科技創(chuàng)新5第042組組長(zhǎng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、上海交通大學(xué) 電子信息與電氣址：東川路 800 號(hào)編：200240地郵班級(jí)學(xué)號(hào)具體負(fù)責(zé)的工作方式王浩F08030255080309795電路焊接、調(diào)試 leon 徐璞F08030255080309778電路焊接、調(diào)試F08030255080309779電路調(diào)試、報(bào)告撰寫摘 要：這篇報(bào)告主要是關(guān)于單片機(jī)、采樣的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)，單片機(jī)子系統(tǒng)，電壓子系統(tǒng)，電壓測(cè)量子系統(tǒng)等模塊組成。報(bào)告說(shuō)明了各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法以及電路參數(shù)的選取，硬件的工作原理和軟件的編程思想，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果，使用說(shuō)明，實(shí)驗(yàn)心得，以及對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的詳細(xì)討論。：DC-DC，開(kāi)關(guān)電源，單片機(jī)ABSTR

2、ACT，模數(shù)轉(zhuǎn)換，開(kāi)環(huán)，閉環(huán)，雙電源This report mainly deals with power supply system with singlechip microsystem controlled and sampled. The whole system consists of DC-DC switch power supply microsystem, singlechip microsystem, , voltage-controlled microsystem, voltage measure microsystem and so on. This report det

3、ails in the design method of every subsystem, hardware principles and software algorithm, along with the result of the test of the system, users instructions, difficulties during the experiment, etc.KEYWORDSDC-DC, Switch Power Supply, Singlechip control, A/D convertor, Open-loop Control, Close-loop

4、Control、double power source block上海交通大學(xué) 電子信息與電氣址：東川路 800 號(hào)編：200240地郵目錄1. 概述11.1 編寫說(shuō)明11.2 名詞定義11.3 硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境11.4 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境21.5 縮略語(yǔ)22. 系統(tǒng)總述32.1 系統(tǒng)組成32.1.1 DC-DC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)32.1.2 單片機(jī)子系統(tǒng)42.1.3 電壓子系統(tǒng)42.1.4 電壓檢測(cè)子系統(tǒng)52.1.5 子系統(tǒng)間的耦合方式52.2 系統(tǒng)的主要功能52.2.1 DC-DC模塊52.2.2 開(kāi)環(huán)2.2.3 閉環(huán)2.3 單片機(jī)系統(tǒng)部分5部分5部分53. DC-DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源模塊的設(shè)計(jì)63.1 主

5、要功能和技術(shù)指標(biāo)63.2 設(shè)計(jì)原理63.2.1 線性電源63.2.2 開(kāi)關(guān)電源63.2.3 本次采用方案73.3 設(shè)計(jì)電路圖73.3.1TL494簡(jiǎn)介83.3.2 參數(shù)選擇9第1頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣3.4 紋波,效率與磁飽和問(wèn)題103.4.1 開(kāi)關(guān)頻率和紋波大小103.4.2 開(kāi)關(guān)頻率與效率103.4.3 磁飽和問(wèn)題113.4.4 提高紋波的性能有幾種可能措施：114. 電壓模塊的硬件設(shè)計(jì)（開(kāi)環(huán)）124.1 主要功能和系統(tǒng)指標(biāo)124.2 設(shè)計(jì)方案124.3 具體模塊分析144.3.1 基準(zhǔn)電源模塊（4.3.2 整形模塊（4.3.3 低通濾波模塊（：TL431）14：CD4011）14

6、器件：LM741）154.3.4 光電耦合模塊154.4 輸出電壓與占空比174.5 問(wèn)題討論174.5.1 Rctl的選擇174.5.2 溫飄問(wèn)題175. 電壓測(cè)量子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)195.1 主要功能195.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)195.3 設(shè)計(jì)原理195.4 模塊設(shè)計(jì)195.4.1 電壓轉(zhuǎn)換模塊195.4.2 基準(zhǔn)電壓模塊206. 高級(jí)拓展-雙電源并聯(lián)輸出模塊216.1 主要功能216.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)1216.3 設(shè)計(jì)原理與方案216.3.1 設(shè)計(jì)思路21第2頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣6.3.2 子系統(tǒng)模塊226.3.3 電壓模塊226.3.4 電壓檢測(cè)模塊227. 單片機(jī)子系統(tǒng)及軟件部分設(shè)計(jì)24

7、8. 致謝329. 參考文獻(xiàn)3310. 附錄A系統(tǒng)操作說(shuō)明書3311. 附錄B測(cè)試和分析34a) 測(cè)試項(xiàng)目和方法1035i.ii. iii.DC-DC降壓型開(kāi)關(guān)電源部分35部分35部分35.36開(kāi)環(huán)閉環(huán)b)測(cè)試的i.ii.測(cè)試設(shè)備與儀表36測(cè)試環(huán)境36c)測(cè)試結(jié)果及分析36DC-DC部分的測(cè)試結(jié)果36i.ii. iii. iv.12. 附錄C13. 附錄D功能測(cè)試結(jié)果36功能測(cè)試結(jié)果37開(kāi)環(huán)閉環(huán)升壓型DC-DC部分的測(cè)試結(jié)果37實(shí)驗(yàn)心得38軟件程序.40第3頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣1. 概述1.1 編寫說(shuō)明本文旨在介紹、說(shuō)明本次 “科技創(chuàng)新5 電子系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐” 課程中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)

8、的帶有單片機(jī)電路的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。報(bào)告中詳細(xì)闡述了整個(gè)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)的單片機(jī)子系統(tǒng)，DC-DC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)，電壓子系統(tǒng)，電壓測(cè)子系統(tǒng)四個(gè)模塊的原理、主要功能、設(shè)計(jì)思路、電路圖等，以及軟件的結(jié)構(gòu)框圖等并詳細(xì)描述了每個(gè)模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。本文適合具有一定電子技術(shù)及單片機(jī)知識(shí)基礎(chǔ)的或者參與“科技創(chuàng)新5”課程的設(shè)計(jì)人員閱讀。希望本份報(bào)告能對(duì)讀者有所幫助。1.2 名詞定義單片機(jī)：包括 CPU（進(jìn)行運(yùn)算、）、RAM（數(shù)據(jù)）、ROM（程序）、輸入/輸出設(shè)備（串行口、并行輸出口等）的一塊集成電路。單片機(jī)小系統(tǒng)：以單片機(jī)位，通過(guò)晶振、輸入輸出擴(kuò)展等使之能夠完成邏輯功能的一塊電路板系統(tǒng)

