阿勒泰地区网站建设_网站建设公司_全栈开发者_seo优化

第二章 开关电源设计分析

2.1 系统难点分析
2.1.1 提高电源工作效率
目前的开关电源可以达到300千赫的工作频率，这种设计要求单片机的24M赫兹的晶振频率可以达到40千赫，但是对单片机的处理速度比开关电源要快得多。因为切换电源需要极高的切换操作频率，因此采用24M赫兹的晶振频率，在51系列的单片机中并不算太快，因为扫描仪、PID控制器、取样信号等工作都需要单片机来完成。由于该脉冲的有效电平(工作周期)是在中断期间由计时器产生的，而不能调节，因此只能是50%，因此，可以调节输出的开关电源的可能性不大。
处理问题方法：目前最重要的问题是无法改变单片机的工作负载，若采用较好的单片机来提高处理速度，则必然会加大系统的投资，从而降低系统的控制效果。在一系列比较之后，会在软件设计中进行处理。该方法是：先确定两个变量，一个是周期T，一个是占空比D，然后分配他们，使D小于T，接下来，从MCU的I/O口输出高电平，T和D同时计算，在D的预算值达到时，从输入/输出端输出一个低电平，直到T值时，该端口的输出总是在低电平，然后再一次输出高电平。如果要改变脉冲的频率，就要调整T和D的值，定时的时间是通过定时器的工作频率来设置的。如果要用单片机来输出任何一个频率，那么它的时钟频率就必须很高。
2.1.2 标度转换技术
该设计使用的电压芯片是可以采样0到5V间电压的ADC0832，为了让使用者在键盘上所输入的电压能够进行比较，所以需要通过标度转换将0到255的数字量与采样收集到的电压相对应起来，为了让其拥有相同的单位量纲，所以将采样到的电压值转换为数字量。
因为被控目标的参数需要经过变送机的处理转化成电子信号，但其测量值和测量范围不同。然后，为了方便电脑将所获得的参数用V/F或A/D变换器变换为数字信号。同样的数值，因为不同的参数，其变化的幅度和尺度也不同，因此，有可能得到不同的模拟量。例如，数字量255可以用5V的DC电压来表示，并且可以用它来表示其他的模拟量，所以，如果这些参量改变的幅度是不同的，则可以用同样的量纲和同样的数值来表示。比如变换技术是指在打印、记录、报警、显示等操作中，将相应的数据转化成不同的量次。
标度转换的标准为：0到12V间的电压可以在键盘中进行输入，并且数字量0至255与取样的0至5V的电压互相对应。换句话说，在单片机系统中，可以适当地进行处理和比较，因此，0至255与预先设定在键盘上的0至12V的电压相对应。
2.2 开关电源的控制方式
电流控制模式与电压控制模式是开关电源常用的控制方式。由于本文中PWM调制Buck电路在两种方式中都被使用，所以以此为例来分析。
2.2.1 电压控制模式
该电压控制方式的反馈信号是一种对该输出电压进行取样的信号，该信号被直接输入到该控制电路，该电路仅具有一个电压反馈环路。其工作原理：此电路基准信号连同输入的电压采样信号被传输到误差放大器的前、后两个输入端。所述电路基准信号连同输入电压采样信号被传输到误差放大器的正、反两个输入端，通过放大器对所述差分进行放大，并将该差分输出给PWM比较器的逆向输入端，同时，在PWM比较器的前向输入端中输入锯齿波，该锯齿波发生器要求产生特定频率的倾斜电压，从而补偿由于工作周期的限制而引起的电路不稳定性的波动。PWM输出的脉冲宽度由锯齿波与误差放大器的输出电压相交决定，然后将两者进行比较，得出所需要的调制脉冲，进一步使开关管开启。同时，这种误差放大电路还可以增加输出电压的延时，并且利用PWM比较器和锯齿波发生器产生的倾斜电压来调整PWM比较器的脉宽，由此延迟所述电压控制电路的瞬时响应。典型电路如图2.1所示。

