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1、-基于51单片机开关稳压电源设计毕业设计论文-第 25 页分类号 TP303 单位代码 11395 密 级 学 号 1105230236 学生毕业设计（论文）题 目基于51单片机的开关稳压电源设计作 者杨晓燕院 (系)能源工程学院专 业电气工程及其自动化指导教师杨宏斌答辩日期2015 年 5 月 23 日榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰
2、写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘 要电源在电视、计算机和移动通信终端等电子设备中占有重要位置，它是一切电路能否正常工作的基础。开关稳压电源由于具有体积小、重量轻、效率高、输出稳压范围宽等优势，被应用于各种电子、电器设备领域。近年来，随着便携式电子产品的迅速增长，与其配套的电源也具有越来越广泛的市场。由于人们对电子产品的功能及性能的要求不断提高以及对节能环保的重视，高效率及高精度已经成为设计中至关重要的因素，这也是本次设计的主要目的。本文设计了一个基于51
3、单片机的开关稳压电源。以我国市电电压作为输入，经过变压、整流和滤波得到一个直流15V电压，然后以Boost斩波电路为核心，利用51单片机输出PWM，通过按键调节PWM占空比的大小，使得输出直流电压为30V36V可调，输出最大电流可以达到2A，电压调整率和负载调整率较低，输出噪声纹波电压峰-峰值较小，DC-DC变换器的效率能够达到80%以上。整个电路采用多种保护功能来实现系统的可靠性，而且具有输出电压、电流的显示功能。关键词：Boost电路；51单片机；PWM；DC-DC变换器A swiching power supply based on 51 singlechip SCMABSTRACTPo
4、wer electronic devices such as televisions, computers and mobile communication terminal occupies an important position, it is the basis of all the circuit works correctly. Switching power supplies due to its small size, light weight, high efficiency, wide range of output voltage and other advantages
5、, are applied in various areas of electronic and electrical equipment. Especially in recent years, with the rapid growth of portable, and its supporting power also have an increasingly wide range of markets. Because of the functional and performance requirements for electronic products continue to i
6、mprove, as well as on the importance of energy conservation and environmental protection, high efficiency, and high-precision has become essential aspects of design, which is the main purpose of this design. Design based on 51 single chip switching power supply. To China mains voltage as entered, af
7、ter transformer, and rectifier and filtering get a DC 15V voltage, then to Boost chopped wave circuit for core, using 51 single tablets machine output PWM, through press regulation PWM accounted for empty than of size, makes output DC voltage for 30V36V can adjustable, output maximum current reached