9、。七段顯示數(shù)碼管: 用七段 LED 的排列組合顯示數(shù)字，有共陽(yáng)極和共陰極兩種方式。低通濾波器：濾波器是指在指定頻帶內(nèi)，使有效信號(hào)通過(guò)，同時(shí)抑制無(wú)用成分的電路。低通濾波器是濾除指定頻率以上的頻率成分，保留頻率在指定頻率之下的波形輸出的濾波器。PWM 信號(hào)：脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。脈沖信號(hào)的占空比受到調(diào)制的一種信號(hào)。占空比:周期信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi),高電平信號(hào)所占的時(shí)間比例。D/A 轉(zhuǎn)換：數(shù)模轉(zhuǎn)換，即將一個(gè)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬信號(hào)。A/D 轉(zhuǎn)換：模數(shù)轉(zhuǎn)換，既將一個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字信號(hào)。開(kāi)環(huán)：輸出對(duì)輸入不產(chǎn)生反饋?zhàn)饔玫墓ぷ鞣绞?。閉環(huán)：輸出對(duì)輸入施加反饋?zhàn)饔玫墓ぷ鞣绞?，在此方式下，可以使系統(tǒng)輸出更穩(wěn)定。

10、紋波：輸出端呈現(xiàn)的與輸入頻率及開(kāi)關(guān)變換頻率同步的分量，用峰峰值Vp-p表示。雙電源：兩個(gè)DC-DC電源并聯(lián)輸出，為同一負(fù)載供電，提高功率輸出。1.3 硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境穩(wěn)壓電源，信號(hào)發(fā)生器，Q表電烙鐵，吸焊器，鑷子，焊錫等焊接工具。示波器，萬(wàn)用表等測(cè)試設(shè)備第1頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣1.4 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境MultisimAVR Studio 4 Protel99se1.5 縮略語(yǔ)DC (direct current) 直流PWM（pulse width modulation）脈沖寬度調(diào)制，指一定頻率的占空比可變方波信號(hào)LPF(low pass filter)低通濾波器A(analog)模擬的D(

11、digital)數(shù)字的第2頁(yè)上海交通大學(xué)電子信息與電氣2. 系統(tǒng)總述2.1 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，目標(biāo)是用按鍵的方式輸出端的電壓，使之能在5V-10V 區(qū)間的每 0.1V 輸出，并且誤差要求在±0.05V 以內(nèi)，能有一定的穩(wěn)定度。20-30VDC 輸入5-10V 可調(diào)/ 1ADC 輸出A-D變換 耦合DC-DC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)電壓檢測(cè)子系統(tǒng)單片機(jī)子系統(tǒng)變換 耦合LPF電系統(tǒng)圖 2.1 系統(tǒng)組成示意圖1從圖 2.1 中可以看出，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括降壓型與升壓型 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源兩部分，他們分別由開(kāi)關(guān)電源模塊、電壓（D /A 轉(zhuǎn)換模塊）、電壓反饋（A/D 轉(zhuǎn)換模塊）與單片機(jī)小系統(tǒng)

12、四個(gè)子系統(tǒng)模塊組成，其中電壓、電壓測(cè)量與單片機(jī)子系統(tǒng)根據(jù)相同的原理。四個(gè)子系統(tǒng)模塊關(guān)系如圖 2.1 所示，單片機(jī)通過(guò)（扁平電纜輸出 PWM 波，經(jīng)電壓子系統(tǒng)處理，通過(guò)光電耦合器件4n25開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓）；電壓測(cè)量子系統(tǒng)同樣通過(guò)（4n25 與開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)連接，它對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣并處理后經(jīng)扁平電纜反饋給單片機(jī)）。2.1.1 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)第3頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣整形20 30 V DC5 10 V DC儲(chǔ)能電感開(kāi)關(guān)三極管VrefRLPWMTL494電位器DC DC 開(kāi)關(guān)電源部分圖 2.2 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源部分結(jié)構(gòu)圖（1）本系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的基本系統(tǒng)。從圖 2.2

13、 可以知道整個(gè)系統(tǒng)輸入不穩(wěn)定的 20V-30V 的直流電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器輸出穩(wěn)定的 5V-10V 電壓。其大致原理是，系統(tǒng)通過(guò)接收電壓子系統(tǒng)的不同占空比的 PWM 波形，開(kāi)關(guān)三極管在一個(gè)周期中的通斷時(shí)間，從而給后面連接的電容的充電時(shí)間，電容兩端電壓，把不穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換為可控的穩(wěn)定電壓。2.1.2 單片機(jī)子系統(tǒng)本系統(tǒng)是開(kāi)關(guān)電源的指揮中心。它可以通過(guò)編程發(fā)出任意占空比的 PWM 波。它把電壓檢測(cè)子系統(tǒng)送過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理獲知當(dāng)前的輸出電壓，并與用戶的設(shè)置值相比較，如果有誤差，就通過(guò)修改發(fā)出的 PWM 波的占空比將誤差消除。單片機(jī)小系統(tǒng)還提供了用戶交互界面。用四個(gè)按鍵作為用戶輸入，用四個(gè)

14、 LED 燈和四個(gè)七段數(shù)碼管共同顯示狀態(tài)。2.1.3 電壓子系統(tǒng)單片機(jī)小系統(tǒng)信號(hào)變換和有源LPF整形PWM電壓部分圖 2.3 電壓系統(tǒng)模型(1)的橋梁。對(duì)于單片機(jī)提供的一定占空比但幅度相對(duì)不穩(wěn)的 PWM 波，他先本系統(tǒng)是單片機(jī)進(jìn)行整形穩(wěn)定幅度，然后通過(guò) LPF 轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，信號(hào)的強(qiáng)度與占空比成正比，再把這個(gè)信號(hào)接入 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源模塊，完成對(duì)輸出電壓的。該子系統(tǒng)由整形、有源低通濾波、信號(hào)換與基準(zhǔn)電源 4 個(gè)電路模塊組成。變第4頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣2.1.4 電壓檢測(cè)子系統(tǒng)單片機(jī)小系統(tǒng)C = g(Vo)8位編碼CAD關(guān)鍵器件：ADC0804信號(hào)變換和VO關(guān)鍵器件：4N25圖

