毕业论文指导-dc-dc开关电源及其控制系统1

1、摘要：本报告是上海交通大学2006级电子信息与工程学院科技创新实验五的理论研究和 实验报告部分，详细阐述制作dc-dc开关电源及其控制系统的设计思路、实现方式、制作过程 及最后测试结果。系统主要由单片机系统控制，并显示可操作界面。系统主要分为两部分内容： 单机降压型dc-dc开关电源及其控制系统和双电源模块输出并联及其控制系统。其中降压型 dc-dc开关电源及其控制系统包含开坏控制和闭坏控制两种控制模式。关键词：51单片机，降压型dc-dc开关电源，双电源并联输出，开环控制，闭环控制，abstractthis article presents the design, implementatio

2、n, debugging and the performance of the dc-dc switch power supply. the single-chip-machine controls the status of the system and provides the user interface. this project includes two parts of design, first of whch is a droping dc-dc switch power supply and the second is the parallel output of the d

3、c-dc switch power supply.and the dropping dc-dc switch power supply has two different control mode: open loop control system and closed loop control system.keywords51 single chip machine, dropping dc-dc switch power supply, parallel output, open loop control, closed loop control编写说明11.2名词定义113缩略语12系

4、统总述22. 1系统组成22. 1.1 概述22. 1.2 dc-dc 5t关电源子系统22. 1.3输出电压控制子系统22.1.4输出电压测量子系统32.1.5单片机控制子系统32.1.6双电源输出并联控制子系统32.2系统的主要功能43. 1 dc-dc系统概述53.1.1主要功能和设计指标53.1.2系统设计概述53. 2核心部分tl494的基本原理63. 2. 1芯片综述63. 2. 2 tl494简图及管脚配置63.2.3基本原理73. 3系统整体设计方案93. 3. 1晶振的频率设计93. 3.2开关三极管电路设计103.3.3低通滤波部分设计103. 3. 4 差分放大器113.

5、3.5限流电路123.3.6纹波的控制124. 电压控制子系统的硬件设计145. 电压测量子系统的硬件设计175.1原理简述：1752模块化分析175.2.1模块一信号变换和隔离175.2.2模块二a/d转换186. 双电源并联输出子系统的硬件设计206. 1原理简述:206. 2模块化分析206. 3. 1模块一 dc-dc开关电源206.3.2模块二 电压控制模块216.3.3模块三 电压检测模块217单片机子系统及软件设计（单机dcdc开关电源）247. 1软件功能247. 2软件总体框架247. 3主要模块描述247.3. 1定时中断0中断服务程序247.3.2定时屮断1描述257.

6、4其他程序说明287. 4.1开环测试程序287. 4. 2模数转换测试程序288单片机子系统及软件设计（双机dcdc开关电源并联输出）298. 1系统功能概述298. 2主机298.2. 1实现功能298. 2. 2程序模块说明298.2.3系统流程图308. 3从机318.3. 1实现功能328. 3. 2程序模块说明328.3.3系统流程图329. 致谢3510. 参考文献3611 附录a开发环境3711.1硬件开发37门2软件开发3712附录b软件程序清单3812. 1单机降压型dc-dc开关电源3812. 2双机并联输出4112.2. 1 主机4112.2.2从机4512. 3开环测

7、试程序4812.4ad转换测试程序5013附录c系统操作说明书5213. 1系统功能介绍： 5213. 2系统性能指标5213. 3系统按键及接线示意图： 5213.4准备工作：5213.5dgdc开关电源 操作方法与步骤5314附录d测试和分析5414. 1测试项目和方法5414.1.1 dc-dc模块单独性能测试（括号内为升压模块的测试条件）5414.1.环控制性能测试5414.1.3闭环控制性能测试5414.2测试的资源5514.3测试结果及分析5514. 3. 1 dcdc模块单独性能测试5514. 3. 2开环控制性能测试5514. 3. 3闭环控制性能测试5615.附录e课程学习心

