基于单片机控制的单相交流可调稳压电源毕业设计.doc

目录第一部分 设计任务与调研3第二部分 设计说明4第三部分 设计成果11第四部分 结束语15第五部分 致谢16第六部分 参考文献17第 1 页 第一部分 设计任务与调研 1.1 稳压电源发展史 60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。 70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。1.2设计流程1.对选题进行初步的了解。通过查阅书籍并及时的上网查询资料，对课题的设计有个大概的想法；2.查阅的资料，对研究的课题进行分析，应用现代电力电子技术和单片机控制技术设计电路的组成；3.把设计出的电路与老师和同学进行讨论，并对电路的设计方案进行修改和完善；4.修改并确定方案之后绘制出完整的电路图，然后对微机控制部分编写控制程序；5.将编写的控制程序载入单片机电路，在计算机界面下进行电路仿真；6.观察仿真得到的波形，分析并检查程序和电路的不足，寻找改进方案，修改控制程序调整电路参数；7.电路设计完毕之后开始撰写设计说明论文。第二部分 设计说明2.1 基于单片机、PPM调制的单相交流变频电源的电路总体框图输出显示微机控制键盘给定A/D转换数字电位器衰减取样三角波民生变换SPPM调制交流BUCK滤波 输出正弦电压 输入正弦交流工作原理： 通过键盘给定到微机一个幅度与频率的给定值，通过微机输入到数控振荡电路中，然后数控电路通过微机的给定值得到一个幅度与频率确定的正弦波。然后通过数字交流调压进行线性调压，把调压后的正弦交流信号与三角波通过PPM调制得到按照正弦规律变化而变化的矩形波，然后通过脉冲驱动电路对该信号进行放大输出，再经交流Buck滤波得到平滑漂亮的正弦交流波。为了避免波形过冲，影响波形质量，也为了加快其响应速度可采用PID算法进行控制。之后对该正弦波进行衰减取样，一部分通过比较器进行过零比较，将得到的脉冲数作为检测值输入给微机，同时另一部分通过简单的电阻分压、整流、采样、电容滤波，然后经模数转换后也作为检测值送给微机。此时微机对得到的两个检测值与键入的给定值进行比较，得到偏差值，通过PID算法对偏差值进行运算，将偏差值转换为驱动量，再分别输入至数控振荡与数控调压处进行频率与幅值的调节，完成频率与幅度双闭环的控制调节。从而实现在单片机的控制下的可调节的变频稳压交流电的输出。在电路的组成部分中，之所以采用数控电路而非变压器的原因：变压器是通过扎数比进行调频调压，它无法进行连续的调频调压；而数控电路则可通过微机的反馈进行连续的调频调压，整个环节简单完整，效率高且易于实现。至于选择PPM调制则是因为电路是低频电路，如果选择LC进行调制，由于频率越低，根据公式，则LC的值越大，对于L、C器件来说，值越大器件越大，因此耗损也越大并且体积大。而用SPM调制则是用简单的比较器，可以不受体积限制，损耗也减少。2.2 交流Buck滤波 交流Buck滤波的电路接线图如图能够清楚的知道交流降压电路的组成。LC滤波电路也被称为无源滤波器，它是历史的谐波抵补设备，此设备不用提供电源，故称之为无源，该装置设备包括滤波电容器、电抗器及其电阻器这几个主要部分，同谐波源并联，不仅起滤波作用，而且还起到无功补偿的作用。为了滤去高次谐波可以采用LC滤波电路，将逆变电路输出的方波电压经过滤波电路后输出成正弦电压信号。电感在通路中最常见的就是和电容一起，形成LC滤波通路。由于电容具有“阻直流，通交流”的特点，且电感具有“通低频，阻高频，通直流，阻交流”的本领，我们可以将带有很多扰乱信号的直流电经过LC滤波通路，其电容能阻止大部分直流扰乱信号，其余的交流信号经过电感和地接通，从而克制干扰信号,在出口端也就可以获得较干净的正弦交流电2.3 PPM控制技术PPM调制的原理是将一段时间分成M等分，每等份称为一个时隙，在一帧的时间内的某个时隙发出一个脉冲。这一帧时间就是一个PPM信号，它包括M个时隙和一个保护时间。设一帧传输时间为T，那么信息传递速率 bit/sPPM调制与解调系统的主要功能如下：对输入的数字信号进行调制得到窄脉冲PPM信号以便在信道上传输；接收端对接收到的PPM信号进行解调还原出数字信号。 PPM调制实际上就是一个计数输出脉冲的过程。时隙分频器的分频比由脉宽控制信号控制，帧分频器对时隙信号计数，当计数值与调制数据相比较，当二者相等时就输出脉冲，当计数值与调制的进制数相等时就输出帧信号。输出的PPM脉冲信号和帧信号经过输出模块输出给解调器。同时时隙信号也输出给解调器。 PPM解调器计数其对时隙信号计数，当出现PPM脉冲时就输出计数值，帧信号的作用是对计数器清零。解调后的数据经过输出模块输出。第 16 页2.4 微机控制通过微机的计数功能得到频率测量值与电压测量值之后，进行PID运算得到修正量，再由微机发出命令至数控振荡电路进行频率的调节，由于频率的变化导致幅度随之而改变，因此同时也需要数控调压系统进行幅度的调节，从而达到频率与幅度的稳定，实现单相交流可调变频电源。2.5 稳压电路 稳压电路原理图 稳压电路原理图在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。2.6 a/d转换 由于A/D转换器工作在直流状态，所以要先对来自于DAC0832的交流信号加直流偏置，因此在经过分压、整流、滤波电路将该电压还原成大幅度的可控正弦波之后，还要加入直流偏置，让电流由交流状态转为直流状态。而加入A/D转换器的目的是因为微机只能进行数字量操作，而不能直接对模拟量进行操作。因此在输入到微机之前，要先将模拟量转换为数字量作为检测的数据，此为电压的测量值，从而进行数据分析。2.7 单相交流稳压电源的基本原理 电频交流电源经过变压器降压、整流、滤波后成为一稳定的直流电。图中其余部分是起电压调节，实现稳压作用的控制部分。电源接上负载后，通过采样电路获得输出电压，将此输出电压和基准电压进行比较。如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到和基准值相等；如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出减小。