15、2.4電壓檢測(cè)部分結(jié)構(gòu)圖(1)本系統(tǒng)是單片機(jī)的信使。它將輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將它傳給單片機(jī)作分析。首先對(duì)負(fù)載電阻 RL 上電阻采樣,然后光耦到 A/D 對(duì)采樣電壓進(jìn)行編碼,最后讀到單片機(jī)中。事實(shí)上，它就是一個(gè)簡(jiǎn)單的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊。2.1.5 子系統(tǒng)間的耦合方式由圖 2.1 注意到，DC-DC 開(kāi)關(guān)電源與電壓、電壓檢測(cè)模塊之間是使用光耦耦合的，這是一個(gè)用電流電流的元件，實(shí)現(xiàn)了電氣，降低了個(gè)系統(tǒng)之間的相互影響。2.2 系統(tǒng)的主要功能2.2.1 DC-DC 模塊輸入為 20V-30V 的直流電壓，可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn) 5V-10V 可調(diào)穩(wěn)定電壓輸出，要求輸出紋波在 0.1V 以內(nèi)，效

16、率在 65%以上。本系統(tǒng)是通過(guò)檢查負(fù)載 RL 上的電壓來(lái)檢查各項(xiàng)性能指標(biāo)。2.2.2 開(kāi)環(huán)部分可以將單片機(jī)輸出的PWM波轉(zhuǎn)換成直流電壓、因此系統(tǒng)必須為線性時(shí)不變系統(tǒng)，所以我們必須提供良好的穩(wěn)壓源。而穩(wěn)壓源的特性也直接決定了系統(tǒng)性能指標(biāo)2.2.3 閉環(huán)部分可將5V-10V負(fù)載電阻電壓轉(zhuǎn)換成0-255的AD值，并且能夠?qū)?shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線輸入到單片機(jī)中。系統(tǒng)性能主要由ADC0804的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速率決定。2.3 單片機(jī)系統(tǒng)部分能夠輸出 PWM 占空比可調(diào)脈沖實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)，并且也可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)提高精度和對(duì)環(huán)境改變的適應(yīng)程度。并且可以用液晶數(shù)碼管顯示目前的狀態(tài)。第5頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣3. DC-D

17、C 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源模塊的設(shè)計(jì)3.1 主要功能和技術(shù)指標(biāo)主要功能：DCDC 降壓型開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)是整個(gè)電路的部分之一，其主要功能是將不穩(wěn)定的 20V30V 輸入電壓轉(zhuǎn)換為 5V10V 穩(wěn)定的可調(diào)輸出電壓。技術(shù)指標(biāo)（2）：表 3-1 降壓型 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)（2）3.2 設(shè)計(jì)原理目前市場(chǎng)上主流電源為開(kāi)關(guān)電源和線性電源，首先介紹一下兩種電源模式。3.2.1 線性電源線性電源實(shí)際上是在可控硅電源的輸出端再串一只大功率三極管（實(shí)際是多只并聯(lián)），電路只要輸出一個(gè)小電流到三極管的基極就能三極管的輸出大電流，使得電源系統(tǒng)在可控硅電源的基礎(chǔ)上又穩(wěn)壓一次，因而這種線性穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓性能要優(yōu)于開(kāi)關(guān)電

18、源1-3個(gè)數(shù)量級(jí)。但功率三極管（亦稱調(diào)整管）上一般要占用10伏電壓，每輸出1安培電流就要在電源內(nèi)部多消耗10瓦功率， 例如500V 5A電源在功率管上的損耗為50瓦，占輸出總功率的2%，因而線性電源的效率要比可開(kāi)關(guān)電源稍低。3.2.2 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截至狀態(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高（75以上）而且省掉了大體積的變壓器。但開(kāi)關(guān)電源輸出的直流上面會(huì)疊加較大的紋波（50mV at 5V output typical），在輸出端并接穩(wěn)壓二極管可以，另外由于開(kāi)關(guān)管工作是會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在第6頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣項(xiàng)目指標(biāo)輸入直流電壓20V30V輸出直流電壓5V

19、10V額定輸出電流1A限流值1.1A電壓調(diào)整率<0.5 %電流調(diào)整率1%輸出電壓紋波100mVp-p效率65%截止電流值1.2A電路中串連磁珠加以。開(kāi)關(guān)電源有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）功耗?。?）穩(wěn)壓范圍寬（3）體積小，重量輕（4）安全可靠3.2.3 本次采用方案本次實(shí)驗(yàn)我們采用的是開(kāi)關(guān)電源因?yàn)橥€性DC-DC 變換器比較，開(kāi)關(guān)型的穩(wěn)壓器有著更高的效率。由于工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)電路處于開(kāi)狀態(tài)時(shí)，有電流流過(guò)，但是電壓較低；當(dāng)處于關(guān)狀態(tài)時(shí)，電壓較高但是電流很小，通過(guò)電感的續(xù)流作用達(dá)到輸出直流電壓的目的。由此可知，通過(guò)開(kāi)關(guān)，電路的消耗功率會(huì)減小，也就同時(shí)提高了電源的效率。由于開(kāi)關(guān)的時(shí)間可以較方便的調(diào)節(jié)，開(kāi)

