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1、郑州大学本科毕业论文 本本 科科 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 题目题目 单片机控制的直流斩波器单片机控制的直流斩波器 院院 系系 专业名称专业名称 电子信息工程电子信息工程 年级班级年级班级 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 年年 月月 日日 郑州大学本科毕业论文 - 1 - 摘要摘要 传统开关电源是模数结合的硬件为主的控制方式，其控制精度、响 应速度等都由电路拓扑结构和器件本身的参数决定，很难进一步提升其 性能。随着微处理器处理技术的日趋成熟，开关电源的软硬件结合的控 制技术得到了广泛的关注，它呈现出纯硬件控制方式无法比拟的优点。 本论文以单片机为控制核心对开关电源进行了可编程
2、控制的设计。 首先介绍了开关电源数控技术的研究现状及趋势；对整个系统的硬件电 路进行了各模块的设计及对应器件的选型；在此基础上，对软件部分实 现过程进行了详细阐述。 【关键词】单片机，开关电源 Abstract Conventional switching power supply is combined with hardware- based module control mode, the control accuracy, response speed by the circuit topology and device parameters of the decision itsel
3、f, it is difficult to further improve its performance. With the microprocessor processing technology matures, switching power supply control software and hardware combination technology has been widespread concern, it presents a pure hardware control mode can not match advantage. In this thesis, the
4、 core of the microcontroller for the control of switching power supply for the programmable control of the attempt. First introduced the technique of switching power supply CNC status and trends; on the whole system has briefly introduces the hardware design and partial implementation of the softwar
5、e process described in detail. Key words： microcontroller, switching power supply 郑州大学本科毕业论文 - 3 - 目录 目录 3 第一章 前言 .6 1.选题目的和意义 6 2.国内外综述 6 第二章 系统硬件设计 8 2.1 系统原理 8 2.2 硬件的选取 9 2.3 半桥输出的 PWM 波产生电路 .10 2.4 A/D 采样及调理电路10 2.41 电压采样电路.11 2.42 电流采样调理电路 11 2.5 矩阵键盘电路 .12 2.6 液晶 LCD 显示电路 .14 2.61 液晶 1602 显示器
6、介绍 .14 2.62 本系统中 1602 的应用 .15 第三章 系统软件设计 16 3.1 软件设计总体思路 .17 3.2 系统主程序模块 .17 3.21 始初化模块 18 3.22 PWM 波发生模块.19 3.23 A/D 转换模块.23 3.24 PID 算法处理模块.27 3.25 LCD 液晶显示模块.29 3.26 按键处理模块 29 3.3 中断服务程序模块 .31 3.31 中断程序原理及框图 31 3.32 数字滤波算法 32 第四章 结 论 .34 致 谢 .36 参考文献 .37 附录 .39 目录？ 郑州大学本科毕业论文 - 5 - 前 言 1.选题目的和意义
7、直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压 或可调电压的直流电。也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter） 。 直流斩波电路包括六种基本斩波电路升降压斩波电路应用最为广泛。路 包括六种基本斩波电路升降压斩波电路应用最为广泛。直流斩波器能起 调压的作用,所以可以做开关电源用。 开关电源作为电力电子领域的一个重要分支，随着电力电子技术的 高速发展而被广泛应用于以电子计算机为主的各种终端设备和通信设备 中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。采用传统 控制方式的开关电源，其控制精度、响应速度等都由电路拓扑和器件本 身的参数决定，如果想进一步提
8、高开关电源的性能，就只能选用参数更 优的器件，或者对原有电路进行大范围的改动，这对电源产品的研发、 生产都会带来很多麻烦，也制约了开关电源性能的提升。同时，由于模 拟信号在传递过程中可能会出现信号失真、畸变以及受到外界电磁干扰， 造成开关电源工作状态不稳定。所以，采用传统控制方式的开关电源在 性能上的提升相当有限。 随着数字处理技术的日趋成熟，开关电源的可编程数控技术得到了 快速的发展和广泛的关注。与硬件控制方式相比，数字控制技术具有其 无法比拟的优势。 2. 国内外综述 开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模 块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开