8、得和意见建议581.概述1.1编写说明文中介绍了科技创新五中的单片机设定电压dc-dc电压转换器的设计原理，硬件结构，软 件结构以及使用说明。旨在介绍本小组所设计的电压转换系统的原理以及设计过程以及系统的使 用方法。该文章主要面向电子类专业的学生及电子设计爱好者，也可供普通读者参考借鉴。12名词定义单片机：包括cpu (进行运算、控制)、ram (数据存储)、rom (程序存储)、输入/输出设备 (串行口、并行输出口等)的一块集成电路。dc-dc：实现直流电压输入，直流电压输出的电路。开环控制：只由单片机控制pmw波占空比的输出来控制电压输出。闭环控制：将水泥电阻的电压输出作为反馈给单片机从而

9、调节单片机的输出pwm波占空比来精 确控制电压输出。降压型dc-dc开关电源：利用开关三极管电路系统将20v30v的电源输入转化为5v10v的带载电压输出。双电源模块输出并联：两块降压型dc-dc开关电源模块，输出并联且实现均流功能。13缩略语dc(direct current)直流pwm (pulse width modulation)脉冲宽度调制信号lpf(low passfilter)低通滤波器a(analog)模拟的d(digital)数字的2.系统总述2.1系统组成2. 1. 1概述下图为降压型开关电源的结构图图2.1系统组成示意图降压型dc-dc开关电源及其控制系统是由单片机控制的

10、dc-dc电压转换系统，可以将 20v30v的直流输入电压转换成5v-10v的稳定的直流电压输出。本系统主要由dc-dc开关电 源子系统及外部控制电路组成。外部控制电路分单片机小系统、电压控制子系统和电压检测子系 统三个部分组成。系统组成框图如图21所示。2. 1.2dgdc开关电源子系统以tl494芯片为主体构成pwm调制器，再通过斩波、限幅、取样比较等电路，输出直流,输出电压再经过分压网络得到刈应得电压，从而实现dc-dc的转换。图2. 2 dc-dc开关电源电路示意图“2. 1.3输出申你拎制子系统电压控制子系统是开坏控制的主要组成部分，主要由整形电路、基准电源电路、有源lpf电 路、光

11、电耦合器四部分组成，其屮整形电路在基准电源电路提供的恒定4v电源下将单片机输入 的不稳定5v pwm波输出为稳定的4v pwm波，再将此波形输入到有有源低通滤波器滤出直流 分量输出，经光电耦合器将电压控制子系统和dcdc开关电路进行电气隔离。单片机小系姣有濾lpf电压应制部分图2. 3输出电压控制子系统框图2. 1.4输出电压测量子系统电压检测子系统是闭环控制的主要反馈组成部分，主要由基准电源电路、光电耦合器、a/d转换电路组成，其屮基准电源电路为光电耦合器和a/d转换电路提供工作的基准电压，光电耦合器将电压检测子系统和dcdc开关电路进行电气隔离，并将反馈模拟电压输入到a/d转换电路,通过a

12、/d转换将模拟电压转换成八位二进制数供给单片机比较输入输出，从而准确控制电压输出。单片机小系统信号趣和隔离关键器件,adc0804关键器件,4n25图2. 4输出电压测暈子系统框图2.1.5单片机控制子系统在降压型dc-dc开关电源及其控制系统中设置控制模式，包括开环控制和闭环控制，其中 开环控制系统只需用单片机控制电压控制子系统调整pmw波的占空比从而改变输出电压，闭环 控制系统既需要用单片机控制电压控制子系统调整pmw波的占空比乂需要用到电压检测子系统 将输出电压反馈到单片机子系统比较输入与输出电压从而达到精确控制输出电压的目的。同是， 该控制子系统述承担显示输出，按键扫描等其他控制功能。