20、關(guān)型DC-DC 變換器在要求一定輸出電壓和功率的時(shí)候，輸入電壓范圍可以有較大的浮動(dòng)，而造成效率的大幅度下降，這是線性電源所做不到的。開(kāi)關(guān)電源的原理如圖2-3所示，TL494產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)（PWM），加在開(kāi)關(guān)三極管基極上，開(kāi)關(guān)三極管的導(dǎo)通與否。PWM信號(hào)的占空比和頻率由TL494及其電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)三極管導(dǎo)通時(shí)，加在負(fù)載上的電壓逐漸增大；當(dāng)開(kāi)關(guān)三極管截止時(shí)，L開(kāi)始放電，使負(fù)載上的電壓逐漸地減小。要想使得負(fù)載上的電壓基本保持不變，只需使得以上過(guò)程的頻率非常高，使得負(fù)載上的電壓增大和減小都在較小的范圍內(nèi)，產(chǎn)生很小的紋波。3.3 設(shè)計(jì)電路圖DC-DC 部分的電路圖見(jiàn)圖 3.1圖 3.1DC-DC 的

21、開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)原理圖1其中設(shè)計(jì)參數(shù)如表3-2所示：第7頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣表3-2降壓型開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)元件參數(shù)表元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)C1 C2 C3C4C5100F0.1F1000pF470F100FR1 R2 R3R4R51505147k1M6.8kR6 R7 R8R9R105.1k6.8k5.1k1200.1R11 R12 R13R14RL5.1k022k5.1k01k103.3.1TL494 簡(jiǎn)介TL494是脈沖寬度調(diào)制波的電路。對(duì)輸出脈沖的調(diào)制由信號(hào)與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波的比較來(lái)完成。當(dāng)鋸齒波的電壓比電壓信號(hào)的電壓高時(shí)，能夠正常輸出。信號(hào)由主要由誤差放大

22、器產(chǎn)生。圖3.2TL494的管腳圖TL494的管腳圖見(jiàn)圖3.2。各管腳定義見(jiàn)表3-3：表3-3TL494管腳定義第8頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣管腳功能1、2 腳誤差放大器 I 的同相和反相輸入端3 腳相位校正和增益4 腳死區(qū)時(shí)間端，當(dāng) 4 腳對(duì)地電位為零時(shí)，輸出脈沖的死區(qū)時(shí)間的占空比固定為 3%5、6 腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容，可產(chǎn)生鋸齒波自激振蕩7 腳接地端8、9 腳和 11、10 腳分別為 TL494 內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極12 腳電源供電端13 腳輸出端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，輸出晶體管同時(shí)導(dǎo)通或截止，接14 腳時(shí)為推挽輸出方式，輸出晶體管交替導(dǎo)通14

23、腳5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流 10mA，除誤差放大器外所有片內(nèi)電路均由它供電；15、1 腳誤差放大器 II 的反相和同相輸入端圖 3.3 TL494 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3說(shuō)明了本實(shí)驗(yàn)TL494的工作原理。對(duì)誤差放大器I的利用是關(guān)鍵。此放大器的作用是將從Vout分壓得到的電壓與參考2.5V電壓作比較，把比較的結(jié)果送入PWM比較器作脈寬調(diào)制。比較的結(jié)果誤差放大器I的輸出端產(chǎn)生了類似PWM的信號(hào)，如圖3-3，此信號(hào)經(jīng)過(guò)后級(jí)電容的作用變?yōu)榱祟愃迫遣ǖ男盘?hào)，將它與RT與CT諧振產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)三角波比較，形成了一定占空比的PWM型號(hào)，從11腳輸出作為TIP42的基極信號(hào)，達(dá)到打開(kāi)時(shí)間的作用。放大器的同

24、相端的輸入電壓來(lái)自于對(duì)Vout的分壓，分壓電阻采用變阻器串聯(lián)固定電阻的形式。電阻R4引入負(fù)反饋，為使放大器能穩(wěn)定工作，在R4兩端并接RC網(wǎng)絡(luò)，以補(bǔ)償系統(tǒng)的相移和頻響特性。3.3.2 參數(shù)選擇通過(guò)以上的介紹，我們對(duì)已經(jīng)有了了解，下面說(shuō)明一下主要的電路參數(shù)設(shè)計(jì)。3.3.2.1C3 和 R7 的選擇C3、R7 用于用于確定 TL494 內(nèi)部振蕩器的頻率。將振蕩頻率 fosc 設(shè)定在 100200KHz。當(dāng) R7=6.8K,C7=1000pF 時(shí)f osc = 1.1/(C3 g R7) =162KHz3.3.2.2R4,R5 的選擇如圖3-1所示，R4是TL494 2、3端接的反饋電阻，與R5一起確

25、定誤差放大器的增益。取R4=1M, R5=6.8K,這時(shí)反饋增益為： 增益=R4/R5=1M/6.8K=1473.3.2.3R6,R9,R15 的選擇第9頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣這三個(gè)電阻主要用于限流保護(hù),其具體的取值可參見(jiàn) TL494 datasheet（4）3.3.2.4R1,R2 的選擇這兩個(gè)電阻主要決定開(kāi)關(guān)三極管 TIP42 的導(dǎo)通,由TIP42 datasheet（10）可以算出 R1，R2 值,具體算法在此不詳細(xì)給出。3.4 紋波,效率與磁飽和問(wèn)題本節(jié)詳細(xì)講述開(kāi)關(guān)頻率、紋波、效率相關(guān)問(wèn)題的討論。3.4.1 開(kāi)關(guān)頻率和紋波大小圖 3.4 開(kāi)關(guān)頻率與紋波關(guān)系從中可以看出開(kāi)關(guān)頻率越

26、高，紋波越小。3.4.2 開(kāi)關(guān)頻率與效率圖 3.5 開(kāi)關(guān)頻率與效率關(guān)系第10頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣從中可以看出頻率越高，效率越低。3.4.3 磁飽和問(wèn)題圖 3-6 紋波的噪聲和磁飽和問(wèn)題圖示1由于儲(chǔ)能電感有漏感，在三極管開(kāi)關(guān)切換瞬間產(chǎn)生渦流，所以產(chǎn)生了噪聲現(xiàn)象，其波形如圖 3- 6 左圖所示；在電感匝數(shù) N 很大時(shí)，由于磁場(chǎng)強(qiáng)度 B 達(dá)到磁滯回線的極限，導(dǎo)致了磁飽和現(xiàn)象，其波形如尖帽狀，如圖 3-6 右圖所示。減小磁飽和的方法：1. 可適當(dāng)減小N2. E型/I型磁芯間加氣隙（墊紙片）3.4.4 提高紋波的性能有幾種可能措施：1234增大儲(chǔ)能電感值：受工藝條件限制增大開(kāi)關(guān)頻率：受TL49

