科技创新5第042组组长设计报告

F_FF摘要这篇报告主要是关于单片机控制、采样的开关稳压电源系统。整个系统由DC-DC开关电源子系法以及电路参数的选取，硬件的工作原理和软件的编程思想，系统，使用说明，实验心得，：Thisreportmainlydealswithpowersupplysystemwithsinglechipmicrosystemcontrolledandsampled.ThewholesystemconsistsofDC-DCswitchpowersupplymicrosystem,singlechipmicrosystem,,voltage-controlledmicrosystem,voltagemeasuremicrosystemandsoon.Thisreportdetailsinthedesignmethodofeverysubsystem,hardwareprinciplesandsoftwarealgorithm,alongwiththeresultofthetestofthesystem,user’sinstructions,difficultiesduringtheexperiment,etc.DC-DC,SwitchPowerSupply,Singlechipcontrol,A/Dconvertor,Open-loopControl,Close-loopControl、doublepowersourceblock 概 编写说 名词定 硬件开发环 软件开发环 缩略 系统总 系统组 DC-DC开关电源子系 单片机子系 电压控制子系 电压检测子系 子系统间的耦合方 系统的主要功 DC-DC模 开环控制部 闭环控制部 单片机系统控制部 DC-DC开关稳压电源模块的设 主要功能和技术指 设计原 线性电 开关电 本次采用方 设计电路 3.3.1TL494简 参数选 开关频率和纹波大 开关频率与效 磁饱和问 提高纹波的性能有几种可能措施 电压控制模块的硬件设计（开环控制 主要功能和系统指 设计方 具体模块分 基准电源模块（ 整形模块（ 低通滤波模块（器件 光电耦合模 输出电压与占空 问题讨 Rctl的选 温飘问 电压测量子系统的硬件设 主要功 设计指 设计原 模块设 电压转换模 基准电压模 高级拓展--双电源并联输出模 主要功 设计指标 设计原理与方 设计思 子系统模 电压控制模 电压检测模 单片机子系统及软件部分设 致 参考文 附录 系统操作说明 附录 测试和分 测试项目和方法 DC-DC降压型开关电源部 开环控制部 闭环控制部 测试的资 测试设备与仪 测试环 及分 DC-DC部分的.......................................................................开环控制功能.........................................................................闭环控制功能.........................................................................升压型DC-DC部分的...........................................................附录C实验心 附录D软件程序........................................................................................概[5]带有单片机电路的开关稳压电源系统。报告中详细阐述了整个系统的功能，系统的单片机子系统，DC-DC开关电源子系统，电压控制子系统，电压测子系统四个模块的原理、主要功能、设计思路、电路图等，以及软件的结构框图等并详细描述了每个模块设计过程中遇到的问题和解决问题的经验。本文适合具有一定电子技术及单片机知识基础的人员或者参与“科技创新[5]”课程的设计人单片机小系统：以单片机位，通过晶振、、输入输出扩展等使之能够完成逻辑功信号：脉冲宽度调制信号。脉冲信号的占空比受到调制的一种信号。AVRStudioProDC(directcurrent)（pulsewidthmodulation）脉冲宽度调制，指一定频率的占空比可变方波信号LPF(lowpassfilter)低通滤波器系统总20-DC输

5-10V可调1ADC输DC-

变换变换

A-电压检测整整

子系电压控制子系2.1关电源模块、电压控制（D/A转换模块）、电压反馈（A/D转换模块）与单片机小系统四个子系统图2.1所示，单片机通过（扁平电缆输出波，经电压控制子系统处理，通过光电耦合器件控制开关电源的输出电压）；电压测量子系统同样通过（4n25与开关电源子系统连接，它对输出电30V30V5~10V开关三电器2.2DC-DC的不同占空比的波形，控制开关三极管在一个周期中的通断时间，从而控制给后面连接的电容本系统是开关电源的指挥中心。它可以通过编程发出任意占空比的波。它把电压检测子就通过修改发出的波的占空比将误差消除。单片机小系统还提供了用户交互界面。用四个按LED灯和四个七段数码管共同显示状态。单片机小系

整 有

信号变电压控制部2.3电压控制系统模型本系统是单片机控制的桥梁。对于单片机提供的一定占空比但幅度相对不稳的波，他先入DC-DC开关电源模块，完成对输出电压的控制。该子系统由整形、有源低通滤波、信号变4个电路模块组成。单片机小系8位编码

