(shù)實(shí)際操作上會(huì)有很多技術(shù)問題，所以仍需在這一領(lǐng)域開展研究，使多項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化 1.2.3 開關(guān)電源市場(chǎng)的研究狀況與前景線性電源(Linear power supply)是先將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓幅值,再經(jīng)過整流電路整流后,得到脈動(dòng)直流電后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電。要達(dá)到高精度直流電壓,就必須經(jīng)過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。用于電鍍、充電設(shè)備、電解、科研、大學(xué)院校、工礦、實(shí)驗(yàn)室等。開關(guān)電源(Switching power supply)是利用現(xiàn)代電子電力技術(shù),控制開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間和開通的比率,支持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開關(guān)電源小型化,并使開關(guān)電源進(jìn)

11、入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,推動(dòng)了開關(guān)電源的發(fā)展,產(chǎn)品不斷向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠的方向發(fā)展4。開關(guān)電源是電子電力電源主要產(chǎn)品，由于其功率密度/轉(zhuǎn)換效率高、輸入電壓范圍廣、輸入電壓范圍廣、熱消耗較少、重量輕和小型化等優(yōu)點(diǎn)，得益于電子產(chǎn)品的輕、小的需求，發(fā)展迅速，取代了線性電源普及于各種電子電力的產(chǎn)品領(lǐng)域。開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)，占據(jù)全行業(yè)產(chǎn)出份額第一的是工業(yè)類開關(guān)電源，2010年達(dá)到全行業(yè)產(chǎn)值的比重為56%，居第二位的是消費(fèi)類開關(guān)電源，占32%，通信開關(guān)電源占6%，個(gè)人電腦開關(guān)電源占3%5。1.3 本文研究主要內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)、制作開關(guān)電源；（2）利用單片機(jī)構(gòu)成嵌入式控制

12、系統(tǒng)，通過鍵盤的預(yù)置輸入電壓數(shù)值，可以顯示預(yù)置電壓與輸出電壓；（3）開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法；（4）單片機(jī)軟件編程方法；（5）PID控制原理；2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 開關(guān)電源工作原理開關(guān)電源是指調(diào)整管工作在開關(guān)方式，即導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)的穩(wěn)壓電源，核心是一個(gè)直流變換器。利用直流變換器就可以使一種直流電壓變成數(shù)值不同、極性的各種直流電壓。 如圖2.1所示，電路的工作原理為：假設(shè)基準(zhǔn)電壓為10v，因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致輸入電壓減小，所以輸出電壓也會(huì)減少，那么，所采樣電壓將減小，假設(shè)為9.9v，誤差為0.1v，經(jīng)比較放大后，脈沖調(diào)制電路根據(jù)誤差，提高占空比使輸出電壓增大。圖21開關(guān)電源原理框圖按電路中功率管的工作方

13、式分類，電源可分為線性電源與開關(guān)電源。線性電源是較早的一種電源，它的功率管工作在線性放大區(qū)5。2.2 線性電源和開關(guān)電源的比較2.2.1 線性電源的缺點(diǎn)（1）必須要有較大的濾波電容；（2）體積大、不能小型化，重量也大；（3）效率低，功耗大，效率一般只有35%-45%。缺點(diǎn)的原因是：（1）線性電源使用了50赫茲的工頻變壓器，所以必須增大濾波電容容量。（2）線性電源中功率晶體管V在整個(gè)工作過程中，一直工作在晶體管特征曲線的線性放大區(qū)。功率晶體管本身的輸出電流和功耗成正比。2.2.2 開關(guān)電源優(yōu)點(diǎn)（1） 功耗小，效率高。圖2.1中，開關(guān)管V在脈沖信號(hào)控制下，工作在截止-導(dǎo)通與導(dǎo)通-截止交替的開關(guān)狀態(tài)

14、下，轉(zhuǎn)換速度很快快，頻率在50200千赫茲。（2） 體積小，重量輕。（3） 穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓是由控制信號(hào)的占空比或者激勵(lì)信號(hào)的頻率來調(diào)節(jié)的，輸入電壓的變化可以通過變頻或者調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償。（4） 濾波效率提高，并使濾波電容體積于容量減小。2.3 系統(tǒng)方案論證開關(guān)電源具有較快的發(fā)展，從而產(chǎn)生了不同的設(shè)計(jì)思路。開關(guān)電源的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示，圖22 開關(guān)電源的一般框圖2.3.1 方案1主回路采用非隔離推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖2.2所示）圖23 非隔離式DC-DC結(jié)構(gòu)2.3.2 方案2主回路用隔離推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖2.3所示），輸出和輸入電氣不相連，通過關(guān)開變壓器磁偶合方式傳遞能量，

15、最適合實(shí)驗(yàn)室使用。本設(shè)計(jì)用方案二。圖24 隔離式DC-DC結(jié)構(gòu)2.3.3 方案3方案3：?jiǎn)纹瑱C(jī)擴(kuò)展D/A轉(zhuǎn)換器，不間斷的檢測(cè)輸出電壓，并且根據(jù)電源輸出的電壓和鍵盤預(yù)置電壓差值，輸出了一個(gè)PWM脈沖，直接控制電源工作。2.3.4 方案分析方案1分析：采用脈沖頻率調(diào)制FPM(Pulse Frequency Modulation)的控制方式，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍大，但要求濾波電路必須在寬頻帶下工作。方案2分析：采用脈沖寬度調(diào)制PWM（Pulse Wildth Modulation）的控制方式，?；诳紴V題目的要求，本次設(shè)計(jì)用PWM調(diào)節(jié)方式。方案3分析：這個(gè)方案，單片機(jī)不僅加入了反饋控制系統(tǒng)，而且作為控

