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1、中文摘要天朝大学毕业设计说明书基于单片机控制的智能电源的设计学 院：电气与电子工程学院专 业：电气工程及其自动化 学生姓名： 你 猜 学 号： 0720121220 指导教师： 很漂亮 2011 年 6月57摘 要本设计给出了数控直流稳压电源的硬件电路和软件系统。整个稳压电源由单片机（数控中心）系统、键盘、显示、A/D和D/A转换、辅助电源、稳压输出电路，备用电源电路等模块组成。实现了电压的可预置、可步进增减调整、输出电压信号可数字显示等功能。此外本系统还附有一组由两节可充电锂离子电池构成的备用电源，使得该智能电源在外部电网电力供应中断的情况仍可向重要负载持续供电一段时间，系统可独立完成对这组
2、备用电源的充放电控制。同时为了避免因使用不当对电池造成的损害，还为锂离子电池组配置了专门的保护电路，使得该组备用电源具有很高的安全性。综上可知本系统具有功能多、显示直观、使用方便等特点，因而具有一定的实用价值。关键词：直流稳压电源,单片机,数控,PID,备用电源英文摘要AbstractThis system includes both hardware and software systems. There are several modules of this whole system,such as single-chip computer(Digital Control Center)
3、system , keyboard, display, D/A and A/D converters, auxiliary power supply, voltage output adjustment,backup power supply ect. These functions are realized that the voltage can be pre-set, step changes in adjustment, figuresm show the output voltage signal ect. This system also includes a backup pow
4、er supply consisted of two rechargable Li-ion batteries ,which could still power some important external load for limited time when the smart power supply has lost itspower,and the backup power supply could be worked safely and independently under the control of the system.In order to keep the Li-io
5、n batteries from exposing in these serious dangers,a special protect device has been installed.The system has the following features , such as multi-functions, intuitived showing , easy using ect. So this design possesses a great number of practical value.Key words： DC regulated power supply, Single
6、-chip computer system, numerical control, PID,Backup Power supply目 录目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 引言11.1 课题研究的背景和意义11.1.1电源技术11.1.2锂离子电池21.2 本课题的研究内容51.3 本文的结构5第二章系统总体设计72.1系统设计任务及要求72.2系统总体方案论证72.2.1可调电压输出电路部分72.2.2备用电源部分82.3系统总体方案8第三章 系统单元电路设计103.1辅助电源电路103.1.1直流稳压电源的基本原理103.1.2本系统辅助电源设计133.2 2-12V可调
7、电压电路153.2.1 单片机系统153.2.2 数模转换电路163.2.3 稳压输出电路173.2.4 模数转换电路193.2.5 4*4行列式键盘213.2.6 显示电路223.3备用电源电路243.3.1 充电电路243.3.2 保护电路28第四章 系统软件设计334.1 PID算法334.1.1 PID算法简介334.1.2 PID控制器的参数整定344.2 系统子程序流程图354.2.1 显示子程序364.2.2 键盘子程序374.2.3 中断服务程序38结 论39参考文献40致谢42附录：43第一章 引言第一章 引言1.1 课题研究的背景和意义1.1.1电源技术电源设备是电子仪器的
8、一个重要组成部分，在科研及实验中都是必不可少的,电源种类繁多，也没有明确的划分标准，习惯上， 按照调整管的工作方式的不同可将直流稳压电源划分为线性直流稳压电源和开关型稳压电源两大类，下面我们将主要讨论线性稳压电源。 在实际的工作环境下，特别是在一些工业场所，各种用电设备纵横交错，电磁环境十分恶劣，设备仪器在使用过程中常常会被暴露在异常状况工作环境之下， 例如过电压、瞬态脉冲冲击波、强电磁辐射等，这些都会影响设备的正常运行，严重时甚至会损坏电源，以至于影响整个系统的工作,这就对电源设备的可靠性提出了严格要求。人们已经研制成了许多模拟电压源，这些电压源各有各的优点，例如成本低、简单、负载可以接地等
