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1、.专业整理.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，控制电路主要处理电信号，采用负反馈构成一个自动控制系统。开关电源采用PWM控制方式，通过给定量与反馈量的比较得到偏差，通过调节器控制PWM输出，从而控制开关电源的输出。当键盘输入预置电压后，单片机通过PWM
2、输出一个固定频率的脉冲信号，作用于串联开关电源的二极管和三极管，使三极管以一定的频率导通与断开，然后输出进行AD转化，转化后的结果再给单片机进行输出，进行数码管显示。 系统的基本框图及控制部分如下：控制过程原理分析：单片机所采用的芯片为STC12C5A60S2，该芯片在拥有8051内核的基础上加入了10为AD和PWM发生器。通过程序，即可控制单片机产生一定占空比的PWM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
3、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环的精密输出。由此原理，可以将整个过程分成一下模块：PWM波形输出模块，模拟电路模块，AD转换模块，数码管显示模块，键盘输入模块。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。3、 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,P
4、2.5，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P2.4,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，便可知道P2.4对应的按键已经按下了。键盘输入模块程序如下： void key( ) /键盘扫描函数 if(P2_6= 0) delay(10);/延时去抖动 if(P2_6= 0) while(P2_6= 0) if(a9)a+; else a=0; if(P2_5 = 0) delay(10);/延时去抖动 if(P2_5 = 0) while(P2_5= 0
5、); if(b9) b+; else(b=0); if(P2_4 = 0) delay(10);/延时去抖动 if(P2_4 = 0) while(P2_4= 0); if(c5) c+; else c=0; if(P2_7=0) delay(10); 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。该实验板的8位数码管是共阴极的数码管，使用端口为P0和P2.0-P2.4口，且为动态数码管，因此在同一时间，只有一个数码管是亮着，但由于人眼的视觉残留，使得看上去是全部一起亮着的。8位分别有段
6、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，则必须在位选时该数码管的位选管脚出于低电平，然后再通过段选显示字型。如下图所示的数码管： 数码管显示模块程序为：void display(float x) uint M,N,I; I=100*x/100; N=(100*x-100*I)/10; M=100*x-100*I-10*N; P2_0=0; P0=table0; delay(10); P2_0=1; P2_1=0; P0=gao_tableI; delay(10); P2_1 =1; P2_2=0; P0=t
7、ableN; delay(10); P2_2= 1; P2_3=0; P0=tableM; 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）输出。在该实验中主要用到PWM脉宽调制输出，通过对特殊功能寄存器初始化，就可以在P1.3（选择模式0时） 或P1.4（选择模式1时）端口输出可调占空比的高速脉冲。PWM模块程序如下： void PWM_Drv_Init(void)CCON = 0;/初始化PCA控制寄存器CL = 0;/初始化PCA计数器CH
8、 = 0;CMOD = 0x08; CR = 1; void PWM0_Drv_SetDuty(unsigned char DutyValue)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） STC12C5A60S2系列单片机自带有8路10位高速A/D转换器，在本实验中只用到其中的一路，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/O口使用。AD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
9、果寄存器ADC_RES(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_FLAG,模数转换器（ADC）转换启动控制位ADC_START,模拟输入通道选择CHS1/CHS2/CHS3。由于是2套时钟，在设置ADC_CONTR控制寄存器的语句执行之后，要经过4个CPU时钟的延时，其值才能够保证被这只进ADC_CONTR控制寄存器，所以设置ADC_CONTR控制寄存器后，要加4个空操作延时才能正确读到ADC_CONTR寄存器的值。ADC的结构如下图
10、所示：AD转化模块的程序为：void ADC_Drv_Demo(void)if(ADC_Finish_Flag = TRUE)ADC_Finish_Flag = FALSE;ADC_Drv_StartCh(ADC_channel);m=ADC_ResultADC_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。在该实验中，作为AD采集的端口为P1.7，PWM输出端口为P1.3,在采集
11、完电压数据的时候把数据存放在ADC之中，而从键盘输入数值时，键盘上显示的是一个小数，但在单片机中存在中间变量temp的是一个整数，为小数的1000倍，因此在引用数码管显示的数值时要将temp除以1000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要转换成实际的电压数值，则由下面的算法得出：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VrVs时，则要增大PWM输出脉冲的占空比，由此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：Vs4.02.983.123.193.283.393.483.
12、593.683.793.963.98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0.8v4.0v。误差原因分析：（1）单片机电源不够稳定，在接入电脑后给单片机提供的电压小于5V（2）提供给AD转换的参考电压不够精确，使转化存在误差。4、 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，不能真正掌握单片机的知识，比如用AD采样需要用单片机的哪些管脚，还有数码管需要用哪些管脚控制，并且哪些管脚控
13、制段选，哪些控制位选。这些我都不太清楚，但通过请教才会用程序写出来。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延时来写。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ifelse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。总体来说，我通过这次课程设计不单单学到了很多单片机和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，又可以更多地提高自己的逻辑，思考能力，使思维结构更严谨。希望在以后的学习之中可以更多地接触到这样的实验，那样就可以更好地提高自己的动手能力与对所学