16、制核心，單片機(jī)得以充分利用，而且省去了D/A芯片，成本大大降低，是真正的單片機(jī)控制。綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇第三種控制方案，單片機(jī)使用89C52，A/D芯片采用ADC0809，采用LCD顯示采樣值，鍵盤預(yù)置電壓，設(shè)計(jì)中的任務(wù)要求輸出可調(diào)。2.3.5 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作原理圖如圖2.2所示：市電經(jīng)過整流濾波后，一路電壓經(jīng)過7805穩(wěn)壓得到一個(gè)+5v電壓，該電壓作為單片機(jī)的工作電源，另外一路電壓直接作為開關(guān)變換電路的輸入電壓。開關(guān)變換器采用磁鐵心電感作為儲(chǔ)能元件，在功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)能，在開關(guān)管截止時(shí)，電感釋放能量給負(fù)載。單片機(jī)定時(shí)采樣輸出端電壓，是通過ADC0809傳送進(jìn)單片機(jī)里進(jìn)行處理的，

17、單片機(jī)可以根據(jù)處理的結(jié)果輸出更新控制信號(hào)，經(jīng)過光電耦合器濾除干擾后輸出控制信號(hào)控制功率開關(guān)管工作狀態(tài)。在系統(tǒng)中，用戶根據(jù)需要從鍵盤輸入電壓，單片機(jī)就會(huì)根據(jù)鍵盤輸入和采樣電壓差值，更新脈寬，來對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制。 當(dāng)閉環(huán)時(shí)，電源就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行脈寬調(diào)制，當(dāng)系統(tǒng)讀取到鍵盤預(yù)置電壓變化時(shí)，它先將鍵盤輸入的值與從輸出端取樣的值相對(duì)比，比如當(dāng)前鍵盤輸入為100v，從輸出端取樣的值為60v，差值為40v，則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)差值，跟新脈寬。這就是系統(tǒng)脈寬調(diào)制過程。同時(shí)，電源可以自動(dòng)穩(wěn)壓，假定在某一正常狀態(tài)下，輸出為V0，反饋電壓?jiǎn)朧f（Vf=V0），用戶設(shè)定電壓為Vs，當(dāng)V0=Vs時(shí)，偏差為0，單片機(jī)不進(jìn)行脈寬更

18、新，當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致輸出增加時(shí)，即V0>Vs時(shí),單片機(jī)采樣的電壓也增加，單片機(jī)根據(jù)偏差修改占空比使導(dǎo)通時(shí)間變小，從而使電壓下降，同樣當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)使輸出電壓下降時(shí)，即V0<Vs時(shí)，單片機(jī)修改脈寬使導(dǎo)通時(shí)間變長，從而使輸出電壓上升，如此循環(huán)來進(jìn)行穩(wěn)壓6。整流濾波電路開關(guān)變換電路整流濾波電路單片機(jī)控制電路輔助電源LCD顯示ADC0809取樣電路鍵盤預(yù)置25 單片機(jī)控制開關(guān)電源系統(tǒng)框圖2.4 系統(tǒng)難點(diǎn)分析2.4.1 如何提高電源的工作頻率困難分析：現(xiàn)如今開關(guān)電源工作頻率已經(jīng)可以達(dá)到200千赫茲以上，所以本次設(shè)計(jì)雖然采用了24M赫茲晶振頻率，但開關(guān)電源要求的是單片機(jī)的處理速度要快，51系列單片機(jī)

19、，雖然使用24M的晶振，相對(duì)于開關(guān)電源需要很快開關(guān)工作頻率，但是它的速度仍然比較慢，并且單片機(jī)還要做掃面鍵盤，采樣電壓，PID控制等很多工作，那么單片機(jī)更加慢，雖然可以忽略這方面影響，單片機(jī)可通過定時(shí)器中斷產(chǎn)生40千赫茲頻率，但定時(shí)器中斷產(chǎn)生的脈沖有效電平，即占空比是不可以改變的，只可以是50%，所以要設(shè)計(jì)輸出可調(diào)的開關(guān)電源，顯然行不通。解決辦法：現(xiàn)在的問題是在于單片機(jī)輸出的脈沖硬件更改，占空比不可以更改，只可以替換速度高單片機(jī)，但是成本又增加了，所以在選擇在軟件上解決問題，分為：第一要定義兩個(gè)變量，一個(gè)占空比D，一個(gè)中期T，給它們賦于值，T要大于D，先讓單片機(jī)I/O輸出高電平，讓D，T同時(shí)開

20、始計(jì)數(shù)，當(dāng)D計(jì)算到預(yù)計(jì)值時(shí)，I/O口為低電平，然后低電平一直延續(xù)到T值時(shí)，I/O口輸出高電平。改變T，D的值可以改變脈沖頻率，改變D值可以控制占空比。算法為：D=100，T=1000；/定義變量，并賦值，占空比為100/1000=10%VOID tim0 ()/定時(shí)中斷P1.0=1;/P1.0輸出高電平D+;/同時(shí)計(jì)數(shù) T+; If（D=100）P1.0=0；/D到預(yù)計(jì)值時(shí)，輸出的是低電平 If （T=1000）P1.0=1；/T到預(yù)計(jì)值時(shí)，輸出的是高電平D=0；T=0；/清零只要單片機(jī)時(shí)鐘頻率足夠高，可以輸出任意的頻率。2.4.2 儲(chǔ)能電感的繞制我們用儲(chǔ)能電感目的，是在功率開關(guān)管截止的時(shí)候，