AD

信号变关键器件

C=2.4电压检测部分结构图A/D2.1注意到，DC-DC开关电源与电压控制、电压检测模块之间是使用光耦耦合的，这是一输入为20V-30V的直流电压，可通过手动调节电阻值来实现5V-10V可调稳定电压输出，要求0.1V65%RL上的电压来检查各项性能指标。可以将单片机输出的波转换成直流控制电压、因此系统必须为线性时不变系统，所以我们能够输出占空比可调控制脉冲实现开环控制，并且也可以实现闭环控制提高控制精度和DC-DC开关稳压电源模块的设主要功能：DC－DC降压型开关电源子系统是整个电路的部分之一，其主要功能是将不稳定20V－30V5V－10V技术指标<0.5线性电源实际上是在可控硅电源的输出端再串一只大功率三极管（实际是多只并联），控制电路只要输出一个小电流到三极管的基极就能控制三极管的输出大电流，使得电源系统在可控硅电源的基础上又稳压一次，因而这种线性稳压电源的稳压性能要优于开关电源3个数量级。但功率三极管（亦称调整管）上一般要占用0伏电压，每输出1安培电流就要在电源内部多消耗0瓦功率，例如0V552体积的变压器。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波（50mVat5Voutputtypical），在本次实验我们采用的是开关电源因为同线性DC-DC变换器比较，开关型的稳压器有着更高的效DC-DC变换器在要求一定输出电压和功率的时候，输入电压范围可以有较大的浮动，而不会造成效开关电源的原理如图2-3所示，TL494产生脉冲宽度调制信号（），加在开关三极管基极上，控制开关三极管的导通与否。信号的占空比和频率由TL494及其电路控制。当开关三极管导图3.1 DC-DC的开关电源子系统原理图[1]TL494是控制脉冲宽度调制波的电路。对输出脉冲的调制由控制信号与振荡器产生的锯齿波的比较来完成。当锯齿波的电压比电压控制信号的电压高时，能够正常输出。控制信号由主要由误差图3.2TL494的管脚图TL494的管脚图见图3.2。各管脚定义见表3-3：表3-3TL4941、2误差放大器I345、678、91213145V基准电压输出端，最大输出电流10mA15、13.3TL494图3.3说明了本实验TL494的工作原理。对误差放大器I的利用是关键。此放大器的作用是将从Vou分压得到的电压与参考2.5V电压作比较，把比较的结果送入比较器作脉宽调制。比较的结果误差放大器的输出端产生了类似的信号，如图3-3，此信号经过后级电容的积分作用变为了类似三角波的信号，将它与T与T谐振产生的标准三角波比较，形成了一定占空比的型号，从11脚输出作为T42的基极信号，达到控制打开时间的作用。放大器的同相端的输入电压来自于对Vu的分压，分压电阻采用变阻器串联固定电阻的形式。电阻4引入负反馈，为使放大器能稳定工作，在4C3R7C3、R7TL494内部振荡器的频率。将振荡频率fosc100~200KHz。fosc=1.1/(C3gR7)R4,R5如图3-1所示，R4是TL4942、3端接的反馈电阻，与R5一起确定误差放大器的增益。取R4=1MΩ,R5=6.8KΩ,这时反馈增益为：增益=R4/R5=1MΩ/6.8KΩ=147R1,R2TIP42的导通,TIP42datasheet（10）R1，R2值,具体3.4开关频率与纹波关系3.5开关频率与效率关系3-6NB达到磁滞回线的极限，导致了磁饱和现象，其3-6右图所示。可适当减小电压控制模块的硬件设计（开环控制本子系统读入单片机子系统产生的信号，经过变换耦合至DC－DC降压型开关电源子系统在输入为30.0V±0.1V时，输出电压控制精度±0.05V。4-1图4.1图4.2

4-3开环控制电路图101510020301.8511030100304.4TL431实际电路参数：R=51ΩR1=10kΩ基准电源电路产生稳定的4V电压，供给4011与非门；由单片机输出的信号经过4011后，信图4.5