9、 关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二 次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn?Zn)材料上加大科技创新，以 提高在高频率和较大磁通密度（Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型 化也是一项关键技术。SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展， 在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的 高频化就必然对传统的 PWM 开关技术进行创新，实现 ZVS、ZCS 的软开关 技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。 对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结 温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。
10、目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子 计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当 今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的 开关电源中采用双极性晶体管制成的kHz、用制成 的kHz 电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开 关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元 器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中 存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备， 还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电 压浪涌，可采用 R-C 或 L-C 缓冲器，
11、而对由二极管存储电荷所致的电流 浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对 1MHz 以上的高频， 要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样 既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振 式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要 大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小， 可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在 郑州大学本科毕业论文 - 7 - 致力于数兆 Hz 的变换器的实用化研究。 3. 本论文的任务及工作 郑州大学本科毕业论文 - 1 - 第二章 系统硬件设计 本章将对硬件部分
12、的设计进行详细介绍，其中包括以单片机为核心 最小系统的搭建以及外围电路的设计和优化，并对一些在设计中遇到的 问题进行分析和解决。 2.1 系统原理 本次制作的是 36V、3A 的开关电源，要求能够对输出的电压进行恒 定的控制，使整个系统具有很好的稳定性。可以通过键盘的输入值对开 关电源在 20V-36V 的输出控制，而对其进行恒压的控制是根据设置的电 压值与采集到的电压值的偏差进行比较，由单片机来完成 PID 算法处理 得到电压的偏差信号，再根据偏差信号的大小改变单片机 ECCP 模块所产 生两路推挽的 PWM 波的占空比，从而改变半控桥电路中两个 MOS 管通断 时间的大小，从而起到稳压的作
13、用。同时外加 LED 显示模块，对实时的 电压电流起到了检测和显示的作用。系统的硬件框图如图 2-1 所示。 图 2-1 系统硬件框图 实际的硬件系统中，通过抗干扰电路来减少外界干扰如果没有该部 分输入电路就会有干扰对输出有很大的影响，整流滤波电路使输入和输 出的波形更接近理想化，这样可以减少误差。如果没有该部分加大了误 差有可能使结果和理想状态下有很大的出入。 单片机模块输出两路推挽的 PWM 波，通过高速光耦隔离并且进行电 平的转换，再通过以 IR2113 为核心的驱动电路将 PWM 波供给开关电源的 半桥控制的逆变电路。从开关电源输出端电压经分压后采集回单片机模 块进行 A/D 转换，通
14、过 LCD 液晶显示采样回来的电压值。通过软件的控 制使电压稳定在某一值，具体的电压值由按键模块确定。 2.2 硬件的选取 本设计采用的是 Microchip 公司的高性能 8 位单片机PIC18F4520,并 且使用 C 语言进行程序的编写，同时在 MPLAB IDE 集成开发环境中程 序的编译和调试对整个系统进行描述和设计。 本设计所使用的 PIC18F4520 单片机是采用 10 位 A/D 及纳瓦技术的 郑州大学本科毕业论文 - 3 - 40 脚的增强型闪存单片机，如图 2-2 所示。 21-2 PIC18F4520 DPIP 封装的引脚图 此单片机具有高性能的 RISC(Reduce
15、d Instruction Set Computer)结构 CPU,有较宽的工作电压范围：2.0-5.5V,同时驱动能力强，驱动电流高达 25mA,还具有超低的功耗，多级的中断。由单片机来完成 PID 算法处理 得到电压的偏差信号，再根据偏差信号的大小改变单片机 ECCP 模块所产 生两路推挽的 PWM 波的占空比，从而改变半控桥电路中两个 MOS 管通断 时间的大小，从而起到稳压的作用。 在本设计中主要使用的是单片机的 ECCP 模块（增强型捕捉/比较 /PWM 模块） ，10 位输出的 A/D 转换模块，同时加上外围的键盘输入模 块，以及 LCD 显示模块。 2.3 半桥输出的 PWM 波
16、产生电路 由于原先在选择单片机时选择的是 PIC18F4520,其内部本身就具有 ECCP 模块,所以只需要单片机的最小系统就可以实现两路推挽的 PWM 波 的输出，无需外加其他电路。 2.4 A/D 采样及调理电路 本系统主要对输出的电压以及电流进行采样，通过分压或者信号调 理电路进行整形和放大送至 A/D 转换器，由于 PIC 单片机本身就内置有 A/D 转换模块，所以不必外扩展 A/D 转换器，使得整个系统的硬件电路 变得更为简捷。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:1-May-2010 Sheet of File:D:PROGRAM FILESEXAMPLESBACKUP11.DDBDrawn By: RA1/AN1 3 RA2/AN2/Vref- 4 RA3/AN3/Vref+ 5