21、可以為負(fù)載存儲(chǔ)能量，電氣上的作用是可以把開關(guān)方波脈沖積分成直流電壓。需是自己繞制，需要最小電感值可以由公式計(jì)算 式中為估計(jì)最大輸入電壓下，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，根據(jù)設(shè)計(jì)前輩們的經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)為開關(guān)周期的30%是比較合適的。代入數(shù)據(jù)求得，取電感的設(shè)計(jì)方法為 其中為加入氣隙的高磁導(dǎo)率材料鐵心電感的截面積，為電感窗口截面積，其中I為電感電流有效值，是導(dǎo)線電流密度，是繞組填充的因數(shù)，（0<）。，為鐵心中的磁通密度。計(jì)算出的值，于手冊(cè)對(duì)照，選用大于值產(chǎn)品，就可以查到對(duì)應(yīng)鐵心的截面積，公式為確定繞組匝數(shù)。2.4.3 標(biāo)度轉(zhuǎn)換技術(shù)本次設(shè)計(jì)使用了ADC0809，這種芯片只能采樣0到5V的電壓，所采集回來的電壓對(duì)應(yīng)

22、的是0到255的數(shù)字量，而用戶從鍵盤輸入的是電壓值?？刂葡到y(tǒng)檢測(cè)被控對(duì)象的參數(shù)是有不同數(shù)值與量綱。所有這些參數(shù)都需要通過變送器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過A/D轉(zhuǎn)換器或者V/F變換器轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能處理的數(shù)字量。必須把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的不同量綱的物理量。這就是標(biāo)度變換技術(shù)。我們這次設(shè)計(jì)標(biāo)度轉(zhuǎn)換為：鍵盤輸入為：0到12V；采樣0到5V電壓對(duì)應(yīng)數(shù)字量為0到255 變換程序：r=input*255/12;/input為鍵盤輸入值,r為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量就是說使預(yù)置的0到12v的轉(zhuǎn)換為0到255的數(shù)字量，這樣單片機(jī)系統(tǒng)才能夠進(jìn)行正確的比較處理。2.5 開關(guān)變換器的結(jié)構(gòu)分析與選擇 開關(guān)電源核心是脈沖控制電路與高頻

23、開關(guān)變換電路。輸出電壓平均值,控制電路根據(jù)反饋電壓控制高頻開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間（）與截止時(shí)間（），達(dá)到控制輸出電壓目的。隔離電路采用高頻隔離變壓器與高頻變化器。開關(guān)電源的四中組態(tài)為：（1）Buck變換器；（2）Boost變換器；（3）Buck-Boost變換器；（4）CUK變換器。2.5.1 降壓變換電路分析這些開關(guān)電源是直流供電，它們輸入電壓總是比輸出電壓高。當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，電能儲(chǔ)存在電感中，同時(shí)也流向負(fù)載。當(dāng)開關(guān)元件被控制截止時(shí)，由于電感上的電流不能跳變，儲(chǔ)存于電感中的能量繼續(xù)供給負(fù)載，電容的作用是平滑輸出。電路中負(fù)載電阻與開關(guān)管是串聯(lián)，因此稱為串聯(lián)開關(guān)電源。圖26 Buck變換器開關(guān)管導(dǎo)

24、通，當(dāng)電感電流上升到等于Io時(shí)，電容停止向負(fù)載供電，此時(shí)輸出電壓達(dá)到最小值。隨著電感電流的繼續(xù)上升，電容開始充電，從最低值開始上升。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，電感上電流處于最大，此后電感上電流開始下降，但電流仍比Io大，所以電容仍處于充電狀態(tài)，輸出電壓繼續(xù)上升。當(dāng)電感電流下降到Io時(shí)，電容停止充電，此時(shí)電容上電壓達(dá)到最大值。因?yàn)殡姼须娏飨陆?，所以電容放電，從最大值慢慢開始下降。假設(shè)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間為,截止時(shí)間為,并且開關(guān)管和電感為理想元件，則,其中為開關(guān)的脈沖占空比。假設(shè)開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)，截止時(shí)間為0，則；假設(shè)開關(guān)管一直截止，導(dǎo)通時(shí)間為零，則，隨著與的比例不同，輸出電壓為0之間的各種值。我們來分析該電路的

25、工作原理：開關(guān)管導(dǎo)通，發(fā)射極上的電壓為 （2-1）為開關(guān)管飽和壓降，為輸入電壓，那么電感電壓為,為電感電流，則在經(jīng)歷以后，開關(guān)管截止，此時(shí)電感電流最大，電流值為 （2-2）當(dāng)這時(shí)，電感儲(chǔ)能是： ，因?yàn)殡姼袑?duì)電容充電，充電的電量是 （2-3）這期間，輸入電壓給電路能量是 （2-4）（4）式經(jīng)過變換得：/即是電感中儲(chǔ)存的磁能和電容儲(chǔ)存的電能。當(dāng)開關(guān)管截止后，電感電流不能突變，電感產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，使得續(xù)流二極管導(dǎo)通，電感通過電路向負(fù)載放出能量，若二極管正向?qū)▔航禐?，已知電感上的二?jí)管降壓與輸出電壓、電壓之間有這樣的關(guān)系：我們通過下面的式子算出電感電流由最大值為0的時(shí)間， （2-5）開關(guān)管截止期間電容