8、 2 a, voltage adjustment rate and load adjustment rate as low, output noise lines wave voltage peak-peak as small, DC-DC transform device of efficiency can reached 80% above. And using a variety of protective functions to achieve the reliability of the system and the display capabilities of the outp
9、ut voltage and current.Key words: Boost Chopper,51 single chip microcomputer,PWM,DC-DC converter 目 录摘 要IABSTRACTIII1 绪论11.1 本设计的意义11.2 国内外发展研究现状11.2.1 国外发展研究现状11.2.2 国内发展研究现状21.3 本设计主要内容21.4 本章小结32 方案论证与比较52.1 主回路拓扑52.2 控制方法及实现方案62.4 系统的总体框图62.5 系统的总体要求72.6 本章小结73 硬件设计93.1 主电路的设计与计算93.2 控制电路的分析与计算10
10、3.3保护电路的设计113.4 显示电路的设计123.5 效率的分析及计算133.6 系统特色143.8 本章小结144 软件设计154.1 软件设计思路154.2 PWM程序164.3 按键程序174.4 本章小结185系统仿真测试195.1 系统仿真195.2 PCB制作205.3 测试仪器205.4 测试方法205.5 实际测试数据215.6 测试结果分析225.6.1 测试数据与设计指标的比较225.6.2 产生偏差的原因225.6.3 系统改进225.7 本章小结23总结25参考文献27致 谢29附 录A31附 录B33附 录C411 绪论1.1 本设计的意义在当代技术与经济高速发展
11、的过程中，电力电子技术也在不断创新，而电力电子设备都需要电源供电，其供电方式一般都采用的是开关稳压电源。在开关稳压电源领域，正展开一系列的技术更新，例如功率因数的校正、高频电源、单片机控制电源、零电压和零电流转换等。这些改进都可以使开关稳压电源的性能和效率大为提高，使其应用范围大大拓宽，尤其是在新兴的通信领域大有用武之地1。1.2 国内外发展研究现状1.2.1 国外发展研究现状从20世纪50年代开始，美国宇航局就以小型化重量轻作为发展的目标，为乘载火箭开发第一个开关电源，通过半个多世纪的发展，开关电源逐渐替代了传统技术制做的相控稳压电源，并且广泛的应用在电子的整机设备里。 随着集成电路的进展，
12、开关电源就逐渐向集成化方向发展，趋向于小型化与模块化。近20多年来，集成开关电源一直沿着两个方向发展。第一是向实现集成化开关电源的控制电路方向发展。国外在1977年首先研制成功了脉宽调制控制器的集成电路，美国的Motorola公司、SiliconGeneral公司以及Unitrode公司等先后出现了一系列PWM芯片。随后，国外又相继研制出开关频率达到1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二是向中、小功率的开关电源单片集成化进军。1994年，美国电源集成公司在全世界领先研制成功了三端隔离式PWM型的单片开关电源，它叫做 AC/DC电源变换器。之后又先后推出TOPSwitch、TOPSwitch-I
13、I、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列的产品。意-法半导体公司随后也开发出了VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小型功率单片电源系列的产品，并且得到了广泛的应用。直到现在，单片开关电源已经形成了几十个系列、达到了数百种产品。自从单片开关电源开发以来，便显示出了强大的生命力，作为一项具有很大的发展前景、颇具影响力的新产品，开关电源在世界上引起了电源界人士的普遍关注。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，现在己经成为开发中小型功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的集成电路
