程控电压源毕业设计

武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书课题名称： 程控直流稳压电源的设计_ 完成期限： 2015 年 12 月 22 日 至 2016 年 06 月 03 日学院名称 机械工程与自动化_ 专业班级 自动化 11202_学生姓名 王冲 学号 1202251056_ 指导教师 刘春玲 指导教师职称 教 授_ 学院领导小组组长签字_ I一、课题训练内容（1）让学生加强理论跟实践结合的能力，在实践中来加深对理论知识、基本技能和专业知识的认识与掌握，让其更具有系统性、综合性。懂得 MOSFET开关管的驱动原理，学习单片机 STM32 的工作原理跟应用。了解和熟悉 PWM 控制技术，掌握 STM32 单片机的使用方法。（2）培养学生的综合能力，学会运用所学的知识和技能对问题进行分析和解决。懂得 PCB 画图、制版、以及调试电路板。（3）真正的做到将理论与实践相结合，熟悉 PCB 画图、制版的流程和方法。（4）培养学生的工程设计、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、WORD、Altium Designer、Keil 、TINA 等专业软件应用和程序调试等基本实践能力，以及外文资料的阅读和翻译等基本能力，使学生初步掌握基本的科学研究方法。（5）培养学生利用单片机进行嵌入式开发的能力，掌握单片机系统设计的基本方法，达到能够进行单片机系统设计的目的。了解 STM32 单片机的调试方法以及其系统设计。（6）使学生树立正确的设计思想，培养严谨、认真负责、实事求是、善于思考、勇于探索、具有创新意识、善于与他人合作的意识。（7）使学生获得从事科研工作的初步训练，培养学生独立思考、综合运用所学知识解决实际问题的能力，尤其注重养成学生独立获取新知识的能力。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量的具体要求）1、设计任务1）熟悉绘图软件 altium designer 的使用，绘制相应的原理图;2) 完成系统的硬件设计，包括采样电路、A/D 转换电路、主控制电路、II显示电路等的设计;3) 完成该系统的软件设计，包括主程序模块、控制运算模块、数据输入输出及处理模块等一些子功能模块的设计;4) 通过 BUCK 电路设计出所需的输出电压，再利用单片机进行程控输出；同时可实现输入电压，输出电压，输出电流的实时检测显示功能；可实现菜单显示功能。2、要求：1）提交开题报告一份，提交时间 3 月 15 日左右，字数在 20003000 字之间，内容需包含课题意义，所属领域的发展状况，本课题的研究内容、研究方法、研究手段和研究步骤以及参考书目等；2）提交毕业设计论文一份，正文不得少于 15000 字，按照武汉纺织大学毕业设计模版格式要求规范撰写；3）翻译一篇与本课题相关的英文专业资料，其对应的中文翻译不得少于3000 字；4）计算程序、图纸完整齐备。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料1、技术参数：（1）可实现输出电压的程控功能,可调输出电压为 8V 到 18V，精度为1%。（2）可实现输出过流保护功能，电流达到 2.1A 关断。2、主要参考资料：1 贺洪江.一种高精度数控直流电源的设计J.河北建筑科技学院学报,2000,17(1):33-39.2 李宁.基于 MDK 的 STM32 处理器的开发应用M.北京:航空航天大学出版社.2008 年. 3 谭浩.C 语言程序设计M.北京:清华大学出版社.2004 年.4 TI 器件选型EB/OL.III5 Mack,Raymond ADemystifying Switching Power SuppliesM.Amsterdam:Boston Elsevier.2005.4、毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表序号起止日期 计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期115.12.2216.01.23征求老师的意见，确认选题方向并查找相关背景资料。216.1.2416.3.05阅读参考资料，撰写开题报告316.3.0616.3.21研究整体方案，完成整体框图416.3.2216.3.24设计原理图，并对图中参数进行计算分析，列出材料清单516.3.2516.4.09完成系统硬件设计，包括自制原理图616.4.1016.4.16要求完成系统软件设计，包括程序流程图、程序说明等716.4.1716.4.30对电路进行调试，对元件参数与程序模块进行修改816.5.0116.6.3整理毕业设计资料，撰写毕业论文，准备答辩注：1.本任务书一式两份，一份学院留存，一份发给学生。2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照武汉纺织大学毕业设计（论文）规范执行。I武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称 程控直流稳压电源的设计院系名称 机械工程及自动化 专 业 自动化班 级 自动化 11202 学生姓名 王冲1、课题的意义电源问题一直是人们十分关心的问题，是所有电设备的动力。在电力系统中，直流系统的可靠性、稳定性及性能直接影响到电厂的运行和设备的安全；在通信网络中，通信电源成为构成各种通信手段必不可少的组成部分，对通信质量具有重要的影响，人们视电源为整个通信系统的心脏。随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响着电气设备或控制系统的性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。