26、充電量是 （2-6）續(xù)流二極管作用是使電感電流在開關(guān)管截止時(shí)可以連續(xù)變化，若控制信號(hào)的每一個(gè)脈沖都可以完全工作，就會(huì)有，那么讓電感在導(dǎo)通期間存儲(chǔ)的能量，能在時(shí)間內(nèi)，就可以完全釋放給電路。我們可以根據(jù)能量守恒定理來證明， （2-7）代入（4）式得 （2-8）所以我們知道了，脈沖周期越小或?qū)〞r(shí)間越大，輸出電流就越大，我們需要提高電源輸出功率時(shí)，就可以通過提高開關(guān)管的工作頻率。2.5.2 升壓型變換電路升壓式開關(guān)電源的輸出電壓總是高于輸入電壓Ui，且極性是相同的。因?yàn)樨?fù)載與開關(guān)管是并聯(lián)，所以稱為并聯(lián)開關(guān)電源。2.5.3 Buck-Boost型變換器極性變換式電源輸入電壓和輸出電壓極性是相反的，輸入

27、的電壓絕對(duì)值要低于輸出電壓絕對(duì)值，否則將和降壓式開關(guān)電源混淆，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加在電感上，產(chǎn)生電流，電感進(jìn)行儲(chǔ)能，二極管反向截止。晶體管截止時(shí)，電感上電流逐漸減小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使二極管導(dǎo)通，給電容充電，電容上的電壓與輸入電壓極性相反。當(dāng)負(fù)載上的電壓要跌落時(shí)，電容再次給負(fù)載放電，這時(shí)可使輸出電壓高于輸入電壓。這幾種開關(guān)電路都有各自特點(diǎn)，我們的任務(wù)要求電源在12到3伏之內(nèi)可調(diào)，但輸入電壓為14.3V，因此采用降壓型開關(guān)變換電路，通過調(diào)制輸出占空比為90%到0的脈沖，使得電源在要求范圍之內(nèi)可以調(diào)節(jié)。2.6 開關(guān)電路的器件參數(shù)和選擇2.6.1 功率開關(guān)管的選擇 開關(guān)管是電源最重要要的工作器件，正

28、確選擇，是電源成功制作的基礎(chǔ)。第一，開關(guān)管截止時(shí)間不可以過長，若截止時(shí)間過長，開關(guān)管的上一個(gè)控制脈沖就已經(jīng)結(jié)束，當(dāng)下一個(gè)控制脈沖已經(jīng)到來時(shí)，就會(huì)造成開關(guān)管沒有完全關(guān)斷，就馬上就進(jìn)入下一個(gè)導(dǎo)通周期，這樣會(huì)造成電源損壞。第二，開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間也不可以過長。若開關(guān)頻率較高，開關(guān)管截止與導(dǎo)通的頻率頻繁，導(dǎo)通時(shí)間過長，就意味開關(guān)管有更多時(shí)間是在放大狀態(tài)下工作的，這樣開關(guān)管功耗就會(huì)迅速增大，電源的效率降低。我的論文中電源工作頻率為24.9千赫茲，根據(jù)設(shè)計(jì)前輩們的經(jīng)驗(yàn)，功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間不宜超過1.49，截止時(shí)間不可以超過1。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候。計(jì)算如下：電感電流的平均值等于負(fù)載電流，則有，流過開關(guān)管的電流

29、平均值為，忽略開關(guān)管導(dǎo)通壓降，有，整理方程消去得到 （2-9）電流流過開關(guān)管最大電流等于電感電流最大值，所以 ，得出額定輸出電流是，得出集電極電流小于當(dāng)開關(guān)管截止的時(shí)侯，電源全部輸入電壓都會(huì)加在開關(guān)管的發(fā)射極兩端與集電極。因此其耐壓值就一定要大于集電極輸入電壓，因?yàn)榭紤]到開關(guān)瞬間濾波電感和電網(wǎng)波動(dòng)所產(chǎn)生的浪涌電壓，選取耐壓值為輸入電壓的2倍。輸入電壓為14.4，則開關(guān)管耐壓應(yīng)大于2，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，選擇的晶體管型號(hào)為D882，耐壓值40V，集電極電流3A，功率10W。2.6.2 濾波電容的選擇電容濾波原理是：利用電容在截止期間釋放能量、在整流二極管導(dǎo)通期間儲(chǔ)存能量的作用。濾波一方面盡量降低輸出電

30、壓中的脈動(dòng)成分，另一方面盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電源的輸出電壓。由于電感電流仍小于輸出電流，電容向負(fù)載放電，電壓下降，產(chǎn)生紋波，在一個(gè)脈沖周期中，電容所釋放的電量為，設(shè)紋波電壓峰峰值為，則有 （2-10）任務(wù)要求為因此脈沖頻率是25千赫茲，周期，選取電容量470鋁電解的電容。2.6.3儲(chǔ)能電感的選擇開關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，其飽和壓降可以忽略，則電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 （ 2-11） （ 2-12）電感電流變化量和負(fù)載電流的變化量相等，為了使電感電流在負(fù)載電流最小時(shí)，仍保持連續(xù)，取，為負(fù)載最小電流。代入式（11）得 ，根據(jù) ，所以電感計(jì)算是 （2-13）負(fù)載電流最小值為0.