图4.6CD4011图4.7f≈15Hzc433

LM741

图 V＋5VV－5V图4.9图4.104N25

ANODE：输出电压输出电压输出电压57968RctlI=（3-1）/3.9K<1m无法驱动光耦.所以我们把Rctl=1.8KΩ.这时正好光耦可以工作实验时发现光耦最开始不工作,无论占空比怎么变化D-D板上的电压都不会变,而这时我们想到了测量光耦输出级上三极管的电压.发现V>V，V=V+0.7。这时我们知道三极管一直在饱和区,.ct后,,,42V11.4V。,精准了,但是第二次去时发现测量值变化了大概能有.2V~+02V,一下是我们总结的一些可以在实验DC-DCA/D调偏R14，输出电压仍可回到原值。（控制精度+子模块结构框图如图5.1所示，通过电压转换模块与基准电压模块将DC-DC模块输出电压值转化为+

--电压转换模以LM741为搭建减法器电路，将输入电压减去5V变成0-5V之间。电路图以及参数见5.2图5.2电压转换模块电路仍以TL431为搭建，首先生成4V的稳定电压，再通过电阻分出2.5V的电压作为差分输入高级拓展--6.2设计指标20%（|−|子系统比以前多了个模块AD080检测模块、电压控制模块(和以前一样、DD转换模块.6.1图6.2改动后的DC-DC开关电源原理图[1]电压调理模块分为两个基本模块，一个负责负载电压转换，另一个检测两个电源输出电流。其中负载电压转换模块与之前单电源模块电压检测模块相同，高阶拓展主要对电流 6.4是相关的电路图和参数。6.46.4Uout=100/10x(Vin2-Vin1)=10x(Vin2-Vin1)。经测量，在一个输入接地的情况下，剩10倍率的增益。1）5%误差电阻比较难满足要求，在尝R4R4能够在一定范围内满足精度要求。R40200mV0了。但是偏差比较小，尤其是在101~2mV左右，属于可以接受的范围。单片机子系统及软件部分设AVRATmega16单片机。ATmega16有16KB的程序空间，1KB内部SRAM，512B内置EEPROM。外部共有32个GPIO，一USART，一路主从SPI，一路I2C，两个8位定时器，一个16位定时器，4通 7.1BlockdiagramofDC2.7--5VDC5V小系统板上的接插件PB、PC、PD分别对应ATmega16引脚的PB、PC、PD口。PB、PC、PDIO小系统板上的接插件PA的9脚连接ATmega16的Vref，10脚接地。ATmega16有一个标称值为2.56V的内部基准源，每颗的实际值会有所不同。 44LED图7.2 MODE,TIMING7.3根据计算的定时器0初值改变占空clock1s：1s软件定时器计数;clock1s_flag：1s软件定时器溢出标志;Mode1。volatiledigi[4]：测试用计数值十进制表示;tab[51]：不压值对应的计数值值u_ptr0：utabd_ptr：dt0的初值，设定中断程序发生的周期，以及数码5ms所包含的中断周期个数和数码管段驱动寄存器地址、数码管位驱动寄存器地址。用output_sel对应数码管的地址，然后调用unsignedcharNUMTOSEG7(unsignedcharDATA)5.0V10.0V。调用的函数：unsignedcharNUMTOSEG7(unsignedchar功能：用于数码显示，将字符型数据DATA输入项：DATA为通过计算得到的要显示的数据，由digi[]，在主函数中digi[1]、digi[2]和输入电压上叠加有随机干扰，ADC自有随机误差，这些随机干扰误差是均值为零的、平稳的、一个数字滤波器，用程序设计一个环形队列，50次的样值的同时产生50次计算结果。7-5数字低通滤波器原理图1、用于输出对应占空比 2、AD转换的开启和数据的14输出0x000xFFFF结束，变量为OCR1A和OCR1BOCR1A0xFFFFOCR1B0xFFFF即为占空比。通过OCR1B与OCR1A来控制输出的波形，最终控制电压源。当ADSC赋值为1时开启AD转换。通过判断loop_until_bit_is_clear(ADCSRA,ADSC)来判断转换是否结束，结束后AD转换的数据并在数组Vout[]或者dt[]中。通过采样DC-DC输出端反馈回来的电压与用户输入的电压进行比较近，不断调整占空比，利用AD转换，将输出电压返回到单片机中，程序中用数组utab[]各个标准电压返回的ＡＤ值，然后将之前标定过的AD值（在Vout[]中）与返回的AD值进行比较，在程序中表现为Uutab[u_ptr]比较。