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1、 摘 要本设计由STC89S52单片机系统，PWM脉宽调制信号控制芯片TL494，开关电源Buck串联降压电路, A/D模块, D/A模块, 键盘输入和LCD显示输出模块，制作了一个输出电压为5V-15V可调 DC/DC模块构成的供电系统。电源模块由TL494控制Buck电流构成，通过电压反馈控制将输出电压稳压到所需要的电压。STC89C52单片机控制器采样输出电压，通过给电源模块一个调节信号，改变各电源模块的内部输出电压，从而实现输出稳定可调的电压。关键词： STC89C52单片机; TL494; PWM脉宽调制信号; Buck电路AbstractThe design microcontro
2、ller system by STC89S52, PWM pulse width modulation signal control chip TL494 switching power supply Buck series buck circuit modules of the A / D, D / A module, keyboard input and LCD displays the output modules to produce an output voltage of 5V-15V adjustable power supply system of the DC / DC mo
3、dule. The power module is controlled by the TL494 Buck current is constituted by the voltage feedback control of the output voltage regulator to the desired voltage. STC89C52 microcontroller controller the sampling output voltage by a regulating signal to the power supply module, the internal output
4、 voltage of to change each power module, in order to achieve stable output adjustable voltage.Keywords：STC89C52CM; TL494; PWM Any diversion; Buck circuit 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1引言11.2 开关电源简介1第二章 开关电源DC/DC电路设计思路22.1 开关电源的工作原理22.2 开关电源的常见拓扑结构简介32.3 开关电源DC/DC拓扑设计思路42.3.1 DC/DC基本拓扑设计方案42.4 DC/DC电路实
5、现52.4.1 DC/DC回路参数设计72.5 系统供电模块设计82.5.1 整流滤波电路设计82.5.2 工作辅助电源参数设计9第三章 控制系统的设计思路103.2 单片机模块的设计113.2.1 STC89C52性能简介113.2.2 最小系统设计113.3 A/D模块设计123.3.1芯片介绍123.3.2 TLC549工作时序133.3.3 A/D电路设计143.4 D/A模块设计153.4.1 D/A芯片功能介绍153.4.2 D/A芯片I2C总线数据通信基本协议153.5 接口电路的设计173.5.1显示接口电路设计173.5.2 显示接口电路设计17第四章 程序设计194.1 主
6、程序流程图的设计194.2 键盘扫描程序设计204.3 A/D程序设计214.4 D/A程序设计22第五章 系统仿真235.1 仿真仪器235.2 仿真方法235.3 仿真结果与分析23参考文献24附录一：系统整体原理图25 附录二：程序代码26结论与展望.致 谢35第一章 绪 论1.1引言随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关心。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对高精度、高稳定
7、性的开关电源的需求越来越迫切。 众所周知，许多科学实验都离不开电源，并且在这些实验经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，然而目前实验所用的直流电源大多输出精度和稳定性不高；在测量上，传统的电源一般采用指针式或数码管显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值。使用上若压要调整精确的电或者电流输出，须搭配精确的显示仪表测量，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要当心漂移，使用起来非常不方便。因此，开关电源不仅具备良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化，以精确的微机控制取代精确度小的人为操作，在实验开始之前就对一些参数进行预设
8、，这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效。 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的之间比率，维持稳定输出电压的一种电源，具有高效率、体积小的特点。从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。开关电源向着高频化、模块化和智能化方向发展目前，在小功率开关电源的设计中，普遍采用专用集成芯片控制脉宽调制技术。使用专用PWM控制芯片具有电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点。1.2 开关电源简介 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持
9、稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制PWM (Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增加而增长，但两者增长速率各异。线性电源成本在某输出功率点上，反而高于开关电源，这点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。第二章 开关电源DC/DC电路设计思路2.1 开关电源的工作原理 Ui是开关电源的工作电压，即：直流输入电压；K是控制开关，R是负载。当控制开关K接通的时候，开关电源就向
10、负载R输出一个脉冲宽度为Ton，幅度为Ui的脉冲电压U。；当控制开关K关断的时候，又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff，幅度为0的脉冲电压。这样，控制开关K不停地“接通”和“关断”，在负载两端就可以得到一个脉冲调制的输出电压: U。=Ui*Ton/D，其中D=Ton/T，所以可以推导出：U。=Ui*D 。如图2.1.1 开关电源工作原理图。图2.1.1 开关电源工作原理图串联式开关电源输出电压滤波电路大多数开关电源输出都是直流电压，因此，一般开关电源的输出电路都带有整流滤波电路。图2.1.2是带有整流滤波功能的串联式开关电源工作原理图。图2.1.2带有整流滤波功能的串联式开关电源
11、工作原理图图2.1.2中由一个整流二极管和一个LC滤波电路组成。其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关K关断期间Toff把 磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储， 然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制 开关关断期间Toff，给储能滤
12、波电感L释放能量提供电流通路。在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。2.2 开关电源的常见拓扑结构简介DC-DC变换有隔离和非隔离两种。输入输出隔离的方式虽然安全，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，而本题没有要求输入输出隔离，具体有以下几种：拓扑一：降压斩波电路(Buck Chopper)。开关管T1受占空比为D的PWM波的控制，交替导通或截止，再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压U。该电路属于降压型电路，能
13、够达到题目要求的5-15V的输出电压。如图2.2.1所示。图2.2.1降压斩波电路拓扑二：升压斩波电路( Boost Chopper)。并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出。只要电感绕制合理，不能达到题目要求的5-15V，且输出电压U，呈现连续平滑的特性。如图2.2.2所示。图2.2.2升降压电路拓扑三：升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)。实际卜此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压，电路控制复杂。如图2.2.3所示。图2.2.3 升降压电路2.3 开关电源DC/DC拓扑设计思路
14、2.3.1 DC/DC基本拓扑设计方案本系统采用数字信号转模拟信号并同输出采样的反馈信号做加法运算后输入到PWM控制芯片的比较端，然后由芯片自身根据反馈量来自动调节PWM信号的占空比。从而达到所需的稳定电压值的目的。本系统主要由辅助工作电源、电源模块、单片机控制器等几部分组成，硬件系统框图如图2.3.1所示，其中，输出微机可调电源模块拓扑结构为Buck电路。输入滤波DC/DC变换输出滤波电阻控制IC控制脉冲电压反馈二极管微机调节信号给定电压采样24V+-图2.3.1硬件系统框图2.4 DC/DC电路实现本设计采用以TL494芯片为核心的PWM控制器。TL494是一种性能优良的脉宽阔制控制电路，可作为推挽式、全桥式半桥式开关电源控制器，工作额定频率为lOkHz-300kHz，输出电压可达40V。其内旗一个线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过一个外部电阻和一个电容进行调节。工作温度范围：TL494为-40-85。1、2脚和1 5、16脚分别为两个电压比较器输入端，由于本次设计的电源只对一路电压输出，所以只需要一绸比较器，所以把15、16脚分别接V，。，、地进行屏蔽；然后1脚接反馈FB，2脚接标准电压Vrct，通过比较1、2脚的电位，来控制占空比。在本控制器中只剧到了TL494的误差放大器I，战将误著放大器的IN（16脚）接地、IN（1