31、5安，代入公式，算得電感量為76.8,取電感量為100，電感量越大，儲(chǔ)能就越大，因?yàn)槭窃诟哳l下工作，電感選用磁鐵心電感，為防止電感飽和，選擇飽和電流為2A。2.6.4續(xù)流二極管的選擇根據(jù)變換器的工作原理，開關(guān)截止時(shí)，續(xù)流二極管導(dǎo)通，電感的磁能轉(zhuǎn)換為電能，二極管起到續(xù)流的作用，選擇超快恢復(fù)二極管，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，選擇電流大于耐壓大于30的肖特基二極管。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 電源電路設(shè)計(jì)開關(guān)電源設(shè)計(jì)包括采樣電路、輸出整流濾波電路、保護(hù)電路、開關(guān)變換電路，輸入整流濾波電路。3.1.1 整流濾波電路電壓經(jīng)過變壓器降壓后，其通過7812后變?yōu)?2v，該電壓整流后一部分電壓直接成為開關(guān)變換電路輸入電

32、壓，另其通過7805得到5v的電壓后，給予開關(guān)電源控制電路部分單片機(jī)提供工作電源。交流220v降壓后經(jīng)過整流橋整流輸出直流電壓作為開關(guān)變換電路的輸入電壓，7805穩(wěn)壓輸出5v給單片機(jī)提供電源。圖31整流濾波電路3.1.2 開關(guān)變換電路功率開關(guān)管采用達(dá)林頓管，由于它采用兩個(gè)三極管進(jìn)行級(jí)聯(lián)，其放大倍數(shù)是兩個(gè)管子放大倍數(shù)的乘積，因而具有很高的放大倍數(shù)，通過級(jí)聯(lián)，可獲取大的電流輸出，對(duì)于提高電源的輸出功率，有一定的作用。所以開關(guān)管選擇是PNP型，若控制脈沖的低電平，那么開關(guān)導(dǎo)通，電感存儲(chǔ)能量，開關(guān)把電路輸入電壓變成高頻脈沖，若控制脈沖為高電平，那么開關(guān)截止，電感把所存儲(chǔ)的能量釋放給負(fù)載。為了確保電感電

33、流能在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中保持連續(xù)，選用肖特基二極管作為續(xù)流二極管選用，這種二極管具有較快的導(dǎo)通截止恢復(fù)時(shí)間，在開關(guān)導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，能夠很快的由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通，所以能夠確保電感電流連續(xù)7。圖32 開關(guān)電路與輸出整流濾波電路3.1.3 保護(hù)電路如圖3.3所示，在實(shí)際應(yīng)用中常常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)橐粫r(shí)疏忽或誤操作而導(dǎo)致的燒壞芯片情況，因此設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)秀的產(chǎn)品。其原工作理為：在電源輸出端，設(shè)置負(fù)載電流檢測(cè)電阻R0，通過R0將負(fù)載電流Io變成過流檢測(cè)電壓,三極管是過流控制管，若開關(guān)電源負(fù)載電流是，過流控制三極管開始導(dǎo)通時(shí)，電源輸出電壓是過流控制管集電極輸出，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，可以將開關(guān)電源負(fù)載短路，可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)。本電路

34、具有自鎖功能，若負(fù)載電流增大持續(xù)時(shí)間超過C1充電時(shí)間事，電路觸發(fā)以后，那么負(fù)載電流恢復(fù)正常，也不可以解除保護(hù)狀態(tài)，我們必須關(guān)斷電源，排除過流因素后，晶閘管才可以復(fù)位。下圖中，電感和輸出端電容之間的部分是保護(hù)電路。圖33 過流保護(hù)電路3.2 控制電路設(shè)計(jì) 控制電路用89c52芯片，該芯片有32個(gè)可編程的I/O口。RST：復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即便不用訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，所以它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)目的。EA/

35、VPP：外部訪問允許。訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器時(shí)，EA端接高電平。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，EA必須保持低電平。振蕩電路本次設(shè)計(jì)采用的是石英振蕩電路，外接電容C1、C2的容量的大小的取值會(huì)影響振蕩頻率的高低、振蕩器的工作穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用陶瓷振蕩器，應(yīng)選擇容量為3050PF，對(duì)于石英晶體，選擇2040PF，這里我們選擇電容為22PF，晶振為24M赫茲。復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路有按扭電平復(fù)位，上電復(fù)位，按扭脈沖復(fù)位。上電復(fù)位是利用器充電實(shí)現(xiàn)。電阻取1k，電容取22uf。本次設(shè)計(jì)在調(diào)試過程中使用的是89S51，該單片機(jī)與MCS51系列完全兼容，工作頻率0到33M赫茲，支持系統(tǒng)編程，只需要從

36、電腦引出幾根線即可。該燒寫器電路及用戶界面，均可以從網(wǎng)上獲取。3.2.1 反饋電路設(shè)計(jì) 反饋電路是應(yīng)用ADC0809輸出電壓，這個(gè)器件能轉(zhuǎn)換5到0伏之間的電壓，超過后會(huì)燒毀芯片，若要采集大的電壓，我們可通過電阻分壓再采樣，可以在程序中再乘以一個(gè)分壓系數(shù)，來代表輸出電壓值。 下圖為ADC0809的接線圖：圖34 ADC0809接線圖3.2.2 顯示電路設(shè)計(jì)液晶顯示器以其抗干擾、避免幾何失真、畫面無閃爍、厚度薄、無電磁輻射、重量輕、耗能少、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)被業(yè)界和用戶一致看好。 LCD128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128

37、15;64?？梢燥@示16×16行8×4點(diǎn)陣的漢字， 還可以完成圖形顯示。低功耗，低電壓是其特點(diǎn)?；咎匦?（1）、低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V）（2）、顯示分辨率:128×64點(diǎn) （3）、低功耗（4）、內(nèi)置 128個(gè)16×8點(diǎn)陣字符 （5）、2MHZ時(shí)鐘頻率 （6）、顯示方式：STN、半透、正顯 （7）、驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）、視角方向：6點(diǎn) （9）、通訊方式：串行、并口可選圖35 LCD接口電路3.2.3 鍵盤接口和單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 我的論文鍵盤是16個(gè)按鍵的，有軟件定義功能，需要解決的問題： 鍵盤是按鍵的集合,是向

