基于STC12系列单片机的串联型开关电源设计与实现

单片机及模数综合系统设计课题名称:基于STC12系列单片机的串联型开关电源设计与实现—-单片机控制部分一、实验目的：本模拟电路课程设计要求制作开关电源的模拟电路部分,在掌握原理的基础上将其与单片机相结合，完成开关电源的设计.本报告旨在详述开关电源的原理分析、计算、仿真波形、相关控制方法以及程序展示。二、总体设计思路本设计由开关电源的主电路和控制电路两部分组成，主电路主要处理电能，PWMPWMAD管显示。系统的基本框图及控制部分如下：单片机所采用的芯片为STC12C5A60S2，该芯片在拥有805110ADPWMPWM脉冲,将此脉冲输入到模拟电路部分，在模拟电路的输出端即可产生一定的输出电压,可比较容易的通过程序来实现对输出电压的控制。但上述的开环控制是无法达到精确的调节电压,因此需要采用闭环控制来精确调制。即，对输出电压进行AD采样,将其输入回单片机中进行数据处理。单片机根据处理的结果来对输出电压做出修正，经过这样的逐步调节即可达到闭波形输出模块,模拟电路模块，AD控制过程基本思路为:首先从键盘输入一个电压值，并把该电压值在数码管上面显示出来，再由A/D转换模块对串联开关电源电路的输出端进行电压采集，将采集到的电压值与键盘输入的电压值进行比较，通过闭环算法，控制PWM的脉宽输出，由此控制串联开关电压电源电路,改变输出的电压值,使得输出值与设定的电压值相等。三、系统各单元模块电路设计1、键盘输入数据部分分别接到单片机的P2。4，P2。5，P2。6，P2.7。每路通过电阻进行上拉，可以编程实现控制单片机运行不同程序。为了判断键盘上面的按键是否有按下的，可以事先对P2。P2。5，P2.6，P2。7端口赋值,便可以知道具体是哪个按键被按下了。例如:P2.4=0,便可知P2.4键盘输入模块程序如下：voidkey(） //键盘扫描函数{if（P2_6==0）｛delay(10)；//if（P2_6==0){while（P2_6==if（a<9）{a++；}elsea=0;｝｝if(P2_5==0）{dela（1//if(P2_5==｛while(P2_5==if(b<9）｛b++; }else(b=0）;｝if(P2_4==｛delay(10)；//延时去抖动if（P2_4==0）{whilP2_4==if(c<5）{c+｝elsec=0;｝}｛dela（1；if(P2_7==0）｛while(P2_7==0);P1_5=！P1_5;}}}2、数码管数据显示部分知道了上面在键盘输入的数值后,便要在数码管上面显示出来。8P0和P20—P2.4部一起亮着的。8位分别有段选和位选，段选就是要一个数码管显示的字型，而位选则是由低电平选中所要那一个数码管，该数码管才能亮。因此要使得数码管亮并显示数字，则必须数码管显示模块程序为:voiddisplay(floatx){uintM，N，I；I=100＊x/100；N=(100＊x—100＊I)/10；M=100*x—100＊I-10＊N；P2_0=0；P0=table[0；delay（10);P2_0=1;P2_1=0;P0=gao_table［I］;delay（10)；P2_1=1;P2_2=0；P0=table[N；delay(10；P2_2=1;P2_3=0;P0=table[M］;delay（10)；P2_3=1;}3、控制PWM输出部分STC12C5A60S2系列单片机集成了两路可编程计数器阵列（PCA）模块，可用于软件定时器，外部脉冲的捕捉，高速输出以及脉宽调制PWM脉宽调制输P1.30）P11端口输出可调占空比的高速脉冲。PWM模块程序如下：voidPWM_Drv_Init(void）｛CCON=0； //初始化PCA控制寄存CL=0； //初始化PCA计数器CH=0；CMOD=CR=｝voidPWM0_Drv_SetDuty（unsignedcharDutyValue)｛CCAP0H=CCAP0L=DutyValue；//设置看空比CCAPM0=0x42;CR=1; ｝PWM仿真图为:4、AD转换模块（完成万用表功能，即测量开关电源输出电压)STC12C5A60S2810位高速A/D一路，故可以通过软件设计选择其中的一路用来测量电压。