27、4性能限制；會(huì)降低效率減小開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通深度：會(huì)較明顯降低效率增大濾波電容C5值第11頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣4. 電壓模塊的硬件設(shè)計(jì)（開(kāi)環(huán)）4.1 主要功能和系統(tǒng)指標(biāo)本子系統(tǒng)讀入單片機(jī)子系統(tǒng)產(chǎn)生的PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)變換耦合至DCDC降壓型開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)和DCDC升壓型開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)開(kāi)環(huán)開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)輸出電壓的功能。系統(tǒng)指標(biāo)：輸入PWM信號(hào)：TTL信號(hào)，占空比為0100輸出耦合信號(hào)：要求使工作點(diǎn)大部分在非線性光耦的正常工作區(qū)，而非截止區(qū)或飽和區(qū)。在輸入為30.0V±0.1V 時(shí)，輸出電壓精度±0.05V。4.2 設(shè)計(jì)方案子系統(tǒng)包含四個(gè)模塊：基準(zhǔn)電源模塊，

28、PWM整形模塊，有源低通濾波模塊，光耦模塊。框圖如圖4-1所示。圖4.1 電壓子系統(tǒng)系統(tǒng)框圖1圖4.2 電壓子系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)框圖1第12頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣電路圖1圖 4-3 開(kāi)環(huán)元件參數(shù)如表 4-1 所示:表 4-1 電壓子系統(tǒng)元件參數(shù)列表元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)R1 R2 R3R410 k20 k51 10 kR5 R6 R7R815 k30 k30 k100 kR9R10100 k1.8 kC1 C2C31F 1F30 pF第13頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣4.3 具體模塊分析4.3.1 基準(zhǔn)電源模塊（：TL431）6圖 4.4 TL431 典型應(yīng)用電

29、路R1=10k R2=15k實(shí)際電路參數(shù)：R=514.3.2 整形模塊（：CD4011）基準(zhǔn)電源電路產(chǎn)生穩(wěn)定的4V電壓，供給4011與非門；由單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)4011后，信號(hào)反向，高電平為穩(wěn)定的4V。6圖4.5 整形模塊設(shè)計(jì)框圖7圖4.6 CD4011內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及管腳定義第14頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣4.3.3 低通濾波模塊（器件：LM741）4.3.3.1 有源低通濾波器如圖 4.7 所示。適當(dāng)選取電容和電阻值，可將除直流外的大部分信號(hào)濾去。6圖4.7 有源低通濾波器電路圖取C1C20.1F R1R2100K則截止頻率為 f 15Hz ，可以濾去除直流外的大部分信號(hào)c4 3

30、3 28LM741 管腳定義8圖4.8LM741內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳定義圖LM741集成運(yùn)算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳定義如圖4.8所示。在本模塊中，工作在雙電源模式。V 為正電源，接5V。CCV 為負(fù)電源，接5V。EE4.3.4 光電耦合模塊4.3.4.1 設(shè)計(jì)方案第15頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣圖4.9耦合模塊電路圖經(jīng)調(diào)試，實(shí)際電路中取Rctl1.8K。4.3.4.2非線性光耦 4N25 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳定義4N25的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.8所示。9圖4.104N25內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖管腳定義為：123456ANODE： 陽(yáng)極CATHNODE：陰極NC：無(wú)連接EMITTER：發(fā)射級(jí)COLLECTOR：集電級(jí)BAS

31、E：基極第16頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣4.4 輸出電壓與占空比表 4-2 電壓模塊輸出電壓與占空比關(guān)系4.5 問(wèn)題討論4.5.1 Rctl 的選擇系統(tǒng)給的理論值原本是Rctl=3.9K，但實(shí)際取這個(gè)值的時(shí)候，我們粗略估計(jì)流過(guò)二極管的電流為（實(shí)測(cè)運(yùn)放輸出電壓大概為3V左右，二極管導(dǎo)通電壓為1V）：I=（3-1）/3.9K < 1m A無(wú)法驅(qū)動(dòng)光耦.所以我們把Rctl=1.8K.這時(shí)正好光耦可以工作.實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)光耦最開(kāi)始不工作,無(wú)論占空比怎么變化DC-DC板上的電壓都變,而這時(shí)我們想到了測(cè)量光耦輸出級(jí)上三極管的電壓.發(fā)現(xiàn)VB>VC，VB=VE+0.7。這時(shí)我們知道三極管一直在飽和

32、區(qū),沒(méi)工作在放大區(qū).而調(diào)整Rctl后,我們使三極管工作在放大區(qū),效果良好,可調(diào)范圍在4.2V-11.4V。4.5.2 溫飄問(wèn)題由于光耦是非線性元件并且和溫度相干性很大,所以我們第一次做好開(kāi)環(huán)之后以為以后就都精準(zhǔn)了,但是第二次去時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量值變化了大概能有-0.2V+0.2V,一下是我們總結(jié)的一些可以在實(shí)驗(yàn)第17頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣輸出電壓/V占空比/%輸出電壓/V占空比/%輸出電壓/V占空比/%523.959726.734.163428.445.273525.124.57166.834.79828.545.980015.225.148396.935.417728.646.709395.