13、2. 1.6双电源输出并联控制子系统将两台降压型dcdc开关电源（主一从）并联输出，以达到增大带载能力的目的。其中， 主机负责测量共同负载两端的电压，通过自身闭环控制使其满足设点要求的电压值。同是，从机 通过并行通信芯片8255与主机通信，得到设点电压值，主机输出电流以及一些相关控制信号， 并通过与自身测得得输出电流值作比较与调节，使主从两机的输出电流相同，以达到均流目的。2. 2系统的主要功能内本系统分为单机降压型dc-dc开关电源及其控制系统和双模块并联输出。降压型dc-dc开关电源及英控制系统是在单片机控制下，将20v30v的直流输入电压转换 成5v10v的稳定直流电压输出。同时，系统具

14、有开环控制和闭环控制两种模式，用户可自行切 换。在开环工作模式下，除了具有系统的基本功能外，系统同时还提供了单片机自动校准功能。 在外部条件发生变化时，可以通过单片机对其自动进行测试，实现对系统的输出电压进行校准。 在闭环控制模式下，用户可以通过单片机自身闭环控制输出设定的电压值，且误差在0.05v之内。双电源模块输出并联电源及其控制系统是在单机降压型dc-dc开关电源的基础上，通过两 个点源模块的并联输出和自动均流调节，以提高输出电流，从单机的1a电流额定值，提升到2a 的电流额定值，从而提高了电源的输出功率和带载能力。3dc-dc开关电源子系统的硬件设计3. 1 dc-dc系统概述3. 1

15、. 1主要功能和设计指标本系统可以将20-30v的直流电压通过dc-dc脉宽调制，在dc-dc板输出负载端输出稳定的 5-10v电压，负载两端误差小于0. 05v,额定电流为1a。dc-dc技术指标：输入直流电压：20v30v输出直流电压：5v10v额定输出电流：1a 限流值: 电压调整率:电流调整率:输出电压纹波:w100mvp-p效率:265%截止电流值;3. 1.2系统设计概述本系统以tl494芯片为主体，输出的反馈电压w和tl494内固有的参考电压v?作误差放大, 再通过比较器实现脉冲调制，因此改变v】和v2就可改变pwm的占空比，使得输入电压在10v 到30v之间变化时，输出电压为一

16、稳定值，再利用滑动变阻器构成分压网络，从而改变滑动变阻 器可以使输出电压在510v之间改变。图3.1 dc-dc系统框图3. 2核心部分tl494的基本原理 3. 2. 1芯片综述tl494是美国德州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成电路，主要应用在各种开关电源屮。整个开关电源系统屮，l494通过pwm信号起到关键的稳压作用。图3.2 tl494应用框图3.2.2 tl494简图及管脚配置1in+1u162in +1in-2152in-feedback 314refdtc 413output ctrlct512vccrt611c2gnd 710e2c1 89e1图3.3 tl494芯

17、片简图1、2号脚是误差放大器i的同相和反相输入端；3号脚是相位校正和增益控制4号脚为间歇期调理，其上加03.3v电压时可使截止时间从2%线性变化到100%；5、6号脚分别用于外接振荡电阻和振荡电容来确定振荡频率；7号脚为接地端；8、9号脚和11、10号脚分别为tl494内部两个末级输出三极管集电极和发射极；12号脚为电源供电端；13号脚为输出控制端，该脚接地时为并联单端输出方式，接14号脚时为推挽输出方式;14号脚为5v基准电压输出端，最人输出电流10ma；15、16号脚是误差放大器ii的反相和同相输入端。具体内部电路如下图所示output ctrl (see function table)c

18、1e1c2e2vccrefgnd图3.4 tl494内部电路示意图3. 2. 3基本原理tl494从根木上来说是一块pwm控制电路的芯片。输入的信号经过一定程度的放大后与内 部晶振所产生的锯齿波信号相比佼，得到具有一定占空比的方波。control signal5/control signalcompiruiruiruir图3.5 pwm波生成示意图由图可见，控制信号高电平时，比较出的方波处于高电平，反之方波处于低电平。这个方波 是芯片内部产生的数字信号，对其进行处理转换为模拟信号的输出，从而完成系统设计的要求。3. 2. 3. 1晶振部分:;5f图3.6 tl494晶振电路不意图"如