在不需作为A/D转换的端口可以继续作为I/OAD转换对特殊功能寄存器的初始化主要有ADC_CONTR和A/D转换结果寄存器ADC_RS用来存放高八位)﹑ADC_RESL(用来存放低两位在ADC_CONTR中包含有ADC电源控制位ADC_POWER，模数转换器转换速度控制位 SPEED1﹑SPEED0,模数转换器转换结束标志位ADC_FLA模数转换（ADC转换启动控制位ADC_STAR模拟输入通道选择2套时钟，在设置ADC_CONTR4CPUADC_CONTR控制寄存器，所以设置ADC_CONTR4ADC_CONTRADC的结构如下图所示:AD转化模块的程序为：voidADC_Drv_Demo(void)｛if（ADC_Finish_Flag==TRUE)｛ADC_Finish_Flag=FALSE；ADC_Drv_StartCh（ADC_channel);m=ADC_Result［ADC_channel］＊5.0/1024;｝5、闭环控制算法这部分是整个实验中最重要的部分，该部分主要是通过A/D采集数据控制PWM输出,PWM控制开关电源输出，以达到稳定，即让开关电源输出电压稳定在键盘输入的电压值。针对前面的要求,则需要用单片机来完成所有的控制与计算。ADP1.7,PWMP1。3，在采集完电压数据的时候把数据存放在ADCtemp1000temp1000才能得到实际的设置电压数值Vs；另一方面，采集回来的电压ADC真实值Vr=ADV＊5。0/1024.0在得到这两个数值之后对他们进行比较,要是Vr〈VsPWMVr〉VsPWM而使得串联开关电路的输出电压与事先所设置的电压值相同.实际测得的电压与设置的电压对比表格如下：Vs 〈0。0。80。9 1.01。11。21。31。41。51。618Vr — 0790890981.081.18128139149159171.81。9 2.02。12。22。3 2.42。52。6 2.7282.91.781.781。882。022。082。172。282.382512582682782913。03.13。23.33。43。53。03.13。23.33。43。53.63。73.83。92983123.193283.393483593683793.9603。—98通过上面的表格可以看出来，虽然实际测出来的电压Vr和设置的电压Vs有一定的误差,但是总体还是在设置的电压附近波动,所能输出地电压范围为0.8v～4。0v。误差原因分析提供给AD四、心得体会通过这次实验让我知道理论需要联合实际，只有将自己所掌握的知识真正应用于实际才算真正的掌握了知识。在刚开始做的时候我对于单片机的知识理论只是有一些模糊的印象，AD程序写出来。虽然这次实验做出来了,但是我还是有些知识无法真正掌握,比如定时器中断或定时,所以这次实验我只能用delay通过这次实验我还注意到细节决定一个程序是否能成功运行,比如我在写程序是应用了if……else格式,可是因为在写的过程中括号没对齐,使程序没能成功运行，经过同学帮忙才成功运行.还有的细节就是关于键盘的防抖动问题。C51编程的的知识，更多的是学会了学习的方法，能够将所学到的知识用到实验上面，可以把知识记得更清楚。这还更多地提高了在遇到实际问题时该怎样解决实际问题的能力。更深入地学习C语言，又可以更多这样的实验，那样就可以更好地提高自己的动手能力与对所学知识的运用能力本实验C程序源代码:/＊＊*＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊＊**＊＊＊*＊＊＊****＊＊*＊**＊＊**＊＊**＊*＊***＊*＊***＊＊＊＊***＊＊＊＊＊＊*＊*＊**＊*＊*＊//＊＊＊文件名：开关稳压电源。