33、325.77707736.044868.747.394525.426.35087.136.673538.848.157475.526.950487.237.282378.948.891435.627.542537.337.92782949.668125.728.128487.438.559559.150.463115.828.75417.539.211119.251.279475.929.338527.639.845889.352.07446629.922947.740.483719.452.927446.130.508897.841.164269.553.73776.231.11627.94

34、1.857029.654.62736.331.69757842.543689.755.519956.432.314038.143.157099.856.435496.532.898458.243.857489.957.387666.633.505768.344.545661058.31693中用到的經(jīng)驗(yàn)(a) 將DC-DC上R12和R14那兩個(gè)滑動(dòng)變阻器固定好,我們組采用的是用過(guò)程中晃動(dòng)使R12和R14變化.膠纏住,防止由于搬運(yùn)(b) 每次測(cè)量值前讓其預(yù)熱10分鐘左右,這時(shí)光耦穩(wěn)定在其工作溫度,這時(shí)溫度系數(shù)的影響就太大.第18頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣5. 電壓測(cè)量子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5.1

35、主要功能對(duì) DC-DC 的輸出電壓進(jìn)行采樣，采樣得到的電壓進(jìn)行處理后再通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換就能得到二進(jìn)制代碼，單片機(jī)則根據(jù)到的數(shù)據(jù)與預(yù)制值比較進(jìn)行相應(yīng)的操作。5.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)在輸入為30.0V±0.1V 時(shí)，輸出電壓精度0.05V調(diào)偏R14，輸出電壓仍可回到原值。（精度0.05V）5.3 設(shè)計(jì)原理子模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖 5.1 所示，通過(guò)電壓值轉(zhuǎn)化為-2.5-+2.5V 之間的電壓。轉(zhuǎn)換模塊與基準(zhǔn)電壓模塊將 DC-DC 模塊輸出電壓ATmega16+A/D 轉(zhuǎn)換差分通道輸入出電壓05V電壓轉(zhuǎn)換模塊510V2.5V基準(zhǔn)電壓模塊-圖 5.1 電壓測(cè)量子系統(tǒng)功能框圖圖25.4 模塊設(shè)計(jì)5.4.1

36、 電壓轉(zhuǎn)換模塊以 LM741 為5.2。搭建減法器電路，將輸入電壓減去 5V 變成 0-5V 之間。電路圖以及參數(shù)見(jiàn)圖第19頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣圖 5.2 電壓轉(zhuǎn)換模塊電路圖5.4.2 基準(zhǔn)電壓模塊仍以 TL431 為搭建，首先生成 4V 的穩(wěn)定電壓，再通過(guò)電阻分出 2.5V 的電壓作為差分輸入的參考電壓輸入單片機(jī)，這樣就將DC-DC 模塊輸出510V 的電壓轉(zhuǎn)換成了-2.5+2.5V 的電壓信號(hào)。第20頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣6. 高級(jí)拓展-雙電源并聯(lián)輸出模塊6.1 主要功能本系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)兩個(gè)DC-DC電源模塊的并聯(lián)、均流輸出。6.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)1輸入直流電壓：20V30V輸出直

37、流電壓：5V10V單模塊額定輸出電流：1A單模塊限流值：1.1A偏差：±0.5V并聯(lián)輸出電壓（ | 最大 最小 |模塊間輸出電流偏差：<20%/ 平均）6.3 設(shè)計(jì)原理與方案圖6.1 雙電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1子系統(tǒng)比以前多了3個(gè)模塊,ADC0809檢測(cè)模塊、電壓為了設(shè)計(jì)方便，整個(gè)系統(tǒng)全部共地。新系統(tǒng)如圖6.1所示。模塊(和以前一樣)、DC-DC轉(zhuǎn)換模塊.6.3.1 設(shè)計(jì)思路當(dāng)兩個(gè)電源模塊進(jìn)行并聯(lián)輸出時(shí)，最重要的問(wèn)題就是防止其中一個(gè)電源對(duì)另外一個(gè)電源進(jìn)行“倒灌”。為此需要用單片機(jī)時(shí)刻監(jiān)視本電源的情況，并對(duì)PWM信號(hào)的占空比進(jìn)行不斷微調(diào)，以使兩個(gè)電源模塊的輸出電流幾近相等。第21頁(yè)上海交

38、通大學(xué) 電子信息與電氣6.3.2 子系統(tǒng)模塊圖6.2 改動(dòng)后的DC-DC開(kāi)關(guān)電源原理圖1 與基礎(chǔ)部分設(shè)計(jì)功能相同，并作以下改動(dòng)：(a)在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)一個(gè)假負(fù)載電阻，以防止當(dāng)本級(jí)無(wú)電流輸出時(shí)，電感線路停止振蕩。(b)將負(fù)載電阻串聯(lián)一個(gè)肖特基二極管，以防止雙電源工作時(shí)，一個(gè)電源電流倒流。(c)這時(shí)是分三部分采樣：負(fù)載RL上的電壓、DC-DC板1的采樣電阻上的電壓、DC-DC板2的采樣電阻上的電壓。6.3.3 電壓模塊該部分電路仍采用初階部分的模塊，詳見(jiàn)報(bào)告 4.3，這里不再贅述。6.3.4 電壓檢測(cè)模塊電壓電流信號(hào)調(diào)理部分方案如圖 6.3 所示圖 6.3 電壓、電流信號(hào)調(diào)理部分1電壓調(diào)理模塊分

39、為兩個(gè)基本模塊，一個(gè)負(fù)責(zé)負(fù)載電壓的轉(zhuǎn)換，另一個(gè)檢測(cè)兩個(gè)電源輸出電流。其中負(fù)載電壓的轉(zhuǎn)換模塊與之前單電源模塊電壓檢測(cè)模塊相同，高階拓展主要對(duì)電流第22頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣測(cè)量模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。本組的設(shè)計(jì)思路如下，考慮到系統(tǒng)的電流信號(hào)實(shí)際上是限流電阻上的壓降，因?yàn)橄蘖麟娮璞旧肀容^小且存在著誤差，所以兩組電源的電流不可能實(shí)現(xiàn)很精確的均流，同時(shí)，我們只關(guān)心兩組電源電流的相對(duì)大小，而不需要知道兩組電流的絕對(duì)值，因此我們嘗試使用運(yùn)放搭建簡(jiǎn)單的減法器電路，將兩組電壓做差的同時(shí)放大 10 倍輸入到 AD 模塊，提供單片機(jī)的參數(shù)。因此整個(gè)電流測(cè)量模塊就被簡(jiǎn)化成一個(gè)運(yùn)放與少許電阻的搭配。圖6.4 是相關(guān)的電