19、图所示，内部晶振与外接的电阻和电容共同为芯片提供一频率固定的锯齿波。 锯齿波的频率按公式fosc= 1/rt*ct计算。3.2.3.2 5 v参考电压gndreferenceregulator图3.7 tl 494 5v参考电压示意图：6：tl494内置5v参考电压，对应在12, 14号管脚。其中12号脚是外部电压输入管脚，其最 大输入值不能超过41v,标准输入值在7v到40v之间，14号脚是标准的5v输出管脚可能在 4.75v到5.25v之间变化，从而有纹波的产生。5v参考电压还是晶振，触发器，比较器的稳定电 源，在电路中有很重要的作用。3. 2. 3. 3 pwm生成模块由图所示，两个差分

20、管应用时+作为输入电压，由参考电压分压提供，输入电压总是在 变化，当输入大于分压时，差分管的输出电压会增加直至限幅，与锯齿波比较后会得到占空比逐 渐增大的方波信号。当输入小于分亚时，由于差分管在输出端有一个二极管整流，所以输出电压会降到零，从而占空比呈逐渐减小的趋势。根据以上的规律，响应电压的上下波动改变其pwm波 的占空比，通过回路反馈反相调节输出电压，使其达到一个稳定的输出。3.2.3. 4输出回路e2output ctrl (see function table)本系统屮采用单端输出，output control置0,屏蔽从触发器过来的信号，直接将pwm信号 放大输出。3. 3系统整体设

21、计方案图3.10降压型dc dc开关电源原理图整体电路如上，以下对几个部分进行分析。3.3.1晶振的频率设讣图3.11 dc-dc子系统晶振部分电路图根据公式 fosc= 1/rt*cto 实验中，选取电容 c3=0.001uf, r7 = 51kq,即 f0sc=19khz<>3. 3. 2开关三极管电路设计取ri = 150q, r1起到将电压转化为电流的作用；r2=51q, r2起到馈电和放电的作用3. 3. 3低通滤波部分设计图3.13 dc-dc子系统低通滤波器部分电路图低通滤波部分将pwm波转化为直流电流输出。其中二极管的作用是去除负值电压，以减少噪声和纹波的目的。电感

22、的取值则综合考虑到滤波效果和避免磁饱和，实际取值为imh。若不考虑磁饱和，为了减少纹波应尽可能增大电感与电容的取值。实验中采用的值：l = 0.9mh, c4 =470uf , c5=100uf另外，电路图中，直接并联在输入端两端的电容c也是起到滤波作用，选取c=470uf3. 3. 4差分放大器差分放大器将输出电压的采样值与内部5v电压相比较，通过tl494及电路调制使最终输 出稳定在一个值上。工作原理，当输出为想要的值时，1号脚与2号脚上的电压值相等，当输出 出现波动时，1号脚上的电压变大，与2号脚上的电源产生电压差，芯片内部差分放大器输出增 大。pwm波占空比变化，使得在tip42上得占

23、空比减小，从而导致输出减小。反之（输出变小） 亦然。这样输出一直在波动，输出为一个带有纹波的直流电压。r5, r8, rll, r13 的选取1）取 r11=r13=51kq；2）为使输出范围达到412v （足以覆盖510v的范围）考虑到由rll, r12, r13, r14电阻构 成的分压网络的电压放大倍数为大致为26倍，以及在动态平衡点有近似关系vi二v2,故要 求v2 口输入为2v3）因为由r5, r8构成的分压网络的输入电压为5v,所以r5/r8=3/2；实际中，取r5=3kq,r8=2kq4）运放反馈回路参数选取参考值，取c2=o.luf, r3=51kq, r4=1mq3. 3.5

