基于单片机控制的开关电源设计
基于单片机控制的开关电源设计[20200128194529]
【摘要】
随着电力电子技术的发展和新型功率元器件的不断出现，开关电源技术得到了飞速的发展，在计算机，通讯，家用电器等领域得到广泛应用，取得了显著的成果。
本设计利用单片机实现对开关电源的智能控制，通过键盘预置电压，控制单片机进行脉宽调制，使输出电压在大范围内可调。通过单片机软件控制，实现电源的智能保护，可以设定某个规定的电压或者电流，当超过该电压或者电流时，单片机关断开关管，电源不再工作，以便保护电源。
本设计采用脉宽调制型，先通过电压及功率变换设计出一个DC12V左右的电压源，再对12V的电压源，通过脉宽调制，实现步进0.1V、输出电流500mA，LCD显示直流电压。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】开关电源；单片机；脉宽调制
一、引言 1
二、总体设计 1
三、硬件设计 1
（一）AT89C52单片机概述 1
（二）开关电源电路设计 4
（三）A/D转换电路 5
（四）键盘输入 6
（五）液晶显示 7
四、软件设计 9
（一）主程序设计 9
（二）数据显示子程序 9
（三）键盘扫描子程序 10
（四）键值处理子程序 10
总结 11
附 录 12
附录一 仿真图 12
附录二 PCB图 13
附录三 源程序 14
参考文献 23
致 谢 24
一、引言
因为目前普通的单片机I/O口模拟的脉宽频率较低，远远达不到现在电源要求的工作频率，所以单片机控制的电源开关使用并不广泛，但是单片机在智能化、扩展性强等等方面的优势使其成为未来电源重要的发展方向，因此，本论文写单片机控制的开关电源，非常有现实意义。
在开关电源中，由于功率晶体管工作在开关状态，当开关速度提高后，会受到电路中分布电感、电容或二极管中储存的电荷的影响而产生较大的噪声和浪涌，其交变电压和电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐波干扰，这些干扰会损坏电路的器件。虽然也可以采取一些抑制干扰的措施，在一定程度上降低这些干扰的影响，但目前阶段的精密电子仪器中，仍难以使用开关电源，因此，克服开关电源产生的各种噪声干扰，是我们要努力解决的问题。
PWM信号从处理器到被控系统信号都是数字形式的，可将噪声影响降到最小。在脉宽调制中因为频率不变，所以无论是对电路中的磁性元件及晶体管的测试和设计都很方便，而且对射频干扰的抑制也变得比较容易。
二、总体设计
本课题的主要思想是利用单片机可以实现对开关电源的智能控制，实现智能化开关电源的制作。通过键盘预置电压，控制单片机进行脉宽调制，使输出电压在大范围内可调。通过单片机软件控制，实现电源的智能保护，可以设定某个规定的电压或者电流，当超过该电压或者电流时，单片机关断开关管，电源不再工作，以便保护电源。
本设计采用脉宽调制型，先通过电压及功率变换设计出一个DC12V左右的电压源，再对12V的电压源，通过脉宽调制，实现步进0.1V、输出电流500mA，LCD显示的直流电压。总体框图如图2-1所示。
图2-1总体框图
三、硬件设计
（一）AT89C52单片机概述
1.AT89C52单片机组成
图3-1 AT89C52单片机组成结构图
AT89C52是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.AT89C52单片机引脚结构
（1）电源引脚
VCC（40脚）：典型值＋5V。
VSS（20脚）：接低电平。
（2）外部晶振
X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。
（3）输入输出口引脚
P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。
P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。
P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。
P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。
外部引脚如图3-2所示。
图3-2 外部引脚图
3.AT89C52单片机的最小系统
（1）复位电路
图3-3 复位电路
如图3-3所示，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般C取10uF，R取10K。原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。
（2)时钟电路
单片机的时钟信号用来提供单片机内部各种操作的时间基准，时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机内部有一个高增益的反相放大器，其输入端XTAL1和XTAL2用于外接晶体和电容，以构成自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，如图3-4所示。
图3-4 时钟电路
（二）开关电源电路设计
1.开关电源电路
如图3-5所示，DC50V输入，经Q1，Q2，Q3，进行交流变换，输入给储能性元件L1，当输出电压有波动时，调整管Q4调整输入电压，反过来抑制输出电压的波动。电压从INPUT进入电路，从OUT输出到DC-DC电源5v。
2.电压反馈电路
当电压达到12V时，电流流经稳压二极管D3、三极管Q2的基极和发射极、电阻R8使Q2导通，Q2导通将使三极管Q4提前进入关断区，从而使输出电压稳定在12V左右。
3.限流电路
当R11上流经的电流到达一定值，在R11上将产生压降，当压降超过0.7V，三极管Q3饱和导通，Q3集电极电压为0，自激式振荡回路终止，输出电流变小，当R11上的电流小到足够的值，R11两端的电压低于0.7V，Q3又截止，自激振荡回路又继续振荡。
图3-5 开关电源电路
（三）A/D转换电路
1.芯片介绍
ADC0804芯片为20引脚为双列直插式封装，其引脚排列如图3-6所示。
ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0804；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.