9、。在自动控制仪表中，常要求按一定输入值输出相应精度电压，但是一般的电压源往往是固定的一种电压值，或有限的数档电压值，不便于通用。常见的直流稳压电源,大都采用串联反馈式稳压原理,通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压。由于受电位器阻值变化的非线性和调整范围窄所限,普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。在目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。近年来，随着微电子技术的发展，新器件的研制、生产周期日益缩短，电子技术中遇到的许多难题将通过寻求新器件的办法解决。各种各样的D/A转换器已可实用，便可以方便的对电压值进行数字控制，这样就可
10、以比较经济地构建数控直流稳压电源【28】之类的电路。单片机相关的应用技术更是有了迅猛的发展，众多功能各异、结构不同、供应状态不一的单片机可供用户选择，如支持ISP（在线更新程序）功能的89S51系列芯片，低电压、高性能8位CMOS芯片AT89C51，以及具有内部集成D/A、A/D转换器的单片机C8051F02等等。将低价位的单片机引入电源设计中，以单片机作为核心部件，利用键盘产生中断，利用中断服务程序实现各模块的功能成为当前国内外数控电源设计的主流。本课题将单片机数字控制技术有机地融入直流稳压电源的设计中, 设计出一款高性价比的多功能数字化通用智能型直流稳压电源。该电路具有电压调整简便,读数直
11、观,电压输出稳定,便于智能化管理的特点,可以有效地克服传统电源的不足。集成芯片的不断发展，亦大大简化了电源的设计，电源工程师们不用一步一步地去连接复杂的电路，因为各部分的电路都集成在各部分的功能模块中，只需将其封装起来，构成模块整体，这样，电源的设计、制作以及故障维修也相对比较简单了，当需要用到某些功能时，只需要将那些功能模块连接起来组成一个整体电路，再经过调试和测试便可以达到其特定功能，如果整体电路中的某个部分出现了错误，那么可分别对各模块进行检查，维修起来自然比较方便。本设计中的数控电源就是模块设计中的一个比较好的应用。它的主要功能部分都运用了集成芯片，用户不需要知道各芯片的内部电路是怎样
12、连接的，只需要知道各芯片管脚的功能和用法就可以了。数字化智能电源模块【25】是针对传统电源模块的不足提出的，数字化能减少使用过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。电源采用数字控制，具有以下明显优点：1）可以方便地采用先进的控制方法和控制策略，使电源的智能化程度更高，性能更完美。2）在不改动硬件电路的基础上可方便地对系统升级，维护方便。3）系统的可靠性高，易于标准化，可以针对不同的系统（或不同型号的产品），采用统一的控制板，不同的性能要求可通过对控制软件做相应的修改来实现。1.1.2锂离子电池近年来
13、，各种携带式的电子产品成为市场上的热门，如手机、数位相机、个人数字助理（PDA）、笔记型电脑等3C (Computer, Communication,Consumer Electronics)等等产品均朝向无线化、可携带化方向发展，对于产品的各项高性能元件也往轻、薄、短、小的目标迈进，因此对于体积小、重量轻、能量密度高的二次电池需求相当迫切。因此,电池厂商也研发出各种不同用途的电池，来适应电子装备的需求。使电子产品具有携带更方便，使用时间长等特点。小型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池及锂电池，在防止镉污染的环保需求下，镍镉电池慢慢被取代已成趋势。镍氢电池虽无环保问题，但是能量密度低，高温特性差及
14、少许记忆效应等缺点，在3C产品应用上，已经逐渐被锂离子电池所取代。锂离子电池具有工作电压高(3.7V)、能量密度大(150Wh/kg)、重量轻、寿命长及环保性佳等优点，皆以锂离子电池做为其能量来源，因为电子产品的使用量迅速成长，各种可携带式电子产品的研发不得不更轻薄短小以使产品能更具有竞争力，“电池”的角色显得更加重要，其品质的良莠甚至决定了产品的成功与否，特別是可充电二次电池，在市场中成长快速、利润高，目前已成为许多先进国家竞相发展的研究项目，其未来需求及发展前景是相当看好的。总的来说，锂离子电池具有以下优点【13】：（1）能量密度高，其体积能量密度和质量能量密度分别可达360Wh/dm3和
15、150Wh/kg，而且还在不断提高。（2）工作电压高，通常单节锂离子电池的电压为3.7 V，单体电池即可为3 V的逻辑电路供电。对于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需串联电池数也可大大减少。（3）自放电小，每月10%以下，不到镍镉电池的一半。（4）可快速充放电，1次充电时容量可达标称容量的80%以上。锂离子电池负极用特殊的碳电极代替金属锂电极，因此允许快速充电。在特定情况下可在短时间内充足电，而且安全性能大大提高。（5）寿命长，锂离子电池采用碳负极，在充放电过程中，碳负极不会生成金属锂，从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏。目前，锂离子电池的寿命可达1000 次以上，远远高于各类电池。（6）允许温度范围宽，锂离子电池具有优良的高低温放电性能，可在-20+60之间工作。高温放电性能优于其它各类电池。（7）无记忆效应，即是说锂离子电池没必要每次都放完电再充，可以随用随充，大大简化了对充电的要求。此外，锂离子电池还具有体积小、输出功率大、和无环境污染等优点。综合性能