24、限流电路图3.15 tl494限流电路图3.16系统限流电路系统设计要求输出电流上限为1a, 15, 16号管脚用作此用途。可以认为负载上所有电流 都流过r10,设计中选取r10=0.1q,所以当负载电流最大吋，16号脚上的电压值为0.11v,若 要限幅，15号脚上分得的电压应也为o.llvo由 r9/（r6+r9） =0.11/5 可得，取 r9=150q, r6=6.8kq 3. 3. 6纹波的控制开关电源的输出的纹波电压由主要由三部分组成1）开关频率引起的纹波电压开关电源的纹波理论值可由下式计算而得其中，u0为开关电源输出电压，ui为开关电源输入电压，t开关频率倒数，l为电感值，c 为并

25、联在负载两端的电容值改进方法：1）增大电感l,电容c2）增大开关频率（irr）2）工频纹波电压当所设计的开关稳压电源电路直接接到220v/50hz的交流电网电压时，经全波整流、滤波 后，形成100hz的脉动直流电压作为开关稳压电源的输入供电电压ui。该输入直流脉动电压ui 中的脉动成分经过稳压调节后，虽然被大大地衰减，但仍有少量部分残留在输出电压u0中，因 此就形成了电网工频纹波电压。改进方法：加大开关稳压电源输入端一次整流滤波电容c的容量。3）开关转换纹波电压当功率开关从导通转向截止的瞬间，储能电感l由于自感作用就会发生极性颠倒，但续流二 极管由于从截至转向导通需要一定的吋间而仍处于截至状态

26、，此时储能电感l上的反响电动势可 以升得很高，反映出输出端会形成开关转换纹波电压。改进方法：1）如图，在二极管两端并联一阻容吸收网络，电容c1取0.010.47uf,电阻r的阻值110q。 这样就可以将市续流二极管恢复时间所导致的开关转换纹波电压吸收掉。2）如图，在续流二极管的引线中串一电感量很小的电感l1,利用电感上的电流不能突变特 性抑制续流二极管反向恢复期间内的反向电流。vinctllk上ljiid1rl卜-ico一一:cliccc-vinjo图3.17减小开关稳压电源输出端开关转换纹波电压的电路4. 电压控制子系统的硬件设计4.1系统概述为了使电压输岀易于控制，在第三节的dc-dc模块

27、基础上，利用光耦器件4n25代替改变电 位器r12上分压得方式，来改变1脚分压，起到改变输出电压的作用。此系统的主要功能是实现单片机对电压输出的开环控制，单片机输出占空比可调制的pwm 波，通过此系统选出其直流分量，通过光耦合器件将电压传递至分压网络的&2两端，从而通过 改变占空比的大小来改变&2两端的电压值继而改变dc-dc开关电源的输出。因此，我们只要 测出每一个电压所对应的占空比，在单片机输出时，晶体管上显示电压值，单片机输出相应占空 比大小的pwm波即可。具体的软件流程详见后文单片机软件子系统。4.2 整体框架整体思路是单片机产生pwm波，先经过整流稳压电路，再经过低通

28、滤波器选出直流分量，再 通过光耦合器件耦合到dc-dc开关电源。单片机产生pwm波的部分再软件设计流程中描述。iul信号轴和* 样._j . clsospwmlpf电压控制部分图4.1电压控制子系统原理框图4.3模块化分析4.3.1 模块一：pwm波形整形模块核心器件：tl431, 4011模块要求：能够将pwm波高低电平电压差控制在4+0.05v,且令pwm波反向 电路图：图4.2基准电源电路5/电源（不恒定）i单片机小系统基准电源电路（以tl431为核心器件）pwm1iru-恒定的47电源不恒定5/pwm2图4.3反相器部分原理图 并且在实际应用中,考虑到iref rl«vka,