当Uutab[u_ptr]U<utab[u_ptr]Tloopt1t2t3t4[4]TTloop,否则将系统显著提高系统相应特性。在实际设置中，我们采用每次AD值后进行调整的方案，达到了很好7.6闭环控制的环路时延图通过电流检测模块输出的电压，并比较其与0的大小，进而调整OCR1A和OCR1B控制两和闭环相类似，利用AD转换，将双电源并联输出值，同时电流检测模块比较后输出0的大小，选出电0值的大小选出输出电流较大的电源，减小其占空比，降低其输致课程的开设上必然比简单的课堂教学上有更大的，但是还是提供了非常优越的环境给我们学习。深深地感谢袁老师、诸老师、黄老师，谷老师，耿老师等实验指导老师对这次实验给与的大力帮助。可以说每次我们遇到问题向请教时，都能耐心答复。是，在最初教授我们实验相关的理论知识，在讲座上介绍设计思想以及常常出现的问题、解决办法；是，在fp上发布各种资料省去了我们找资料的时间和精力；是，在繁忙工作之余还要经常来到，耐心地给同学讲解，同学的问题；是，每天要答复我们各种邮件，检测所有组的实验成果；是你们，鼓励我们放手做，勇于探索，给我们科技创新的机会，给我们自主学习的环境。我们知道，电院科技创新这门特色课程已经开设了不短的时间了，很多问题可能已经是第几十次，甚至第几百次被问，可还是很心地回，一点没不耐烦。深感谢师的帮和支持。感谢所有和我们一起探索的。很多时候大家遇到的问题是类似的，大家在实验期间，互参考文[1]交大电子工程系，科技创新[5]课程任务要求及ha17741TL494TL431CD4011ATmega164n25TIP42附录 系统操作说明KEY1、KEY2KEY10.1V，KEY20.1V。5.0V。10.1附录 测试和分测试项目和方法11-1DC-DC最低输出5.0V；最高输出输入输出纹小于输入30.0V±0.1V；输出带宽示波器，探头X10，Y向50mV效大于输入30.0V±0.1V；输出输入电流、输出电压，负载以小于输出10.0V±0.1V；输入20.0V±0.1V11-2输出电压控制精度（10分）设点电压输入开始测试前可给予10分钟开始测试时，任意指定设点电压设点电压11-3输出电压控制设点电压A[1输入开始测试前可给予10分设点电压B[1设点电压C[1开始测试时，任意指定记录实际输出的3个电值的精度（10分）设点电压A设点电压B设点电压C调偏R14，重做指定电压30秒DF1731SB3A，电源引线TektronixTDS系列，示波器探头VictorVC97空调11-4DC-DC5.0V可电压变化小于可输出纹小于等于效大于等于11-5电压控制电压5.70电压6.91电压9.10电压5.00电压7.52电压10.00电压A2电压B27.50V电压C210.00V16.1V。电压调整率为17.816.1100%9.55%0.25A，效率 100%91.5%。14C实验心DC-DC焊接和布线是本次实验操作部分的一题。布线不仅根据电路题布置得正确，还要科学美观。在布线过程中，我们始终遵守“走水平和垂直的直线，不交叉不”的原理，将电路板上的线路的成品是我们第二次布线和焊接的结果。对绕电感和Q表的使用跃跃欲试。但是，在真正开始做的过程中，才体会到艰辛。我们在很短的时形成断路。第二天我早早地起来，认认真真地把电感重新绕了一遍，又去仔细研究了一下示波器的使用。最终终于解决了。而且纹波只有66mv。我们当时真的很高兴疯了。纠结的时间里，我4高级拓展部分的设计还算思路清晰，但是兴致高昂地弄完成品出来，检测一直同一个问题：两个通道的AD数据会混杂在一起，起初我分析可能是AD初始化的问题，反复的修改程序，但没有得到解决。直到检测当天我们还纠结在这个问题上不得其解，老师在检测完开闭环部分后，了结果！看来不仅要吃透理论，还要在实践中遇到问题时培养分析的能力，思维开阔，才能击败在设计过程中，我们运用了一些新的工具软件，比如，Pro99se,Multisim等，熟悉这些悉了科技和工程说明文的写作技巧。在工作中，我们他人交流和沟通方面的能力也所提高，我们探讨并且吸收个人观点和思想，成员间互相心得经验。通过这样的设计实践，开拓了我们的视野，进一步提高了我们对电子信息领域的和热忱我们非常深刻的体会到本专业所涉及的广阔空间，几乎现活中的方方面面都离不开；D软件程序#include<avr/io.h>#include<avr/interrupt.h> 常量定 1s软件定时器溢出值，2005ms#defineV_T1s600#defineN 变量定 signedintvolatile signedintvolatiledt[N]={-