14、。1.2.2 国内发展研究现状国内是从1977年才开始进入电源的初期发展，起步的比较晚、技术也相对比较落后。现在国内的DC/DC模块开关电源市场主要是被国外的品牌所占据，它们覆盖了我国大功率模块电源中的大部分市场和中、小功率模块电源中的一半市场。但是，随着国内技术的不断进步和生产规模的迅速扩大，国外的中小型功率模块电源正在快速的被国产的DC/DC产品所代替。人们现在使用的开关电源为我们国家节省了许多的铜材、钢材和广阔的占地面积。随着时代的进步，由于开关电源的变换效率有所提高，能耗也就有所减少，进而降低了电源周围环境的温度，改善了广大工作人员的工作环境。在我国，邮电通信部门大部分采用开关电源，而
15、且还推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，电力系统直流操作电源的应用，国家投资4000亿元用于城市网、农村网的供电工程的改变、提高输配电供电质量，它已经开始用开关电源来取代传统的相控电源。我国许多通信公司已相继推出此系列产品，如中兴通讯等。我国目前开关电源自主研发及其生产厂家已达300多家，形成规模的就有十多家。国产开关电源已经占据了相当一部分市场，其中一些大公司自主研发的电源一系列产品已经获得广大群众的认同。因此，在电源市场竞争中具有相当大的优势，并有少量的产品已经开始出口。目前我国市场上的开关电源中，功率管基本都采用双极型的晶体管，其开关频率可达到几十千赫；如果是MOSFET管的开关
16、电源，转换频率可达到几百千赫。为了有更高的开关频率，就得采用高速的开关器件。谐振电路具有兆赫以上开关频率，它可以迅速地提高开关的速度，理论上开关损耗应该为零，噪声也非常小，这是提高开关电源频率的一种方式。1.3 本设计主要内容本设计通过变压、整流和滤波得到一个稳定15V直流电压，然后以Boost斩波电路为核心，采用51单片机输出PWM控制开关管的通断，实现了DCDC变换。得出适合于设计要求的主电路的结构，并在此基础上设计出具体的驱动电路、控制电路、保护电路。通过按键调节占空比的大小，输出可调电压30V36V，最大输出电流可以达到2A，电压调整率和负载调整率尽可能低，DC-DC变换器的效率达到8
17、0%以上。采用过流保护、 滤波保护等多种保护功能，保证了系统的可靠性。根据设计要求以及主电路的结构，对电路中各参数进行计算。最后对电路进行仿真测试，并根据不足进行改进。1.4 本章小结本章主要介绍了研究开关稳压电源的意义、国内外发展状况及本次设计的主要内容。加深了对开关稳压电源的应用、发展方向及发展前景的了解，明确了本设计的重点以及难点，为设计的研究做好准备，对设计有更深的理解，为完成本设计打下坚实的基础。2 方案论证与比较2.1 主回路拓扑设计开关稳压电源，首先要确定主电路方案，主电路是整个电路设计的核心，选择一个合适的主电路是设计成功的关键。本设计通过间接直流变流和Boost斩波电路两个方
18、案进行选择。方案一：采用变压器升压的隔离型PWM直流交流-直流变换器电路，这种方法制作的电路效率比较低,开关辐射/纹波比较大，电路也比较复杂。如图2-1。图2-1 间接直流变流电路方案二：采用以BOOST为核心的升压电路，如图2-2，利用单片机输出PWM驱动MOS管，控制开关管的通断，这种电路输出电压范围宽，而且也相对稳定，单片机低功耗、成本低、抗干扰性强的特点，更好地提高了系统的效率。因此，方案二更容易实现题目的要求，选择方案二作为设计的主电路。图2-2 BOOST斩波电路拓扑结升压斩波电路的基本原理：分析Boost电路时，首先要假设电感和电容都足够大。当开关处于通态时，电源E向电感L充电，
19、充电电流基本恒定不变，同时电容C向负载R供电，因C值很大，基本保持负载电压不变，此阶段L积蓄了一定的能量。当开关处于断态时，E和L共同向C充电，同时向R提供能量。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，L将交替的存储和释放能量，L储能后使电压泵升，C将输出电压保持恒定。输出电压与输入电压的关系为U0=(T/toff)*E，可以通过调节占空比来改变输出电压。升压斩波电路目前一般应用于直流电动机传动；用作单相功率因数校正电路；用于其他交直流电源中等等。在如今这个电子科技不断发展的时代，升压斩波电路也一定会不断发展，有更广泛的发展空间。2.2 控制方法及实现方案主电路确定之后，为了配合主电路完成整个运