38、系統(tǒng)命令的接口設(shè)備。按鍵分非編碼鍵和與編碼鍵盤盤兩種類型。編碼鍵盤可以自動(dòng)識(shí)別按下的鍵同時(shí)生成對(duì)應(yīng)的代碼,通過并行或串行方式送給CPU。這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是使用方法簡(jiǎn)便,接口簡(jiǎn)易,反應(yīng)快速,缺點(diǎn)是成本較高。非編碼鍵盤則通過軟件來確定按鍵并計(jì)算鍵值.因?yàn)檫@種方法沒有編碼鍵盤速度快,但是它組態(tài)靈活，價(jià)格便宜,所以得到廣泛應(yīng)用.鍵盤是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一個(gè)重要部分,設(shè)計(jì)時(shí)需要解決下述一些問題。1.按鍵的確認(rèn) 鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的集合,其每一個(gè)按鍵就是一個(gè)開關(guān)量輸入裝置。按鍵的閉合,受控于彈性開關(guān)的合，斷兩個(gè)狀態(tài),電壓上的表現(xiàn)就是出高電平或低電平,高電平表示斷開,那么低電平就表示鍵閉合。所以,通過電平

39、狀態(tài)(高或低)的檢測(cè),便可確定相應(yīng)按鍵是否已被按下.鍵盤中有無按鍵按下是通過列選線讀入掃描字及行線讀入行選線的狀態(tài)進(jìn)行判斷的8。判斷的過程是：必須使列選線所有I/O線均設(shè)置成為低電平，第二步使行線狀態(tài)讀入累加器中。如果有鍵按下，則至少會(huì)有一根行線被拉至低電平，從而使行輸入不全為1。 2.鍵盤抖動(dòng)的防止 由于不規(guī)范的操作或者鍵盤本身的構(gòu)造都會(huì)導(dǎo)致鍵盤抖動(dòng)，鍵盤的抖動(dòng)會(huì)影響數(shù)值正確輸入，造成錯(cuò)誤操作，因此要防止。 圖36 單片機(jī)鍵盤接口電路4 軟件設(shè)計(jì)4.1 總體編程思想單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路：系統(tǒng)掃描鍵盤輸入，當(dāng)鍵盤有輸入，系統(tǒng)立即會(huì)做出響應(yīng)，根據(jù)采樣鍵盤輸入和電壓之間的差值，更新脈寬，輸出

40、用戶期望電壓，然后系統(tǒng)仍掃描鍵盤，若沒有再次輸入，系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用PID控制的算法，控制輸出電壓的穩(wěn)定。軟件子程序包括：（1）數(shù)碼管掃描與鍵盤子程序，（2）ADC0809轉(zhuǎn)換子程序，（3）定時(shí)器 零 中斷產(chǎn)生的方波子程序，（4）PID控制子程序，（5）定時(shí)器1中斷修改占空比、進(jìn)行PID控制、數(shù)碼顯示子程序。4.1.1 鍵盤防抖動(dòng)子程序在按鍵操作過程中,都會(huì)無意中同時(shí)或著按下兩個(gè)以上的鍵或連擊,發(fā)出了錯(cuò)誤指令，所以，為了防止這種情況發(fā)生，會(huì)在程序中進(jìn)行兩次判斷，來確認(rèn)按鍵。本文要求有電壓預(yù)置功能，所以程序中將8個(gè)按鍵定義：加20，加200，加2000，向上切換鍵，減20，減200，減2000，向下切

41、換鍵。滿足電壓預(yù)置要求，通過切換可以顯示當(dāng)前預(yù)置電壓值，輸出電壓值，PID控制增量以及PID控制的比例、積分、微分三個(gè)參數(shù)。是否有鍵入延時(shí)是否仍有鍵入確認(rèn)按鍵，進(jìn)行鍵盤處理結(jié)束否開始是是否圖41 鍵盤防抖動(dòng)流程圖4.1.2 顯示子程序本文為了使控制精度達(dá)到0.01，采用LCD，可以顯示到小數(shù)點(diǎn)后兩位，通過鍵盤，實(shí)現(xiàn)較為精確的控制效果。軟件設(shè)定4個(gè)顯示緩沖區(qū)，小數(shù)點(diǎn)后2位，小數(shù)點(diǎn)后1位，十位，存儲(chǔ)個(gè)位。 采樣前，先進(jìn)行芯片的選擇（即片選CS）,隨后,必須在時(shí)鐘（CLK）下降沿到之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣最后，為了防止采樣中出現(xiàn)遺漏，在程序結(jié)束前還需設(shè)計(jì)一段檢查程序，經(jīng)檢查采樣完成后，才能結(jié)束程序是否片選

42、CS=0，選擇通道時(shí)鐘CLK下降沿到之前，采樣數(shù)據(jù)下降沿到來讀取數(shù)據(jù)采滿完成？結(jié)束開始轉(zhuǎn)換程序入口圖42 顯示子程序流程圖4.1.3 采樣子程序由于ADC0809工作電壓為：+5V，即VCC=+5V。所以ADC0809只能采樣0-5V的電壓，假若輸入電壓超過5V則會(huì)損壞芯片。解決方法：可在輸出端，通過電阻分壓，這樣使得采樣的電壓總是小于5V，為了顯示輸出電壓值，在程序中采樣的電壓乘以一個(gè)分壓系數(shù)后再進(jìn)行顯示，這樣顯示值代表輸出電壓，同時(shí)也可以防止芯片被損壞。否是讀取有顯示的值放入顯示緩沖器中送LCD顯示顯現(xiàn)完成結(jié)束開始圖43 AD轉(zhuǎn)化流程圖4.1.4 中斷處理程序設(shè)計(jì)89C51是一種帶4K字節(jié)