正弦交流输出BUCK滤波输出正弦交流民生变换PPM占空比调节正弦交流输入 输出幅值检测及A/D变换 键盘给定值 单片机控制 输出电压显示给定值显示第三部分 设计成果 本次设计分别用了二种芯片，分别是：80C51芯片，DAC0832芯片。3.1 80c51芯片80C51芯片是单片机里的一种，单片机又称为单片微型计算机，由储存器，处理器和输入/输出端口组成，它们通过三组总线进行各自的信息传递。通用型单片机按照数据线的位数主要分为8位，16位和32位三种，其中8位的CISC单片机的应用范围最广，使用率最高。而51单片机则是国内最为普及的单片机系列。80c51 ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp3.2 DAC0832芯片 DAC0832芯片 DAC0832芯片主要是由8位转换器，8位锁存器，8位寄存器及转换控制电路构成。其按照输入方式的不同可分为单缓冲、双缓冲和直接输入三种，电流稳定时间约为1us，由+5V+15V的单一电源对其供电。输出形式有单极性输出与双极性输出方式两种，本研究是双极性DA转换。（1）分辨率为8位；（2）电流稳定时间1us；（3）可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；（4）只需在满量程下调整其线性度；（5）单一电源供电（+5V+15V）；（6）低功耗，20mW。（7）D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；（8）ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；（9）CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；（10）数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；（11）XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；（12）WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。（13）IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；（14）Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；（15）Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V； 3.3 程序设计 单片的使用除了硬件，同样也要软件的使用，我们写汇编程序编程CPU可执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，一种是机器汇编。机器汇编通过汇编软件变为机器码，用于MSC-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从使用普通汇编语言到高级语言的不断发展，Keil是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keil c51汇编，PLM语言和C语言的程序设计，界面友好。Keil是美国keil software公司出品的52系列兼容单片机c语言开发系统。用过汇编语言后再使用C语言来开发，体会更加深刻。 Keil C51软件提供丰富的库，与汇编相比，C语言在功能上，结构上，可读性，可维护性上有明显的优势，因而易学易用函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生产的汇编代码，就能体会到KeilC51DE 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势3.4程序编程见附录1第四部分 结束语时间过的真的很快，当我们认真去做一件事的时候，时间总是那么的不够用，在设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，在我们不断调试下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 毕业设计给我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次毕业设计，掌握了可调交流稳压电源构造及原理。 我认为，在这次毕业设计中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 回顾起此毕业设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 第五部分 致谢 大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业设计的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。首先诚挚的感谢我的论文指导老师。他在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的毕业设计。还有教过我的所有老师们你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢三年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过了三年的学习生活。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。这次毕业设计每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 第六部分 参考文献【1】电子技术基础是2009年09月由人民邮电出版社出版，作者是姜桥【2】新概念51单片机C语言教程是2009年7月由电子工业出版社出版 作者是郭天祥【4】单片机100例是2009年6月由电子工业出版社出版 作者是王东峰【5】模拟电子技术是2013年1月由人民邮电出版社出版 作者是陈永强【6】开关电源原理与设计是2013年1月由电子工业出版社出版 作者张占松