二、所属领域的发展状况电子设备都需要稳定的电源，而外部提供的大多数为交流电源，电源设备的作用就是把交流电源转换为电子设备所需的直流电源，转换后的直流电源应具有良好的稳定性，当电网或负载变化时，它能保持稳定的输出电压，并具有较低的纹波。我们通常称这种直流电源为稳压电源。但有时提供的直流电压不符合设备要求，仍需变换，称为 DC/DC 变换。常规的稳压电源为串联调整线性稳压电源，它通常由 50Hz 工频变压器、整流器、滤波器、串联调整线性稳压器组成。调整元件工作在线性放大区，流过的电流是连续的，调整管上损耗较大的功率，需要体积较大的散热器，因此该种电源体积大，且效率低，通常仅为 3560。同时承受过载能力较差，但是它具有优良的纹波及动态响应特性。开关电源是利用现代电力电子技术，通过控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源处于电源技术的核心地位，它主要分为 AC/DC 和 DC/DC 两大类。开关电源去除了笨重的工频变压器，代之以几十 kHz、几百 kHz 甚至数 MHz 的高频变压器。由于调整管工作在开关状态，因而功率损耗小，效率高。 目前，开关电源技术向着轻、小、薄、低噪音、高II可靠、抗干扰的方向发展。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率 MOSFET 和 IGBT 可使中小型开关电源的工作频率达到 400KHZ(AC/DC)或1MHZ(DC/DC)；软开关技术是高频开关电源的实现又了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率，采用软开关技术，效率可达93；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了 AC/DC 开关电源的功率因数，既治理的电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效果。开关电源的使用为国家节省了大量的铜材，钢材以及占地面积。由于变换效率的提高，能耗的降低，降低了周围环境的温度，改善了工作人员的环境。近年来国家已大力投资支持供电工程改造。可见，开关电源在未来有着良好的发展前景。3、设计内容此次的毕业设计主要将采用硬件电路和单片机的编程控制相结合，来实现稳定电压的程控输出。硬件部分: 交流电通过整流桥以及多个大电容并联来获得平滑的直流电，再通过 BUCK 降压电路得到程控输出；人机接口利用红外遥控来完成，最后通过相应的液晶进行显示。 软件部分:软件设计将采用 C 语言进行编写，对各个模块功能进行模块化的设计，增强程序的可读性和移植性。本系统设计的软件内容主要涉及以下几个方面的内容：（1）各个子模块的驱动程序，包括：液晶驱动程序，红外驱动程序，AD/DA 的驱动程序。（2）采样电压电流的显示及过流保护程序。（3）输出电压的程控程序，包括步进输入跟任意输入。III四、研究方法与研究手段 研究方法：本项目的研究方法为：(1) 在 Altium Designer 里绘制出系统的原理图；(2) 根据绘制的电路图进行硬件电路的焊接；(3) 通过 KEIL 软件来编写功能代码，来进行系统整体功能的调试 与优化。 研究手段：本项目的研究手段为：以电路、电力电子、模拟电路、PWM 技术为基础的电路信息技术作为研究手段，采用仿真，观察实验，总结经验，查阅书籍等方法和手段，进行多轮的研究。通过 Altium Designer 和 Keil 软件的使用，来进行编程与绘图，然后进行仿真操作，将实践与理论有效结合。五、研究步骤（1）用 4 周时间查阅资料，翻译外文资料，确定系统主要研究内容，开始撰写开题报告。（2）用 3 周时间理论设计，方案研究软硬件设计跟电路测试.（3）用 1 周时间对前期的设计作品进行初步检查。（4）用 1 周时间对设计作品参数进行优化。（5）用 3 周时间,开始毕业论文初稿的撰写。（6）用 2 周时间,送毕业导师检查、批改，修改后定稿。（7） 用 1 周时间，毕业设计答辩，完成毕业设计。IV六、主要参考书目1 黄珍贵.基于 D/A 转换器的程控电源设计J.沈阳工业学院学报,2004,24 （3）:12-16.2 王兆安,刘进军.电力电子技术M.北京:机械工业出版社.2009.3 谭浩强.C 语言程序设计M.北京:清华大学出版社.2004 年.4 贺洪江.一种高精度数控直流电源的设计J.河北建筑科技学院学报,2000,17(1):33-39.5 程晓玲,数字给定式稳压电源的设计J.天津轻工业学院学报,2003.18（2）:45-46. 6 赵同贺,刘军.开关电源设计技术与应用实例M.北京:人民邮电出版社.2007. 7 李宁.基于 MDK 的 STM32 处理器的开发应用M.北京:航空航天大学出版社出版.2008. 8 康华光,陈大钦.电子技术基础模拟部分M.北京:高等教育出版社.1999，443-467.9 Mack,Raymond ADemystifying Switching Power SuppliesM.Amsterdam:Boston Elsevier.2005.指导教师签名： 年 月 日I摘 要直流稳压电源是所有电子设备的动力之一,因而其稳定性、可靠性直接的影响着电子设备的寿命跟安全，同时也广泛的应用于各大领域。故而对直流稳压电源的深入研究具有十分重要的意义。本 课 题 中 介 绍 的 直 流 稳 压 电 源 系 统 是 基于 单 片 机 控 制 和 开 关 电 源 高 效 率 的 特 点 ， 制 作 出 一 种 以 STM32 单 片 机 作 为 核 心 控制 模 块 的 直 流 稳 压 电 源 ,采 用 PWM 技 术 ， 实 现 程 控 电 压 输 出 。 在本课题中使用了同步整流技术，将二极管换成了开关管，大大提高了电路的转换效率。系 统 由BUCK 电