29、可忽略不计。实际电阻选取：rl=3kq,r2=5kq,4. 3.2模块二：有源低通滤波器核心器件：lm741模块要求：低通滤波器的截止频率小于20脱电路图：图4.4有源低通滤波器电路图vo实际电路选取：rl=10kq, r2=10k q, cl=c2=luf经过multisim仿真0jp2iu 怨s图4.5有源低通滤波器multisim仿真结果实际实验中测得截止频率约在12hz4.3.3 模块三：光电耦合部分核心器件：4n25模块要求：在vctl变化范围0.83.2 v内，使4n25两端的电流变化范围足够令开关电源输出达到510v范围电路图：3.9k图4.6光电耦合器电路根据4n25datas

30、heet可知，4n25发光二极管侧的导通电压约在1.1v,由此可知，实际的电流变 化范围在(0, 2.1/rcti)。再根据光电耦合管特性曲线100.000.010.110.001.000.101.010.0 100.0if 一 forward current ( ma )96 11904图4.7光电耦合管特性曲线实际电路选取rctl=3k q,适当调节光电耦合三极管两端电阻，即可满足了 5-10v输出要求5. 电压测量子系统的硬件设计5.1原理简述：电压测量子系统主要依靠a/d转换模块，将模拟量转化为数字量，传输给单片机进行读取,使单片机以此作为反馈量对开关电源进行闭环控制。测试子系统的具体

31、原理图如下：关键器件,关键器件,adc08044n25图5.1反馈部分原理框图山以下还是依照模块化的方式对测量子系统进行分析5. 2模块化分析5. 2. 1模块一信号变换和隔离核心器件：4n25模块要求：输出电压vo变化范围在5-10v时，通过光电耦合三极管所得到的耦合电压va 变化范围尽可能大。电路图：vo*4n25图5.2测量系统光电耦合电路图对于电路中rl, r2的取值，同样是根据4n25datasheet中的特性图进行推算，最后选择rl=5kq , r2=6.8kq实际产牛的va变化范i韦i在0. 73. 0v5. 2. 2模块二a/d转换核心器件：adc0804模块要求：根据光电耦合

32、器产生的电压va,选取合适的电阻，使输出的数字编码范围尽可 能接近0-255的最大范圉。电路图：1) 模拟端电路图：adc0804图5.3 a/d转换模拟端电路图电阻r3, r4, r5, r6的计算，主要是根据adc0804产生的编码范围，以及va变化范围确定 计算过程如下：设 va e vamin , vamax定义 k = ( vin(+) - vin(-) / vref取rl、r2,使va动态范围比较大取 r3、r4,使 vin(-) < vamin 即 kmin >0取 r5、r6,使(vamax vin(-)/vref v 1 即 kmax <1codeoxff0

33、x00kminkmax图5.4数字编码范围图山考虑到温漂，实际的电压取值应给vref留下较大空间，即vamax - vin(-) < vref 根据计算,得到r3=8.2kq, r4=1.5kqr5, r6的取值受到adc0804内部电路的彫响，使得vref/2不等于r5, r6的分压 进过多次调试，最后选择r5=5kq, r6为22kq滑动变阻器测量得到各电压 vref/2=1.25v, vin(-)=0.62v经过单片机调试后得到的数字编码范围在3-2352) 数字端连线图ri 口 nauuuduad7db7/rd/rd/wr/wr/cs3/csp3.3/intr单片机小系统adc0

34、804图5.5单片机数字端连线图山端口说明：dbodb7为数字编码传输，共8位，与单片机adoad7相连接/rd, /wr, /cs分别作为读写信号控制，和片选与单片机读写信号及片选相连/intr作为adc0804转换完毕的中断信号与单片机p3.3 口相连6. 双电源并联输出子系统的硬件设计6.1原理简述：双电源并联输出子系统，是在单机电源的基础上，将两台单机dc-dc开关电源并联在负载 上，以起到增人输出电流，提高输出功率和带载能力。其单机闭环控制等原理和性能和z前的单机电源基木类似。主要需要解决的问题在于，因为 两台点电源不完全相同，必会有输出电流不等的现彖，继而导致两台电源相互充电而使能