20、行，需要控制电路进行辅助，这样系统才能正常工作。因此，还需要选择一个合理的控制方案。方案一：利用PWM专用芯片产生PWM控制信号。这种办法容易实现，工作也比较稳定，但不容易实现输出电压的键盘设定和步进调整，很难实现设计中的这一要求。方案二：利用单片机产生PWM控制信号，通过输入程序来输出PWM,单片机根据反馈信号对PWM信号做出相应调整以实现稳压输出，用按键来调节占空比，实现输出30V-36V可调。这种方案实现起来较为灵活，可以通过调试来达到自己所需的要求，此设计理所当然对本身系统做出配套的优化。但是系统调试比较复杂，需要设计人员的耐心调试。因此，方案二更容易实现题目的要求，选择方案二作为设计
21、的控制电路。2.4 系统的总体框图根据以上方案的选择，已经完成了系统的主体框架，能够实现系统的基本运行。为了能够进行稳定运行，还需要加入一些保护电路，保护电路可以使设计运行更可靠，系统更安全。此外，通过单片机的控制加入显示电路，随时观察输出电压电流，通过按键有效地控制电压电流的大小。整理得出系统的总体框图如2-3所示。图2-3系统总体框图2.5 系统的总体要求系统的总体方案已经确定，能够完整的做出成品，但设计的最终目的是在实际生活中应用，而效率的高低则取决于该设计的价值。因此，我们需要提高效率来实现系统的最大利用化。提高电源的整体效率跟主电路、单片机系统、保护电路和显示电路中各部分器件的选择有
22、很大的关系。因此控制及显示单元电路应该使用一款低功耗的51单片机。主开关管应该选择效率高、开关速度快、损耗小的MOS场效应管。肖特基二极管应该选择恢复速度快、损耗低的作为输出端的整流/升压二极管。根据以上可以提高效率的方法综合出包括以下四个方面的方案：1) 放弃使用常规的高功耗的80C51单片机，取而代之的是与之兼容的超低功耗、超低价、具有高速转换器的增强版51单片机，这种单片机不需要外部晶振和外部复位电路，制作简单方便，是一款值得使用的单片机。2) Boost升压斩波电路中开关管的选取：电力晶体管（GTR）耐压高、电流大、工作频率较低、开关损耗大；电力场效应管（Power MOSFET）具有
23、驱动电路简单、需要的驱动功率小、开关速度快、负载电流大等特点。而且电力场效应管的热稳定性优于电力晶体管。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。3) 选择合适的开关工作频率：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为20kHz。4) Boost升压电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管开关损耗和正向导通损耗都比较小，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管, 可有效降低开关损
24、耗并提高开关频率。2.6 本章小结本章通过对比选择合适的主电路和控制电路，为了能够使系统稳定运行，加入必要的保护电路，整理方案画出系统的整体框图。电子设备的应用需要可靠稳定的电源供电，需要提高效率来使电源达到最大利用化，因此，文中对提高效率做出了详细的介绍。3 硬件设计3.1 主电路的设计与计算主回路中包括整流电路，滤波电路及BOOST电路，这些模块中所需器件的选择如下。整流的选择：隔离变压器输出的交流为15V的电压，整流桥的电流最大可达到56A，为了能够得到较好的直流量，所以选择单相桥式全控整流电路，整流桥的耐压应为50V以上，正向电流大于等于8A，实际电路中采用10A/600V整流桥。滤波
25、电容器选择：要求输出的最大电流为2A，最大电压为36V，按照电路效率为80计算：输出最大功率为：Pm=UO*Io=36V*2A=72W整个电路输入的功率：Pin= Pm/0.8=72W/0.8=90W所以输出最大功率为72W,整个电路输入的功率约为90W。电路自身功率达18W，根据P=U2/R,可求得整流滤波电路的等效负载电阻R6欧姆，滤波电路的基波周期10mS，按一般要求，滤波电路的时间常数CR30mS50mS，所以，滤波电容C选用4700F。开关管的选择：功率MOSFET具有负载电流大，导通电阻低的优点。选择合适的MOS管，栅极驱动器的负载能力必须足够大，以确保在系统要求的时间内完成对栅极
26、等效电容（CEI）的充放电。流经MOS管的电流理论平均值：ID=TOFF*IO/T=IO *VO / Vi5A。所以，MOSFET应选用平均电流大于10A、电压大于50V的管子，实际选用IRF540N，IF=28A、VR=100V、PD=150W、RDS(ON)=0.077。升压二极管的选择：二极管要采用正向电压降低，反向恢复时间短的二极管，所以选用反向恢复时间为60us以下、反向耐压为45V以上的肖特基二极管。它是一种低功耗、超高速半导体器件，可大幅降低开关损耗并提高开关频率。实际电路中选用MBR1545：IF=15A、VR=45V。电感值的计算：LB=UIN2(UO-UIN)/(mIOfU
