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1、苏州科技学院天平学院本科生毕业设计(论文)单片机控制的DC-DC变换器设计摘 要本设计通过查阅资料，了解DC-DC变换器的发展和应用现状，以及它在生产应用方面的不足.开关电源有其自身存在的缺点，第一个就是使用高频变压器作为传输能量的器件开关电源通常工作在几百KHz以上，因而会产生电磁干扰，所以会影响自身或其它系统正常工作；此外，开关电源也存在着输出电压纹波较大的问题。针对其在应用方面的不足设计出一款新型的基于单片机控制的DC-DC变换器。在系统实现上，单片机由于具有电子计算机的基本组成部分和功能，同时又具备体积小，电路简单、故障率低、可靠性高和成本低廉等优点，而被应用于DC-DC开关变换器PI
2、D控制的系统实现。该系统以单片机通过输出PWM信号控制开关三极管的通断，从而达到控制输出电压的目的，而ADC则对输出信号进行转换并反馈给单片机分析处理，形成闭环系统。本设计分模块详细阐述了降压型DC-DC开关电源及其控制、反馈电路的设计，并分为DCDC变换、单片机控制输出电压、单片机闭环参与控制DCDC的输出，三个阶段说明此变换器的实现原理。可实现如同2030V输入510V输出，开/闭环控制误差范围控制在很小以内。本设计采用软硬件相结合组成实际控制系统。设计过程主要分为以下几个部分：结构模型建立，算法确定，电路设计，程序编写，总结。关键词 单片机；开关电源；PWM；ADC；闭环控制The De
3、sign of DC-DC Converter Controlled By Single-Chip Microcomputer AbstractBy searching the information, I understood the development of DC-DC converters and application status, and the lack of application in the production of switching power supply. The switching power has its own shortage. The first
4、is to use high-frequency transformer as the energy transmission device. Switching power usually supplies the mission of a few hundreds KHz or more, and they may be electromagnetic interference and will disrupt the work itself or other systems; In addition, the switching power supply output voltage r
5、ipple there are larger issues. For deficiencies in its application ,We have to design a new design of DC-DC converter controlled by single-chip microcomputer. In the system implementation, the microcontroller as a computers basic components and functions, but also have small, simple circuit, low fai
6、lure rate, high reliability and low cost advantages, which were used in DC-DC switching converter PID control system implementation. The system microcontroller PWM signal through the output transistor on-off control switch, so as to achieve the purpose of controlling the output voltage, while the AD
7、C is to convert the output signal analysis and processing, and feedback to the microcontroller to form a closed loop system. The detailed design of the sub-module DC-DC step-down switching power supply and control, feedback circuit, and is divided into DC-DC conversion, the microcontroller controls
8、the output voltage, single chip DC-DC closed-loop involved in controlling the output of the three stages the realization of that principle of this converter. It can achieve 20 30V Input 5 10V output, open / closed loop control error range was within little.This design uses a combination of hardware