43、閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。89C51系列單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)器和，分別由和兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。T0和T1的定時(shí)功能是通過對(duì)單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)脈沖的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)器控制寄存器(TCON)和工作方式控制寄存器(TMOD)分別控制定時(shí)控制定時(shí)器的運(yùn)行和工作方式。 計(jì)算預(yù)置計(jì)數(shù)值在工作方式1的定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式為定時(shí)時(shí)間(65535計(jì)數(shù)初值)×機(jī)器周期 為獲取高的處理速度，采用24MHz晶振，一個(gè)機(jī)器周期為0.5u s。若

44、數(shù)初值為y，則有： TS= (65535y) × 0.5us如今開關(guān)電源工作頻率可達(dá)到299.99千赫茲，本文設(shè)計(jì)開關(guān)電源工作頻率為26千赫茲，那么控制脈沖的頻率就是26千赫茲，周期為50us，定時(shí)時(shí)間為周期的一半，即25us，則計(jì)數(shù)初值為65535-25x2。#define time 65535-40 time()TH0=time>>8;TL0=tim0;PWM=PWM 4.1.5 PID控制算法設(shè)計(jì)原理：采用單片機(jī)作為控制器的閉環(huán)系統(tǒng)，它是由89C52單片機(jī)系統(tǒng)通過A/D電路采集過程變量V1，并且根據(jù)有關(guān)算法控制變量u1，通過輸出PWM控制脈沖到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使過程變量穩(wěn)

45、定在設(shè)定的值上。PID調(diào)節(jié)規(guī)律通過數(shù)值公式，即： 近似計(jì)算。其中：為PID參數(shù)，y0為第三次采樣值，y1為之第二次采樣值，y2為第一次采樣值。，u1為控制量的增量，r1為設(shè)定值。轉(zhuǎn)換公式是12*255/12=255，即255對(duì)應(yīng)12V，通過轉(zhuǎn)換之后就可以相互比較。開關(guān)調(diào)整電路89C51單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器圖44 單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件模塊調(diào)試 5.1.1 整流濾波電路的調(diào)節(jié)把這一模塊放在面包板上進(jìn)行模擬：把電路連接后，接通電源，首先測(cè)量變壓器的輸出，在交流檔位測(cè)得的電壓為12.96v，接著測(cè)量整流輸出的電壓，這里需要提醒的是整流橋的連接必須正確，不然整流輸出電壓會(huì)不正確乃

46、至燒壞穩(wěn)壓塊。5.1.2 AD轉(zhuǎn)換的調(diào)試用穩(wěn)壓電源向轉(zhuǎn)換器提供一個(gè)5v電壓，改變電壓，觀測(cè)到隨著電壓的改變，數(shù)碼管的顯示值也隨之改變。再用萬能表測(cè)量電壓，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值接近顯示值，可見模數(shù)模塊是正常工作的。5.1.3 脈沖輸出電路的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)脈沖直接輸入到開關(guān)管的基極的，我們?cè)谥瓢逯埃妹姘迥M脈沖信號(hào)實(shí)驗(yàn)是否可以直接控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，若使用開關(guān)管發(fā)射極輸出型變換電路，在發(fā)射極所輸出的脈沖信號(hào)，幅度會(huì)很小，效果不好，通常采用集電極輸出型開關(guān)電路。將電路連接好，用示波器觀察基極輸入信號(hào)和集電極的輸出信號(hào)，觀察發(fā)現(xiàn)，輸入信號(hào)幅度較小，但是經(jīng)過開關(guān)后，在集電極的輸出信號(hào)，幅度明顯被放大，效果比較

47、好，說明控制脈沖可以直接控制開關(guān)電路，信號(hào)穩(wěn)定。5.1.4 功率開關(guān)管的調(diào)試將做好的電路板放置好，防止和其他導(dǎo)體觸碰造成短路。然后，向功率開關(guān)管基極輸入控制信號(hào)，通過示波器波器觀察，使用鍵盤輸入不同的預(yù)置電壓，再用示波器另一通道觀測(cè)開關(guān)管集電極輸出信號(hào)后可觀測(cè)到5.2 電源的性能指標(biāo)測(cè)試電源開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)通用事項(xiàng)、包括適用規(guī)格與電源名稱。電源開關(guān)安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，是由電源用途不同，指標(biāo)優(yōu)先考慮重點(diǎn)的同，但必須首先應(yīng)考慮電源安全性。當(dāng)前，很多國家都有相應(yīng)開關(guān)電源安全規(guī)范，常用的國際安全規(guī)范為IEC65、IEC950 。有關(guān)EMI的規(guī)格，國際上的規(guī)格為為CISPRPub11、Pub12。常見的開關(guān)電源

48、電氣技術(shù)指標(biāo)有： （1）輸入電源頻率、相數(shù)：根據(jù)輸出的功率不同，可以用三相電源供電或單相。若在輸出功率高于5kW可以用三相電源供電，來使三相負(fù)載均衡。我國電源頻率為50Hz。 （2）容許電壓波動(dòng)、額定輸入電壓范圍：我國電源額定相電壓為220V，線電壓為380V，在容許的輸入電壓波動(dòng)范圍內(nèi)都要保證輸出功率。 （3）額定輸入電流：指在額定輸入電壓和額定輸出功率時(shí)的輸入電流。（4）我國最大輸入電流：指在容許的下限輸入電壓和額定輸出功率時(shí)的輸入電流。 （5）我國輸入功率因數(shù)：指輸入有功功率與視在功率的比值。 （6）額定輸出直流電壓：也叫標(biāo)稱輸出直流電壓，指在額定輸出電流、滿足規(guī)定的穩(wěn)壓精度及紋波等指標(biāo)