27、O2)其中，m是脉动电流与平均电流之比取为0.25，开关频率f=20 kHz,输出电压为36V时，LB=364.5833H，取370H。电感线径的计算：最大电流IL为2.5A，电流密度J取4 A/mm2，线径为d,则由J*(d/2)2=IL得d=0.892 mm,工作频率为20kHz,需考虑趋肤效应，制作中采取多线并绕方式，既不过流使用，又避免了趋肤效应导致漆包线有效面积的减小。 电容的参数计算 ：CB=IO(UO-UIN)/(UOU/T)其中，UO为负载电压变化量，取20 mV,f=20kHz,UO=36V时,CB=2916.227F,取为3000F，实际电路中用多只电容并联实现，减小电容的
28、串联等效电阻（ESR），起到减小输出电压纹波的作用，更好地实现稳压。电路中R2、R3、C3及单片机中的ADC为采样电路。以上器件的选择确定了主电路，原理图如3-1所示。 图3-1 BOOST斩波主电路图3.2 控制电路的分析与计算控制电路的核心就是51单片机，选择一个合适的单片机是实现控制电路的关键。单片机的选择：单片机根据电压的设定值和电压反馈信号调整PWM控制信号的占空比，实现稳压输出，同时，单片机与采样电路相结合，将为系统提供各种保护措施，并实现输出电压、输出电流的测量和显示。PWM信号占空比D1-UIN/UO 当U2=12V，UO=36V时，UIN=1.2*U2-2V=12.4V， 最
29、大值DMAX=0.656；当U2=18V，UO=30V时，UIN=1.4*U2-2V=23.2V，最小值DMIN=0.227系统对于单片机A/D采样精度有较高的要求，欲达到这一精度，A/D精度要达到1/500，即至少为9位A/D，经过全面考虑，决定采用高性能、低功耗的单片机STC15F2K60S2。该单片机采用STC第八代加密技术，是新一代8051单片机，增强型的8051CPU的运行速度比普通8051快8到12倍。它不需要外部晶振，内部集成高精度R/C时钟，也不需要复位电路，内部集成高可靠复位电路。拥有8路高速的10位A/D转换器，而且内部有低功耗掉电唤醒专用定时器。而且该单片机在系统可仿真、
30、可编程，无需专用编程器、仿真器，可远程升级。此单片机具有超低功耗，超低价，高速，可靠，超强抗静电，抗干扰等多个优点,功能十分强大，完全符合该设计的要求，因此选择此单片机作为设计的主控制器。引脚图如3-2所示。 图3-2单片机引脚 3.3保护电路的设计在电子设备的设计中，不仅要达到所需的要求，还要保证产品能够稳定的工作。一个完整的设计就是考虑各方面的因素，让电子设备更加实用。因此，需在系统中加入保护电路。本设计主要采用了过流保护和电压保护。电流比较大，加入过流保护以免线路烧坏影响工作，电压通过单片机反馈实现稳压输出，保护电压。这些保护为系统的可靠运行提供了有利保障。在输出滤波处串联一个电流采样电
31、阻，其实选用的材料就是温漂小的康铜丝。保证过流故障后电路的正常运行。电流信号在放大后反馈给单片机经过A/D采样。过流故障解除后，电路的一切运行将恢复正常。输出滤波如图3-3。图3-3 输出过流保护电路逐波过流保护：由于此电源设计要求电流较高，因此需要过流保护来使系统稳定工作，如图3-4所示。此过流保护是在开关每个开断周期内都会对电流进行检测，检测到过流时便强行关断，防止开关场效应管被烧坏。逐波过流保护如下图（a）。由于考虑到场效应管开通时会产生尖峰电流，可能会是逐波过流保护发生误动作，因此加入逐波防锁电路，如下图（b）。图3-4 逐波过流保护3.4 显示电路的设计本设计主要是实现稳定升压的效果
32、，为了能够更清楚的观看输出电压电流的变化，在此加入显示电路，更好的调试系统，完成硬件设计。本系统是通过按键调节占空比来实现电压可调。首先应用软件编程输入51单片机，单片机的两个接口P2.4和P2.5直接与按键连接，这样就可以实现数字设定，连线简单、方便，同时减少了外围电路，从而有助于整体电路效率与可靠性的提高。显示电路采用1602显示器，它是一种显示数字、字母、符号的点阵型液晶模块，它可以显示两行，在此设计中两行分别显示电压和电流，便宜简洁，但LCD不能显示汉字，可以用英文表示，高端大气上档次，全面显示所需数据。显示电路如图3-5所示。图3-5 单片机及显示电路连接3.5 效率的分析及计算第二
33、章中已指出，提高效率是该设计的总体要求，效率的高低决定着该电子设备的价值。因此，我们需要分析该效率的高低，确定该系统的价值及需要改进的地方。DC-DC电路输入电压UIN=1.2*U2-2V=16V，信号占空比D1-UIN/UO=0.556，输入电流有效值IIN=IO/（1-D）=4.504A， 输出功率PO=UO*IO=72 W下面计算电路中的损耗P损耗：1) Boost电路中电感的损耗其中，DCR1为电感的直流电阻，取为50 m，代入可得PDCR1=1.01 W2) Boost电路中开关管的损耗PSW=0.5*UIN*IIN（tr+tf）*f其中，tr是开关上升时间，为190ns,tf是开关