40、路圖和參數(shù)。圖 6.4 電流檢測(cè)模塊電路圖由 6.4 可得 Uout=100/10x(Vin2-Vin1)=10x(Vin2-Vin1)。經(jīng)測(cè)量，在一個(gè)輸入接地的情況下，剩下的那一段都能達(dá)到 10 倍率的增益。6.4 遇到的問(wèn)題與解決方案在制作過(guò)程中主要碰到了下面的幾個(gè)問(wèn)題，有的采取措施解決了，有的由于時(shí)間關(guān)系還沒(méi)有能夠很好的解決，現(xiàn)陳列如下：1）首先是電流檢測(cè)模塊需要精度比較高的電阻，試驗(yàn)室的 5%誤差電阻比較難滿足要求，在嘗試了幾種組合之后，將其中的 R4 換成了滑變電阻，通過(guò)調(diào)節(jié) R4 能夠在一定范圍內(nèi)滿足精度要求。2）電流檢測(cè)模塊遇到的另一個(gè)問(wèn)題就是其線形度不是非常理想，例如手動(dòng)輸入兩

41、個(gè)相等的電壓，則輸出會(huì)跟輸入電壓的絕對(duì)值有關(guān)，在其他三個(gè)電阻阻值都很精確的情況下，當(dāng)輸入為 100mV時(shí)調(diào)節(jié) R4 使輸出為 0，則當(dāng)輸入電壓變?yōu)?200mV 時(shí)輸出就不為 0 了。但是偏差比較小，尤其是在10 倍的倍率下這樣的偏差就相當(dāng)于輸入差了 12mV 左右，屬于可以接受的范圍。第23頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣7. 單片機(jī)子系統(tǒng)及軟件部分設(shè)計(jì)7.1 單片機(jī)子系統(tǒng)的概述7.1.1 單片機(jī)概述本單片機(jī)小系統(tǒng)板為一單元實(shí)驗(yàn)板，使用一顆基于 AVR 構(gòu)架的 ATmega16 單片機(jī)。ATmega16 有 16KB 的程序 空間，1KB 內(nèi)部 SRAM，512B 內(nèi)置 EEPROM。外部共有

42、32 個(gè) GPIO，一路USART，一路主從 SPI，一路 I2C，兩個(gè) 8 位定時(shí)器，一個(gè) 16 位定時(shí)器，4 通道 PWM 輸出，8 路10 位 AD 輸入。還有各種豐富的管腳中斷和不同的時(shí)鐘可供使用。圖 7.1 Block diagram of ATmega167第24頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣7.1.2 硬件說(shuō)明1 本單片機(jī)小系統(tǒng)板的電源輸入電壓為 DC 2.7-5V，科創(chuàng)課程實(shí)驗(yàn)建議使用 DC 5V。2 小系統(tǒng)板上的 P1 為口，可供程序燒錄、eeprom 數(shù)據(jù)讀寫、熔斷絲設(shè)置。3 小系統(tǒng)板上的接插件 PB、PC、PD 分別對(duì)應(yīng) ATmega16引腳的 PB、PC、PD 口。PB

43、、PC、PD口是八位數(shù)據(jù)端口，可作為通用 IO 口，也可用作第二功能使用，具體請(qǐng)參見(jiàn) datasheet 的相關(guān)部分。4 小系統(tǒng)板上的接插件 PA 的 1-5 腳分別連接 ATmega16PA 口的 PA0-PA4，PA0-PA4 是 AD 轉(zhuǎn)換的模擬電壓輸入端口，也可作為通用 IO 口使用。5 小系統(tǒng)板上的接插件 PA 的 9 腳連接 ATmega16的 Vref ，10 腳接地。ATmega16 有一個(gè)標(biāo)稱值為 2.56V 的內(nèi)部基準(zhǔn)源，每顆的實(shí)際值會(huì)有所不同。6 ATmega16PA 口的 PA5-PA7 作為串行數(shù)據(jù)輸出到小系統(tǒng)板上的 74HC595 上，有二片 74HC595 驅(qū)動(dòng)

44、4 位數(shù)碼管和 4 個(gè) LED 燈。小系統(tǒng)板上的 P2 作為串行數(shù)據(jù)輸出總線，可級(jí)聯(lián) 74HC595。7 小系統(tǒng)板上的四個(gè)按鈕 SW1-4 分別連接在 ATmega16PC4-7。按鈕 RST 為復(fù)位鍵。圖 7.2 FAST PWM MODE, TIMING DIAGRAM7第25頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣7.2 軟件總體結(jié)構(gòu)和功能7.2.1 軟件結(jié)構(gòu)框圖圖 7.3 軟件結(jié)構(gòu)框圖7.2.1.1 功能說(shuō)明（1）進(jìn)行模式的設(shè)定和切換（2）對(duì)用戶按鍵操作的處理（3）根據(jù)計(jì)算的定時(shí)器 0 初值改變 PWM 占空比（4）每隔大約 4×5ms 對(duì) 4 個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行一次掃描（5）主函數(shù)循環(huán)對(duì)各

45、參數(shù)的初始化第26頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣7.2.1.2 軟件功能模塊列表a)宏定義模塊b)主程序模塊c)定時(shí)中斷 0d)開(kāi)環(huán)模式e)閉環(huán)模式7.2.2 重要的全局變量V_T1s：1s 軟件定時(shí)器溢出值output_sel：數(shù)碼管位和指示燈顯示數(shù)據(jù)變量; output_8seg：數(shù)碼管段顯示數(shù)據(jù)變量; clock1s：1s 軟件定時(shí)器計(jì)數(shù); clock1s_flag：1s 軟件定時(shí)器溢出標(biāo)志; Mode：開(kāi)閉環(huán)切換標(biāo)志，開(kāi)環(huán)時(shí)等于 1。PWM1：計(jì)數(shù)器比較寄存器暫存值，用于閉環(huán)部分計(jì)數(shù)器比較值的確定led1,led2,led3,led4：指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出緩存;digi_scaner：數(shù)