49、時(shí)的最大輸出直流電壓。 5.2.1 電源的技術(shù)指標(biāo)（1）輸入技術(shù)指標(biāo)開關(guān)電源輸入技術(shù)指標(biāo)包含額定輸入電壓及電壓的變化范圍、頻率、輸入電源相數(shù)、輸入電流一般為3相3線制與單相2線制，以及3相4線制和單相3線制等。輸入電壓的變化范圍一般為±10%，考慮配線路徑及各種實(shí)際問題，輸入電壓的變化范圍一般為-15%到+10%。（2）輸出技術(shù)指標(biāo)額定輸出電壓就是輸出端的直流電壓的公稱值，其公稱電壓規(guī)定有精度與紋波系數(shù)等。額定輸出電流是輸出端供給負(fù)載的最大平均電流。根據(jù)不同的設(shè)備，多路輸出電源中某路輸出電流值上升，另路輸出電流值就必須下降，使得總輸出電流不變。穩(wěn)壓精度是電壓調(diào)整率或輸出電壓精度，輸出

50、電壓變化原因非常多。輸出電壓可調(diào)范圍就是在確保電壓穩(wěn)定精度的件下，外部所能調(diào)整的輸出電壓范圍，多在±5%或±10%之間。條件是輸入電壓的下限時(shí)輸出電壓的最大值，以及輸入電壓的上限時(shí)輸出電壓的最小值9。（3）附屬功能過電流保護(hù)電流保護(hù)是輸出短路或者過負(fù)載時(shí)對(duì)電源或負(fù)載進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)特性有額定電流下垂特性；多數(shù)為下垂特；恒定功率特性，性恒流特性。一般為自動(dòng)恢復(fù)型。開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)有特性指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)。特性指標(biāo)范圍：出電壓、輸出電壓、輸出電流、最大輸出電流調(diào)節(jié)范圍；質(zhì)量指標(biāo)的服務(wù)包含紋輸出電壓調(diào)整率和波電壓。5.2.2 輸出電壓的測(cè)試測(cè)試時(shí)，先將負(fù)載電阻RL斷開，用萬用表測(cè)量電

51、源的輸出電壓Vo，用鍵盤預(yù)置幾組電壓值，逐一測(cè)量，將測(cè)量值和數(shù)碼管顯示值進(jìn)行對(duì)比，加入測(cè)量后發(fā)現(xiàn)輸出電壓跟隨鍵盤輸入的變化而改變10，且數(shù)碼管顯示值也同時(shí)改變并與測(cè)量結(jié)果相似，那么電路的工作室正常的。測(cè)試電路如圖5.1所示，進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)范圍以及輸出電壓的測(cè)試時(shí)，均采用這個(gè)測(cè)試電路。步驟：第一調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器，將輸入電源電路交流輸入電壓設(shè)為220v，在電源電路的輸出端，先出合適負(fù)載電阻RL阻值來使電源輸出電流是規(guī)定值，第二步，取輸出電流為最大輸出電流的1/2，為1A，則取RL電阻值為12歐姆，觀察電流表讀數(shù)達(dá)到達(dá)1A后，用萬用表測(cè)輸出電壓，測(cè)得輸出電壓為11.96v，在120.5這個(gè)范圍內(nèi)，用

52、鍵盤改變預(yù)置電壓，讓輸出電壓輸出值為最小值3v，這時(shí)調(diào)節(jié)變阻器使得輸出電流，達(dá)到最小值，再次測(cè)得輸出電壓為3.1v，在35%的誤差范圍內(nèi)，則所測(cè)量的輸出電壓范圍為3.1v11.96v。其中， Vi為電網(wǎng)輸入電壓，Vs為電路輸入電壓11。整流濾波整流濾波ViVs電流表負(fù)載電壓表 圖51 輸出電壓或者輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的測(cè)試電路5.2.3 最大輸出電流測(cè)試測(cè)試電路仍然按照?qǐng)D5.1連接，測(cè)試步驟如下：調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器，使電源電路輸入電壓為Vmin=220x(1-10%)=198v,通過鍵盤預(yù)置最小電壓讓輸出電壓為最小值，負(fù)載電阻為1.5歐姆，輸出電流為最大值2A，測(cè)出電壓為3.2v，斷開和接通負(fù)載，觀測(cè)輸出電壓的變化情況，當(dāng)負(fù)載從斷開到接通時(shí)，測(cè)出輸出電壓沒有改變，為3.3v，可最大電流為2A。如果在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)輸出電壓有明顯的改變，可以根據(jù)情況限制輸出電流或輸出電壓12。5.2.4 過流保護(hù)的測(cè)試測(cè)試電路仍采用圖5.1，測(cè)試步驟：調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器，確定電源的輸入電壓為220v，控制滑動(dòng)變阻器獲得適當(dāng)負(fù)載電阻。調(diào)節(jié)變阻器，分別測(cè)量輸出電壓為最大值、中間值、最小值三個(gè)點(diǎn)，調(diào)節(jié)變阻器，使與負(fù)載電阻RL串接的電流表測(cè)量值稍大于最大輸出電流值5A，調(diào)節(jié)后顯示值為5.1A,當(dāng)電流到達(dá)此值時(shí)，可測(cè)得的輸出電壓為0v，說明過流保護(hù)電路在電流超過規(guī)定值時(shí)，輸出端將會(huì)短路。當(dāng)調(diào)節(jié)變阻器使輸出電