A、B、C：地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。
CLK：时钟信号。ADC0804的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。
EOC：转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。
D7～D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。
OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。
VCC：+5V电源。
VREF：参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。
图3-6 ADC0804芯片
2.电路设计
该芯片采用8路模拟信号分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右，如图3-7所示。INPUT通过芯片ADC0804的6脚进入A/D转换电路，将A/D转换器转换后的二进制数字量通过ADC0804的DB0-DB7口与单片机的P0.0-P0.7接口相连，送入单片机处理。
【摘要】
随着电力电子技术的发展和新型功率元器件的不断出现，开关电源技术得到了飞速的发展，在计算机，通讯，家用电器等领域得到广泛应用，取得了显著的成果。
本设计利用单片机实现对开关电源的智能控制，通过键盘预置电压，控制单片机进行脉宽调制，使输出电压在大范围内可调。通过单片机软件控制，实现电源的智能保护，可以设定某个规定的电压或者电流，当超过该电压或者电流时，单片机关断开关管，电源不再工作，以便保护电源。
本设计采用脉宽调制型，先通过电压及功率变换设计出一个DC12V左右的电压源，再对12V的电压源，通过脉宽调制，实现步进0.1V、输出电流500mA，LCD显示直流电压。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】开关电源；单片机；脉宽调制
一、引言 1
二、总体设计 1
三、硬件设计 1
（一）AT89C52单片机概述 1
（二）开关电源电路设计 4
（三）A/D转换电路 5
（四）键盘输入 6
（五）液晶显示 7
四、软件设计 9
（一）主程序设计 9
（二）数据显示子程序 9
（三）键盘扫描子程序 10
（四）键值处理子程序 10
总结 11
附 录 12
附录一 仿真图 12
附录二 PCB图 13
附录三 源程序 14
参考文献 23
致 谢 24
一、引言
因为目前普通的单片机I/O口模拟的脉宽频率较低，远远达不到现在电源要求的工作频率，所以单片机控制的电源开关使用并不广泛，但是单片机在智能化、扩展性强等等方面的优势使其成为未来电源重要的发展方向，因此，本论文写单片机控制的开关电源，非常有现实意义。
在开关电源中，由于功率晶体管工作在开关状态，当开关速度提高后，会受到电路中分布电感、电容或二极管中储存的电荷的影响而产生较大的噪声和浪涌，其交变电压和电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐波干扰，这些干扰会损坏电路的器件。虽然也可以采取一些抑制干扰的措施，在一定程度上降低这些干扰的影响，但目前阶段的精密电子仪器中，仍难以使用开关电源，因此，克服开关电源产生的各种噪声干扰，是我们要努力解决的问题。
PWM信号从处理器到被控系统信号都是数字形式的，可将噪声影响降到最小。在脉宽调制中因为频率不变，所以无论是对电路中的磁性元件及晶体管的测试和设计都很方便，而且对射频干扰的抑制也变得比较容易。
二、总体设计
本课题的主要思想是利用单片机可以实现对开关电源的智能控制，实现智能化开关电源的制作。通过键盘预置电压，控制单片机进行脉宽调制，使输出电压在大范围内可调。通过单片机软件控制，实现电源的智能保护，可以设定某个规定的电压或者电流，当超过该电压或者电流时，单片机关断开关管，电源不再工作，以便保护电源。
本设计采用脉宽调制型，先通过电压及功率变换设计出一个DC12V左右的电压源，再对12V的电压源，通过脉宽调制，实现步进0.1V、输出电流500mA，LCD显示的直流电压。总体框图如图2-1所示。
图2-1总体框图
三、硬件设计
（一）AT89C52单片机概述
1.AT89C52单片机组成
图3-1 AT89C52单片机组成结构图
AT89C52是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.AT89C52单片机引脚结构
（1）电源引脚
VCC（40脚）：典型值＋5V。
VSS（20脚）：接低电平。
（2）外部晶振
X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。
（3）输入输出口引脚
P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。
P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。
P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。
P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。
外部引脚如图3-2所示。
图3-2 外部引脚图
3.AT89C52单片机的最小系统
（1）复位电路
图3-3 复位电路
如图3-3所示，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般C取10uF，R取10K。原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。
（2)时钟电路
单片机的时钟信号用来提供单片机内部各种操作的时间基准，时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机内部有一个高增益的反相放大器，其输入端XTAL1和XTAL2用于外接晶体和电容，以构成自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，如图3-4所示。
图3-4 时钟电路
（二）开关电源电路设计
1.开关电源电路
如图3-5所示，DC50V输入，经Q1，Q2，Q3，进行交流变换，输入给储能性元件L1，当输出电压有波动时，调整管Q4调整输入电压，反过来抑制输出电压的波动。电压从INPUT进入电路，从OUT输出到DC-DC电源5v。
2.电压反馈电路
当电压达到12V时，电流流经稳压二极管D3、三极管Q2的基极和发射极、电阻R8使Q2导通，Q2导通将使三极管Q4提前进入关断区，从而使输出电压稳定在12V左右。
3.限流电路
当R11上流经的电流到达一定值，在R11上将产生压降，当压降超过0.7V，三极管Q3饱和导通，Q3集电极电压为0，自激式振荡回路终止，输出电流变小，当R11上的电流小到足够的值，R11两端的电压低于0.7V，Q3又截止，自激振荡回路又继续振荡。
图3-5 开关电源电路
（三）A/D转换电路
1.芯片介绍
ADC0804芯片为20引脚为双列直插式封装，其引脚排列如图3-6所示。
ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0804；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.
A、B、C：地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。
CLK：时钟信号。ADC0804的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。
EOC：转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。
D7～D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。
OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。
VCC：+5V电源。
VREF：参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。
图3-6 ADC0804芯片
2.电路设计
该芯片采用8路模拟信号分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右，如图3-7所示。INPUT通过芯片ADC0804的6脚进入A/D转换电路，将A/D转换器转换后的二进制数字量通过ADC0804的DB0-DB7口与单片机的P0.0-P0.7接口相连，送入单片机处理。
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