35、量损耗。 为了解决这个问题，需实现两台单片机的相互通信，通过电流釆样和比较控制占空比的大小，从 而实现双机均流功能。图6.1双模块并联输出系统原理示意图以下还是依照模块化的方式对测量子系统进行分析6. 2模块化分析6. 3. 1模块一 dc-dc开关电源因为双机系统是基于单机上建立的所以，单片开关电源基本不变，只是在输出端串入了一个 肖特基二极管，以防止电流倒灌；并在输岀端内侧并联一假负载，用以防止rl未接时停振。另 夕卜，为了使双机并联时能正常工作，且不影响电流值的采样，故将v0端接地，则vin端即可作 为检流端，但是此时检流得到的电压为负值，在后续的电路中，需通过一反向比例放大器。-vii

36、:=15-30v二：-vintl494fb zvk£ z 2.m2xt图6.2双模块并联时单片dc-dc开关电源的改进示意图6. 3. 2模块二电压控制模块电压控制模块使用单机电源时的电压模块，可参考上文第四节。6. 3. 3模块三电压检测模块在双机系统屮，电压检测模块核单机时类似，通过模数转换芯片0809将三路信号，包括单 机外端电压v2,内端电压vi,输出电流i,经过编码输入单片机。图6.3为双电源模块并联输出 的系统示意图。单片机小磁8位编码c关键器件,adc0809输出二极管内侧电压信号输岀二极管外侧（rl两端）电压信号输岀电流（己转化为电压）信号放大图6.3双模块并联电压检

37、测模块示意图6. 3. 3. 1电压采样电路由adc0809 datasheet可知，当0809的+rcf接+5v,接 地时，模数通道输入电压范围应在05v的范围。以单机输出电压v01, v02范围在4.910.1 v估值，可得需设计分压网络，使v01, v02经过分压后，输出在05v的范围，故设计分压网络如下图，其中rl=r3=20kq,r2=r4=i8kqc并将输出分别接在0809的模数通道in0和in1。6. 3. 3. 2电流采样电路同样，为了使输出电压在05v范闱，而电流值经测暈最大值大致为loomv,又考虑到电流 采样对应的电压值小于零，因此，需设计一反向比例放大器，电压增益为50

38、倍。实践中，使用 运算放大器lm741实现，电阻网络中实际取值如下图所示。并将输出接在模数通道in-5o-vcc图6.5双模块并联电流采样电路6. 3. 3. 3 adc0809与单片机的连接电路端口说明：模数通道1n0 一一输入经过分压后的内端电压vi模数通道1n1一一输入经过分压后的外端电压v2模数通道in5输入经过分压后的电流iadd-a、add-b、add-c地址选通用于计算地址7单片机子系统及软件设计（单机dc-dc开关电源）7.1软件功能软件的主要功能有：1）用八按键的判断及响应2）模式的判断及切换3）控制单片机产生pwm信号4）手动与自动调整开坏输出5）电压采样与比较6）电压设点

39、显示7. 2软件总体框架本系统中软件设计的总体框图如图7.1图7.1主程序流程图7. 3主要模块描述7.3. 1定时中断0中断服务程序7. 3. 1. 1函数名timero（） interrupt 1 using 07. 3. 1.2功能描述该模块利用定时器0中断，在定时器0溢出时对定时器重新赋初值，同时进行高低电平的转换，使pl7管脚输出pwm波信号。图7.2算法描述图7.3. 1.3程序流程图7.3定时器0中断服务稈序流程图7.3.2定时中断1描述7.3.2. 1函数名timerl () interrupt 3 using 17. 3. 2. 2功能描述实现5ms秒的硬件定时中断。主要用于