图2.1电压控制PWM调制电路

第三章 硬件电路设计

3.1 电源电路设计
3.1.1 整流滤波电路
电源220V通过变压器进行降压，然后将其转换为18V直流电流，由滤波器网络进行滤波，使之成为Buck切换电路的工作电压。该电源采用LM7812型稳压器，其输出电压为12V，用于驱动IR，并可为PWM控制器供电。再用7805稳压器把这个电压转换成5V，用来进行单片机的控制。如图3.1所示。

图3.1整流滤波电路

第四章 软件设计

4.1 总体编程思想
单片机控制系统的软件设计思想：通过扫描键盘，输入数据，系统会自动调整脉冲宽度，输出电压，如果没有输入，则通过PID控制算法来控制输出电压。软件子程序包括：
(1)数码管扫描和按键盘程序；
(2)由计时器0中断而生成的方波程序；
(3)PID控制子程序；
(4)计时装置1的中断修正占空比、执行PID控制、数字显示子程序。
4.2 键盘防抖动子程序
在键盘操作的时候，往往会下意识地按下两个按钮，或者是连续的按钮，然后发送一个错误的命令，所以，在这个过程中，会有两个判定，来确定按钮的位置。本文中需要设定电压，所以在程序中，8个键被定义为：个、十、百、千位往上加开关切换；个、十、百、千位往下减开关切换。在满足预设电压的条件下，可以实现对PID控制的当前设置的电压、PID控制增量、输出增量、PID控制的比例、积分、微分等其他参数的显示。如图4.1所示。

图4.1键盘防抖动流程图

第五章 系统调试

5.1 硬件模块调试
单片机控制开关电源仿真电路通过按键设置所需的电压，再通过A/D转换电路对输出电压进行采样，再通过PID算法对输出电压进行运算，对所控制量及占空比来进行调整，以此来得出所需的输出电压，再通过PID控制来调整输出电压。如图5.1所示。

图5.1单片机控制开关电源仿真电路
5.1.1 整流滤波电路的调试
这一步可以通过使用电脑模拟的方法，接好电线之后将电源接通，首先测量一下变压器的输出，在12.96V的AC档，再进行整流，要特别注意的是整流桥的接线是否正确，以免造成整流输出的电压不准确，严重时会烧毁稳压块。试验结果表明，该调制解调器的输出电压可达5.10V。
5.1.2 A/D转换的调试
通过稳压供电，将5V的电压输入到变换器中，使其电压发生变化，数字管上的数字信号随着电压的变化而变化。
5.1.3 脉冲输出电路的调试
控制脉冲直接被输入到开关管的基极，在制版前，可以利用面包片模拟脉冲信号的作用，如果采用开关管的发射端，则会减小输出的脉冲信号的振幅，使输出的效率下降。通过与电路的连接，示波器对基极和集极端的观测，发现其振幅很小，而在切换后，振幅显著增大，表明控制脉冲能够直接对开关进行控制，从而确保了信号的稳定。

结论

通过单片机对开关电源进行智能控制，并通过实验证明，采用单片机可以完成智能化开关电源的生产。使用者采用键盘来进行电压的设定，由单片机来实现脉冲宽度的调节，从而实现了大范围的电压调节的目的。在此基础上，利用工作频率高的单片机，可以生产出更好的、更高的工作频率、更高的智能化的开关电源。比如，由单片机来实现，如果开关电源在长时间内不使用时，它将会自动断电；如果使用了片内带模数转换的单片机，则可以减少供电的复杂性；使用单片机作为智能保护电源，在一定的电压和电流下它还能工作，当超过这个限值时它就会关断。此外，单片机还可以具备多种功能。

文章底部可以获取博主的联系方式，获取源码、查看详细的视频演示，或者了解其他版本的信息。
所有项目都经过了严格的测试和完善。对于本系统，我们提供全方位的支持，包括修改时间和标题，以及完整的安装、部署、运行和调试服务，确保系统能在你的电脑上顺利运行。