34、下降时间，为110ns,f是开关频率，为20 kHz,代入可得 PSW=0.2161 W导通损耗 其中，导通电阻RDSON=77 m，电流感应电阻RSNS取0.1 ，代入得PC=2.25 W3) 肖特基二极管的损耗 流过二极管的电流值与输出电流I0相等，则二极管损耗其中，IO=2 A,取二极管压降VD为0.35 V，代入可得PD=0.7 W4) 采样电阻上的损耗PRTEST2=Io2*RTEST2其中，Io=2A,RTEST2=0.09，代入可得PRTEST2=0.36W5) Boost电路中电容的损耗：输出电流有效值IO-RMS=1.13*IIN*D(1-D)(1/2)代入数据得IO-RMS
35、=2.524A电容的损耗PCO1=IO-RMS2*ESR/2等效串联电阻ESR取为10 m，代入得PCO1=0.0318W6) 输出滤波电路的损耗电容的损耗与PCO1相同PCO2=0.0318W电感的损耗 PDCR2=IO2*DCR2其中，DCR2为电感的直流电阻，取为50 m，代入PDCR2=0.2W综上，电路中的总损耗功率P损耗=4.5836WDC-DC变换器的效率= PO /（PO+P损耗）=94.015% 3.6 系统特色该系统采用多种高性能器件完成设计，其中突出的优势有以下几点：1) 采用高性能，低功耗的高效单片机，不需要外部的晶振及复位电路，连线简单，功能齐全，是一款功能十分强大的
36、单片机，可省掉外部的EEPROM,高速ADC8通道10位，速度可达30万次/秒，3路PWM还可当3路D/A使用，内部具有掉电唤醒功能，具有超强的抗干扰，抗静电能力。2) 选用各种低功耗器件，提高系统效率，使电路更加简单明了而且减少运行过程中不必要的损耗。采用的升压二极管恢复速度快，损耗小，而且还增加了滤波电路，降低了纹波。3) 采用了多重保护措施，保证了系统的高可靠性。3.8 本章小结本章分别对主电路、控制电路，保护电路和显示电路各模块的元件进行分析、计算与选择，并应用软件画出相应的原理图。为了达到高效率这一要求，对设计的电路做了进一步的分析，并且为提高系统的效率做了详细的分析与计算。目前，该
37、设计硬件设计已经基本完成。4 软件设计前面介绍了该系统的硬件设计，要使系统正常运行，还需要加上软件设计，主要通过使用低功耗增强型51单片实现本设计的控制部分，通过总结主要有以下几方面的功能：1) 输出PWM高低电平，驱动IRF1405 场效应管，实现开关管的开通与关断，从而实现升压的效果。2) 测试输出的电流、电压并显示结果。单片机通过反馈对输出的电压和电流进行采样，把采集回来的数值再进行处理后将数据传送给1602显示输出电压和电流。3) 设定输出电压值。通过按键调节把信号传送给单片机，单片机通过10位D/A将数字量转换成相应的模拟量送给IRF1405，通过AD转换实现电压反馈，进而控制输出电
38、压实现步进的功能。4) 当输出电流大于2.5A时，单片机就会启动过流保护功能，通过控制IRF1405的截止来避免电路损坏。当过流故障排除时，系统将自动恢复正常的工作状态。4.1 软件设计思路预制开机电压为30V,中断初始化之后，通过PWM输出频率来控制MOS管的通断，MOS管连续的开通与断开达到升压的效果，然后输出电压、电流通过A/D转换给单片机，单片机反馈给LCD1602，显示屏上出现输出电压电流值。通过按键1和按键2调节PWM占空比的大小，调整之后反馈给1602，输出不同的电压电流值，从而实现电压可调。由此得出流程框图如4-1所示。 图4-1 软件设计流程4.2 PWM程序本设计采用C语言
39、编程，包括主函数，初始化函数，输出PWM,AD转换，1602显示等程序。具体程序见附录B。设置时钟频率，输出PWM为高低电平，控制MOS管的通断，输出PWM的主函数如下：void pwm0_init(void)CMOD = 0x0a;/PWM频率 = 时钟频率 / 4 /256;CL = 0x00;/基本计数器低8位清零CH = 0x00;/基本计数器高8位清零PCA_PMW2 = 0x00;/8位PMW，占空比的第九位EPC0L为0CCAPM2 = 0x42;/允许比较，P3.7输出CCON = 0x40;/允许PAC计数4.3 按键程序通过两个按键来调节电压的大小，主要程序如下：#incl
