1、2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 1 / 27xx 年吉林省大学生电子设计竞赛论文xx 年吉林省大学生电子设计竞赛 程控直流电源 【1Cxx 年 9 月 14 日 1 摘 要 直流电源被广泛地应用到各种工业场合。按照电路中调整管工作方式的不同，直流电源可以分为线性电源和开关电源。线性电源精度高，但效率低，开关电源体积小，效率高。课题要求设计输入直流 20-30V，输出 06-12V 可调，输出电流不小于 2A，考虑功率较大，故选用效率高的开关电源。 根据比赛要求，设计选用 PWM 方式对输入进行斩波调压，控制开关管占空比的 PWM 单片机产生。为了使输出电压稳定，
2、对输出电压进行测量，通过软件调节算法得到 PWM的占空比，输出给功率 MOS 管，形成闭环控制。为了防止负载电流过大对电源造成损坏，检测输出电流，并设置了过流保护。电路还扩展了显示屏和保护电路，输出电压和电流可以实时显示和调整。通过软硬件相结合，完成了数字程控直流电源的设计。 2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 2 / 272 目 录 1 系统方案 . 2 显示模块的论证与选择 . 2 单片机模块的论证与选择 . 2 测试采样与反馈模块的论证与选择 . 3 降压模块的论证与选择 . 3 高频开关模块的论证与选择 .3 综合以上二种方案，选择方案一。 .2016 全新
3、精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 3 / 27. 4 控制系统的论证与选择 . 4 2 系统理论分析与计算 . 5 系统理论分析 . 5 降压控制电路的分析 . 5 开关电源原理的分析 . 5 斩波降压电路的计算 . 5 2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 4 / 27斩波电路的输入输出关系 . 5 3 电路与程序设计 . 6 电路的设计 . 6 系统总体框图 . 6 电源 . 9 程序的设计 . 9 程序功能描述与设计思路 .2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 5 / 27. 9 程序流程图 . 9 4 测试方案与测试结
4、果 . 10 测试方案 . 10 测试条件与仪器 . 11 测试结果及分析 . 11 测试结果(数据) .2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 6 / 27. 11 测试分析与结论 . 11 附录 1：电路原理图 . 13 附录 2：源程序 . 14 1 程控直流电源 【1C20220303 组】 1 系统方案 本系统主要显示模块、单片机模块、测试采样与反馈模块、降压模块、按键模块、高频开关模块、驱动模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 显示模块的论证与选择 方案一：LCM12864 液晶显示屏。带中文字库的 128X64是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或
5、3 线串行多种接口方式，其显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字可以显示 84 行 1616 点阵的汉字，也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。该模块构成的液晶显示方案2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 7 / 27与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 基本特性:、低电源电压、显示分辨率:12864 点、内置汉字字库，提供 8192 个1616 点阵汉字、内置 128 个 168 点阵字符、2MHZ 时钟频率、通讯方式：串行、并口可选、内置 D
6、C-DC 转换电路，无需外加负压、无需片选信号，简化软件设计。 方案二：液晶断码显示器。液晶段码显示器作为低功耗显示器件广泛应用各类仪器、仪表当中。于液晶显示机理是吸光型，各段需加交流电压驱动，使得驱动电路复杂。方案三：LCD1602 液晶显示屏。1602 是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。LCD 液晶因具有功耗低、显示内容丰富、清晰，显示信息量大，显示速度较快，界面友好等特点而得到了广泛的应用。 综合以上三种方案，选择方案一。 单片机模块的论证与选择 方案一：MSP430F169。MSP430F169 片内增加了 8 路快速 12 位 ADC 模数转换模块，2 路 1
7、2 位 DAC 数模转换模块，两个通用连续同步/异步通信接口(USART)模块，I2C 模块，DMA 数据传送模块和硬件乘法器模块等。外围模块：经过MAB、MDB、中断服务及请求线与 CPU 相连。时钟模块可外2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 8 / 27接两个晶振，低速选用 32768Hz 晶振，高速晶振最高可到8MHz。其功能性强，结构简单，体积小，造价低，可靠性高，周期短运行速度快。 方案二：单片机 51。其优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位 2 进行处理，如传
8、送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。但于频繁的数据交换，特别是数据块的搬运和比较，数据指针非常吃紧，它需要不断地实施现场保护与还原，不光编程变得复杂，而且运行速度也减慢。 综合以上两种方案，选择方案一。 测试采样与反馈模块的论证与选择 方案一：回路电流测量部分欧姆精密电阻两端的电压为负值且数值很小，于单片机不能对负电压进行 AD 采样，故对其进行反相比例放大后 test1 点输出供单片机采样，测量回路电流。 反馈调节部分 单片机通过对 test2 点电压进行 AD 采样计算出负载两端的电压
9、Uo，并与设定值相比较，从而来调整 PWM 信号的占空比，形成输出电压的闭环控制。 2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 9 / 27降压模块的论证与选择 方案一：降压斩波电路的基本原理 当 PWM 信号为高电平时，开关管 IRF9540 导通，VDD 向负载供电，负载电压 uo= VDD，负载电流按指数曲线上升；当 PWM 信号为低电平时，开关管 IRF9540 关断，二极管续流导通，负载电压近似为零，负载电流按指数曲线下降。通常串接较大电感 L 使负载电流连续且脉动小。 降压斩波电路的数量关系：设连续电流为 Io，根据能量守恒定律，一个周期输出能量为 tonIoE
10、，负载和蓄电池吸收能量为(ton+toff)IoUo，得： Uo?tontE?onE?Eton?toffT 其中，tonV 通的时间；toffV 断的时间；a导通占空比。A 小于等于 1，可将降压 斩波器看作直流降压变压器。负载电流平均值： Io?Uo-EMR 按键模块的论证与选择 方案一：选择一：普通独立式键盘，焊接方便，编程简单。 选择二：4*4 矩阵式键盘，焊接不便，编程困难，占用版面较大。 在满足题目要求的前提下以最简、最易为原则选择普通独立式键盘.因此综合以上两种方案，选择方案一。 2016 全新精品资料-全新公文范文 -全程指导写作 独家原创 10 / 27高频开关模块的论证与选择
11、 方案一：IGBT 作为新型电力半导体场控自关断器件，集功率 MOSFET 的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，驱动功率小而饱和压降低，非常适合用于直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、照明电路等。 3 方案二：场效应管它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点， 综上 IGBT与场效应管的优缺点，结合设计题目的实际情况，我们选择 540 场效应管作为整个系统的高频开关。 综合以上二种方案，选择方案一。 驱动模块的论证与选择 方案一：NMOS 的特性，Vgs 大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况，只要栅极电压达到 4V 或 10V就可以了。 方案二：PMOS 的特性，Vgs 小于一定的值就会导通，适合用于源极接 VCC 时的情况。但是，虽然 PMOS 可以很方便地用作高端驱动，但于导通电阻大，价格贵，替换种类