-signedintvolatilesignedintvolatileu_ptr=0;signedintvolatileunsignedint unsignedintvolatile unsignedintvolatiled_ptr=0;unsignedcharvolatileMode=1;unsignedcharvolatileturn=0;signedintvolatileU;signedintvolatileunsignedcharunsignedchar1sunsignedint1sunsignedcharvolatileunsignedcharunsignedcharunsignedcharvolatileunsignedcharNUMTOSEG7(unsignedchar{unsignedcharAA;switch(DATA){case0:AA=0xc0;break;//case1:AA=0xf9;break;//case2:AA=0xa4;break;//case3:AA=0xb0;break;//case4:AA=0x99;break;//case5:AA=0x92;break;//case6:AA=0x82;break;//case7:AA=0xf8;break;//case8:AA=0x80;break;//case9:AA=0x90;break;//‘9’case10:AA=0x88;break;//‘A’case11:AA=0x83;break;//‘B’case12:AA=0xc6;break;//‘C’case13:AA=0xa1;break;//‘D’case14:AA=0x86;break;//‘E’case15:AA=0x8e;break;//‘F’caseAA=0xBf;break;破折号case'_':AA=0xf7;break;下划线case'':AA=0xff;break;//消隐default:}}/**8unsignedcharNUMTOSEG8(unsignedchar{unsignedcharAA;switch(DATA){case0:AA=0x40;break;/*'0.'*/case1:AA=0x79;break;/*'1.'*/case2:AA=0x24;break;/*'2.'*/case3:AA=0x30;break;/*'3.'*/case4:AA=0x19;break;/*'4.'*/case5:AA=0x12;break;/*'5.'*/case6:AA=0x02;break;/*'6.'*/case7:AA=0x78;break;/*'7.'*/case8:AA=0x00;break;/*'8.'*/case9:AA=0x10;break;/*'9.'*/case10:AA=0x08;break;/*'A.'*/case11:AA=0x03;break;/*'B.'*/case12:AA=0x46;break;/*'C.'*/case13:AA=0x21;break;/*'D.'*/case14:AA=0x06;break;/*'E.'*/case15:AA=0x0e;break;/*'F.'*/caseAA=0x3f;break;*0xdf04级王资凯同学指正*/case'_':AA=0x77;break;/*下划线*/caseAA=0x7f;break;*消隐*/default:AA=0xff;}}voiddisy_led(unsignedcharseg,unsignedchar{unsignedchar//selPORTA&= //PA7=0;for{if((sel&0x80)==0)//最送U2SERPORTA&=~(1<<PA5);//PORTA|= //PORTA&= PORTA| //PA6=1srclk=1sel //sel}//seg74hc595for(i=0;i<8;i++){if((seg&0x80)==0)//最送U2SERPORTA&=~(1<<PA5);PORTA|= PORTA&= PORTA| //PA6=1srclk=1seg //seg}PORTB=0x00;DDRB=PORTA|= //PA7=1;PORTA& //PA7=0;rclk=0}void{PORTA=DDRA=0xE0;PAPA7、PA6、PA5PORTC0xf0;PCPC7、PC6、PC5、PC4DDRC=0x00;PCPORTD=DDRD=0xffPD4，PD5}//TIMER0initialize-//WGM://desiredvalue://actualvalue:200.321Hz(0.2%)voidtimer0_init(void){TCCR0=0x00;//stopTCNT0=0x64;//setcountOCR0=0x9C;//setcompareTCCR0=0x02;//starttimer}//TIMER1initialize-//WGM://desiredvalue://actualvalue:200.321Hz(0.2%)voidtimer1_init(void){TCCR1A=0x00;//stopTCCR1B=0x00;TCNT1=0x00;ICR1=OCR1A=0x0001;//setcompareOCR1B=0x0001;//setcompareTC