c＊*＊＊＊＊****＊＊*＊＊**＊***＊*＊*＊*＊*＊*＊＊＊*＊*＊***＊*＊＊*＊＊**＊＊*//***功能：设定电压初始值，使得输出电压值与数码管显示值相同*＊＊＊＊＊****＊＊*＊*＊＊＊***//＊*＊单片机型号：STC12C5A60S2（带AD转换与PWM脉宽调制输出功能）**＊＊＊*＊***＊*＊*//＊＊＊＊*＊＊*＊**＊＊＊*＊＊＊＊＊*＊*＊*＊＊＊＊＊*＊**＊＊*＊＊＊＊＊***＊＊**＊＊＊＊＊＊＊＊*＊＊＊＊＊＊＊＊＊*＊**＊＊＊*＊*＊/＊**＊＊＊*＊**＊*＊*＊*＊＊***＊＊/＃include"stc12c5a60s2。#include〈intrins。〉＃defineuintunsignedint#defineucharunsigned#defineTRUE 1＃defineFALSE 0voiddelay(uintz）;//延时函数声明voiddisplay（floatm)；//voidke（；//键盘扫描函数voidADC_Drv_InitC（unsignedcharChN；voidADC_Drv_StartC（unsignedcharvoidADC_Drv_Service（void);voidADC_Drv_Demo（void);voidPWM_Drv_Init（void);voidPWM0_Drv_SetDutunsignedcharDutyValu；ucharADC_channel=7; //选中哪一个通道的变范围0——uintADC_Result［8]=0; //保存ADC转换结果floatm，n;ucharD;ucharcodeucharcodegao_tabl]={0x40,0x7，0x20x3，0x19,0x1；sbitP2_0=P2^0;sbitsbitsbitsbitsbitP2_5=P2^5;sbitsbitsbitPWM0=P1^3; //定义PWM0sbitP1_5=P1^5;bitADC_Finish_Flag=FALSE； //ADCuinta,b,c；voidmain(）｛a=0，b=0，c=0，D=100;P1_5=0；ADC_Drv_InitCh(；PWM_Drv_Init(）;while（1)｛key(）;n=c+0。1＊b+0.01*a；ADC_Drv_Service（）;ADC_Drv_Demo（);PWM0_Drv_SetDutD；if(m〈n）｛if((m+0〉else｛if（DD=0；else｝}if（m>n）{i（—else{if(D〉=255）D=255；elseD++;｝}if（P1_5）display(m）;elsedisplay（n）;｝}voiddelay(uint延时函数｛uintx,y;for（x=z；x〉0;x--)for(y=110；y>0;y--)；｝voidkey（) //键盘扫描函数{if（P2_6==0){dela（1/if（P2_6==｛whil（P2_6==〈9）{a++;}elsea=0;｝}if（P2_5==｛dela（1/if（P2_5==0)｛while(P2_5==if（b〈9）{b++； }elseb=0；｝｝if（P2_4==0）｛delay（10）;//延时去抖动if(P2_4==0）｛while(P2_4==0)；if(c〈5）｛c++;｝elsec=0;｝｝if（P2_7==0）｛delay(1；if(P2_7==0）{P1_5=！P1_5;｝｝｝voiddisplay(floatx）｛uintI=100*x/100；N=(100*x—100＊I）/10；P2_0=0；delay(10）;P2_0=1;P2_1=0；P0=gao_tabl［；delay(10）;P2_1P2_2=0;delay（10);P2_2=P2_3=0；P0=table[M]；delay（10）;P2_3=1;}voidADC_Drv_InitCh（unsignedcharChNo)｛P1ASF=P1ASF|(0x01ChNo）;｝voidADC_Drv_StartCh（ucharChNo){

//初始化相应通道工作在AD模式下//转换启动uintDelay=0x00;P1ASF=P1ASF｜(0x01<<

//初始化相应通道工作在AD模式下ADC_RES=//ClearpreviousresultADC_CONTR=ADC_POWER｜ADC_SPEEDL