9、and software to complete the actual control system. Design process is divided into the following sections: structure modeling, circuit design, programming, hardware and software debugging.Keywords Chip microcomputer; Switching Power Supply; PWM; ADC; Closed-loop control目 录第1章 绪论11.1 设计背景11.2 电源技术的发展
10、与方向21.2.1 线性电源和开关电源21.2.2 电源技术的发展方向31.2.3 DC/DC变换器的应用范围及发展趋势41.3 课题研究内容、目的及意义5第2章 系统的总体设计及算法确定62.1DC-DC变换器基本介绍62.1.1 DC-DC变换器基本工作原理62.1.2 降压斩波和升压斩波72.2 总体方案设计论证72.2.1 系统组成与功能简介82.2.2 当前主要方法和技术分析92.3 PID算法控制92.4 小结11第3章 系统硬件电路设计123.1 控制系统硬件电路总体分析123.2 单片机最小系统设计123.2.1 AT89C51特点及管脚功能介绍123.2.2 最小系统电路设计
11、153.3 系统硬件电路组成163.3.1 控制电路系统设计163.3.2 DC-DC变换电路设计173.3.3 数据采集电路设计183.3.4 人机界面电路的设计203.4 小结21第4章 系统软件部分的设计224.1 系统软件部分的设计224.1.1 软件系统的逻辑控制224.1.2 软件系统的结构224.2 系统主控程序设计224.3 各部分子程序设计234.3.1 PWM信号的单片机控制子程序244.3.2 数码显示子程序244.3.3 数据采集子程序264.3.4 定时中断处理子程序设计264.4 小结27结 论28致 谢29参 考 文 献30附录A 系统PCB 3D生成图和布线图3
12、1附录B 系统程序32附录C 译文39可编程控制器介绍39附录D 外文原文48V第1章 绪论1.1 设计背景电源自从人类使用电以来都不可缺少的科技和产业。从日常生活到尖端科技，从电气产品到电子产品，一切工具的使用都离不开电源技术的支持。电源技术也正是在这种环境中一步步发展起来的电源学科是一门综合功率的变换技术、现代电子技术、自动控制等的多学科边缘交叉技术。电源技术的发展已经历了多次变革，从本质上讲电源技术的变革，就是功率转换技术的变革。功率转换技术的变革从最开始的发电机组，变化到半导体功率器件投入产业界的使用，再一步一步到现在流行的使用从不间断工作模式到间断工作模式，即开关模式，即开关电源的整
13、个发展过程。功率变换器件工作在开关状态的电源，称为开关电源SPS(Switching Power Supply)。按照目前习惯，开关电源是指工作在高频开关状态下的电力电子器件所组成的直流电源。随着中国经济的发展和电子行业的兴起，消费电子，特别是便携式电子设备的快速普及，电源管理半导体产品市场近期呈现快速增长趋势，甚至超过了数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)和半导体存储器等产品的增长速度。大部分增长来源于电池供电的便携式电子设备，如手机、数字音乐播放器、数码相机、手持医疗仪器和测试仪器等。而这些设备基本都是通过电源管理芯片对开关电源的控制来实现对其的供电的
14、。所以，正是由于上面的消费电子的兴起，产生了对开关电源的一个巨大的推动力。当然开关电源也有其自身存在的缺点：第一个就是使用高频变压器作为传输能量的器件开关电源通常工作在几百KHz以上，因而会产生电磁干扰，所以会影响自身或其它系统正常工作；此外，开关电源也存在着输出电压纹波较大的问题。但随着电子技术的发展(如-抗干扰技术、软开关技术、半导体技术等)上述缺点已经得到一定程度或是很好的解决，从而使开关电源在其应用中表现出了其强大的生命力。开关电源同线性或相控电源相比，由于其具有诸多的优势，因而一问世就受到广泛关注，随着IC领域工艺的不断的提高，并成为电源技术发展的主流方向。传统的小功率开关电源的主要
15、缺点是：集成度低、稳定性较差和输出电压纹波较大、外围电路复杂等问题。然而随着微电子技术的迅猛发展、IC产业的发展以及生产工艺技术的成熟，单片开关电源集成电路具有高性价比、高集成度、最佳性能指标等优点，自从问世便显示出强大的生命力。在系统实现上，单片机由于具有电子计算机的基本组成部分和功能，同时又具备体积小，电路简单、故障率低、可靠性高和成本低廉等优点，所以这次设计将单片机的控制应用于DC-DC开关变换器PID控制的系统实现。1.2 电源技术的发展与方向1.2.1 线性电源和开关电源线性稳定电源，其特点是:它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出，稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路、输出连续可调的成品。线性电源的主要问题在于：输出精度低、效率低、散热问题大以及很难在一个通用的输入电压范围内工作，但最主要的缺陷还是在体积和重量上。通过输入调整器可以使输出精度增加，但这更增加功率消耗，并使效率更低。线性电源利用率很难达到50%，这些白白消耗掉的功率还带来散热问题。如果要使线性电源在一个通用输入电压范围(85V2