46、碼管掃描驅(qū)動(dòng)指針; test_counter：測(cè)試用計(jì)數(shù)器;volatile digi4：測(cè)試用計(jì)數(shù)值十進(jìn)制表示;pwmtab51：不壓值對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值值utab51：不Vout50：壓通過(guò)電壓檢測(cè)板后在單片機(jī)中 AD 的標(biāo)定值，通過(guò)標(biāo)定可以增大閉環(huán)精度每次時(shí)鐘中斷從 PA1 端口讀到的閉環(huán)電壓值u_ptr = 0：utab 的指針dt50：每次時(shí)鐘中斷從 PA1 端口讀到的電源 1 電壓值d_ptr ：dt 的指針7.2.3 <宏定義模塊>描述7.2.3.1 功能描述在這個(gè)模塊里，通過(guò)宏定義的形式定義定時(shí)器 0 的初值，設(shè)定中斷程序發(fā)生的周期，以及數(shù)碼管掃描周期 5ms 所包含的中

47、斷周期個(gè)數(shù)和數(shù)碼管段驅(qū)動(dòng)寄存器地址、數(shù)碼管位驅(qū)動(dòng)寄存器地址。第27頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣7.2.4 <主程序模塊>描述7.2.4.1 功能描述1、 初始化單片機(jī)參數(shù)2、 在中斷未發(fā)生的空閑時(shí)間中主循環(huán)不斷運(yùn)行3、 根據(jù)當(dāng)前 Mode 是否為 1 確定計(jì)數(shù)值為預(yù)先設(shè)定值或是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)值4、 根據(jù)當(dāng)前模式每次循環(huán)計(jì)算一次數(shù)碼顯示數(shù)組的值5、 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)7.2.4.2 按鍵模塊描述（1）按鍵功能描述KEY1 電壓值加 0.1，KEY2 電壓值減 0.1，KEY3 切換開(kāi)閉環(huán)模式7.2.4.3 數(shù)碼管顯示模塊首先用 digt數(shù)組分別各個(gè)數(shù)碼管所要顯示的數(shù)值，用 digi_sca

48、ner 掃描各個(gè)數(shù)碼管，并用 output_sel對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的地址，然后調(diào)用 unsigned char NUMTOSEG7(unsigned char DATA)函數(shù)顯示對(duì)應(yīng)的值。最后程序中只顯示了設(shè)置電壓，第一位顯示開(kāi)閉環(huán)狀態(tài)，1為開(kāi)環(huán)，0為閉環(huán)。后三位顯示電壓值，從 5.0V 到 10.0V。調(diào)用函數(shù)說(shuō)明調(diào)用的函數(shù)：unsigned char NUMTOSEG7(unsigned char DATA)功能：用于數(shù)碼顯示，將字符型數(shù)據(jù) DATA 轉(zhuǎn)化成數(shù)碼顯示的二進(jìn)制代碼。輸入項(xiàng)：DATA 為通過(guò)計(jì)算得到的要顯示的數(shù)據(jù)，由 digi儲(chǔ)存，在主函數(shù)中 digi1、digi2和digi3通過(guò)計(jì)

49、算得到。輸出項(xiàng)：輸出譯碼得到的二進(jìn)制代碼給數(shù)碼管段驅(qū)動(dòng)寄存器，用作數(shù)碼管的輸入。7.2.4.4 數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)模塊輸入電壓上疊加有隨機(jī)干擾，ADC 自有隨機(jī)誤差，這些隨機(jī)干擾誤差是均值為零的、平穩(wěn)的、各態(tài)遍歷的隨機(jī)過(guò)程，對(duì)足夠多個(gè)采樣值取平均，隨機(jī)誤差的均值會(huì)趨近于零。用軟件的方法構(gòu)造一個(gè)數(shù)字濾波器，用程序設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)形隊(duì)列，50 次的樣值的同時(shí)產(chǎn)生 50 次計(jì)算結(jié)果。第28頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣圖 7-5 數(shù)字低通濾波器原理圖17.2.5 <定時(shí)中斷>描述7.2.5.1 功能描述1、 用于輸出對(duì)應(yīng)占空比的 PWM 波2、 AD 轉(zhuǎn)換的開(kāi)啟和數(shù)據(jù)的。7.2.5.2 PWM 波

50、輸出實(shí)現(xiàn)我們組采用模式 14 輸出 PWM 波，使其從 0x00 開(kāi)始到 0xFFFF 結(jié)束，變量為 OCR1A 和OCR1B 分別兩個(gè)輸出波的占空比。最終得到的 OCR1A / 0xFFFF 或 OCR1B/ 0xFFFF 即為占空比。通過(guò)調(diào)整 OCR1B 與 OCR1A 來(lái)輸出的波形，最終電壓源。7.2.5.3 AD 轉(zhuǎn)換的開(kāi)啟和數(shù)據(jù)的當(dāng) ADSC 賦值為 1 時(shí)開(kāi)啟 AD 轉(zhuǎn)換。通過(guò)loop_until_bit_is_clear(ADCSRA, ADSC)來(lái)在數(shù)組 Vout或者 dt中。轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，結(jié)束后AD 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)并7.2.6 <開(kāi)環(huán)模式>描述7.2.6.1 功能描述

51、該模塊用于實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)的主要功能。輸入一定的電壓值，通過(guò)程序設(shè)置相應(yīng)的占空比，從而使系統(tǒng)輸出相應(yīng)的電壓。7.2.6.2 開(kāi)環(huán)模式的實(shí)現(xiàn)方法通過(guò) PC5、PC6、PC7 三個(gè)按鍵改變我們需要的電壓值，從兩個(gè)數(shù)組中分別和 OCR1B 值，然后輸出對(duì)應(yīng)占空比的波形。對(duì)應(yīng)的 OCR1A第29頁(yè)上海交通大學(xué) 電子信息與電氣7.2.7 <閉環(huán)模式>描述7.2.7.1 功能描述該模塊用于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的功能。通過(guò)采樣 DC-DC 輸出端反饋回來(lái)的電壓與用戶輸入的電壓進(jìn)行比較逼近，不斷調(diào)整占空比，最終使輸出電壓與用戶要求的值相同。7.2.7.2 閉環(huán)實(shí)現(xiàn)方法利用 AD 轉(zhuǎn)換，將輸出電壓返回到單片機(jī)中，程序中用數(shù)組 utab各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓返回的值，然