40、ude#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned charsbit key_add = P14;sbit key_cut = P15;uint cp2 = 206;uint ccc;void scan_key(void)if(key_add = 0)delay(200);if(key_add = 0)while(key_add = 0);cp2 = cp2-2;ccc = cp2;if(cp2 = 201)cp2 = 201;4.4 本章小结本章首先介绍了单片机控制系统的主要功能，包括输出PWM高低电平、测试输出电压电流并显
41、示结果、设定输出电压值及过流保护系统；其次，描述了软件设计思路，并画出了软件流程图；最后对主要控制程序进行分析，编写完整的程序。程序应用于硬件中进行调试。5系统仿真测试5.1 系统仿真本系统主要是以Boost斩波电路为核心，以51单片机为主控制。单片机输出PWM控制开关管的通断，开关管开通，电感储能，电容放电；开关管断开，电感电容储能，同时电感电容放电。因此达到升压的效果。这是系统的核心部分，这一部分的成功是整个设计成功的关键，在此为核心电路做出仿真，为硬件调试打好基础。仿真如下图所示。 此电路用proteus软件进行仿真，输出电压电流经过采样电路反馈给单片机，单片机将电压电流值输送给显示屏，
42、显示电压值。初始值输出为30V，按键k+可以使电压变大，k-可以使电压变小，步进值为1V。初始输出仿真如图5-1。图5-1 输出电压30V，电流0.98A通过按键k+使电压变大，最大电压可达到36V。输出最大电压时如图5-2所示。图5-2输出电压36V，输出电压2A5.2 PCB制作通过系统仿真，达到预期的结果，更加确定了方案的可行性。随后用Altium Designer8.3绘制PCB,并进行PCB 板的制作， PCB的制作可以避免一些不必要的失误，能够快速、准确的完成实物的制作。PCB绘制如下图5-3所示。图5-3 开关稳压电源PCB5.3 测试仪器电路调试过程中需要用到一些仪器，该设计中
43、需要用到的仪器有：万用表，20MHZ示波器，单相交流调压器。万用表：随时测量各处电压电流，测量所需数据，同时也可检测电路中的故障。示波器：测量纹波与噪声电压，也可利用示波器方波代替单片机PWM输出。单相交流调压器：改变输入电压进行测试，计算效率。5.4 测试方法 在该系统中需要测量的是电压调整率，负载调整率及DC-DC变换器的测量，以下是需要测量的方法：电压调整率的测试方法：在输出电流为2A的条件下，调整变压器使隔离变压器的输出在12V到18V之间取几个值然后测量相应的直流输出电压值，根据公式可求得电压调整率。负载调整率的测试方法：在隔离变压器输出为15V、输出直流电压36V，分别测量负载电流
44、为0和2A所对应的输出电压值。负载调整率就是输出电压的相对变化量与标准电压的比值。DC-DC变换器效率的测试方法：在隔离变压器输出为15V, 直流输出电压为36V、输出电流为2A的条件下，测得输入电压Ui和输入电流Ii的直流平均值，效率(UoIo/UiIi)100 。5.5 实际测试数据电压调整率，来源于电源在满载时，其输出电压因该电源的供电电压波动引起的变化。负载调整率，来源于电源的输出电压因负载大小的变化（从空载到满载）。电压调整率表征稳压器稳压性能优劣的重要指标，是指在负载和温度恒定的条件下，输出电压的相对变化量与输入变化量的百分比。负载调整率是衡量电源好坏的指标，好的电源输出接负载时电
45、压降小。1) 电压调整率的测试(IO=2A)表5-1 电压调整率测试变压器输出电压（V）1218直流稳压电路输出电压（V）35.5236.02电压调整率SU=（UO2-UO1）/UO1=1.4%2) 负载调整率的测试(U2=15V、Uo36V)表5-2 负载调整率测试负载电流（A）2.020输出电压（V）35.5436.27负载调整率SI=（UO3-UO4）/UO3=2.0 %3) DC-DC变换器效率的测量(U2=15V、IO=2A、UO=36V)表5-3 效率测量输入电压（V）17.8输入电流（A）4.504输出电压（V）36输出电流（A）2效率89.81%DC-DC转换器效率=UOIO/UINIIN=89.81%。(4)过流保护：当负载电流超过2.5A时，输出电压降到约05V(取决于负载阻抗大小)；排除过流故障后，电源能自动恢复为正常工作状态。（5）纹波与噪声电压测试：U2=15V、Uo=36V、Io=2A，用示波器测量。纹波峰-峰值=1.8VPP。5.6 测试结果分析5.6.1 测试数据与设计指标的比较表5-4数据测试测试项目基本要求电路测试结果输出电压可调范围30V-36V实现最大输出电流2A实现电压调整率