40、：1) 每5ms驱动一次数码管的显示2) 每5ms扫描一次键盘，并判断按键时间长短3) 每5ms读取并启动一次ad08044) 根据期望电压调整开环pwm占空比5）每0.2s根据ad0804的输入与标准值调整闭坏输出占空比6）手动调整开环占空比，并自动设定ad0804标准值7）根据ad0804的输入与标准值自动调整开环占空比7. 3. 2. 3程序流程图7.4定吋器1中断服务程序流程图7. 3. 2. 4数码管的驱动在本系统中采用每5ms间隔对一个数码管进行驱动。digi_scaner为数码管扫描指针，它的值从1到4轮流变换，控制数码管逐一驱动。7. 3. 2. 5长短时间按键的实现由于硬件定

41、时器只能实现短时间的定时功能，可用计数变量來实现长短键功能。本系统中使用keyltimekey4time变量进行计数，400个5ms为2s。当按键按下吋，对应的 计数器开始计数，当按键松开吋，判断计数值，定义大于400为长按键，否则为短按键。同吋为 了防止抖动，短按键的计数值也大于4。7. 3. 2. 6 ad0804 的读写根据硬件连接，可判断ad0804的地址为0x6000将ad0804的读写周期定为5ms,利用5ms的定时中断实现。5ms定时器溢出时，读一次 ad0804,先将ad0804的数据采样进來，再启动ad0804的下一次转换。先忽略前20组数据， 而后采用循环队列的数据结构求和

42、収平均，以减少ad转换时的误差。7. 3. 2. 7开环控制功能实现通过按键扫描获得用户输入的电压设点值并将其显示在数码管上。并根据用户要求计算并修 改相应的pwm信号的占空比。level根据用户的按键，记录用户设点电压。level的初值为0o表示输出4.9v。当按键key1短按时，level加10,即电压值加lv。当按键 key2短按时，icvelv减10,即电压值减lvo当按键key3短按时，level加1,表示电压值加 o.lv,当按键key4短按时，level减1,表示电压值减0.1vo 占空比与设点电压的对应关系，可通过查表outulevel-dutyl得到。7. 3. 2. 8闭环

43、控制功能实现闭环控制中主要包括测试和控制两个部分。测试部分主要是将dc-dc的实际输出电压的编码 读入。控制部分将实际电压编码与应该输出的电压编码进行比较，调整占空比。将用户输入的电 压值读入，通过与实测输出电压不断比较，调整占空比，最终使两者值相等。在数模转换中，记录当前实际输出电压编码的变量uinl将ad0804的数据读入，记录当前实 际输入的电压的编码。通过循环队列平均去噪后得到较准确的uin与用户要求电压的标准编码的 比较，调节占空比。标准电压编码通过读取数组inu得到。为了兼顾系统的稳态性能与动态性 能，对比较值设定一定裕度，并且对不同的裕度设置相应的改变步进。当输出电压大于用户所要

44、 求的值很多(uin>inux+5)时，dutyl减5;当输出电压略大于输出电压设定值(uin>inux+l ) 时,dutyl减1;类似地，对输出电压小于设点时有类似操作。当实际输出的电压值己满足要求时， 则不再对占空比进行调整。7. 3. 2. 9手动调节功能实现通过手动调节占空比，使输出电压准确的达到预期值，并将此时的占空比记录下来，供开环 控制使用，同时以此时的电压作为标准电压通过ad0804记录下來，供闭环控制使用。当按键key2长按时，进入调节模式。当按键key1短按时，占空比分子加1。当按键 key2短按时，占空比分子减1。当按键key3长按时，记录下当前的占空比分子

45、dutyl与ad0804的输入uin,同时level自动加1,准备调节下一个数据。当按键key3短按时，忽略掉对 当前数据的调整,level加lo 占空比分子保存在outu冲，ad0804的输入保存在inu中。7.3.2.10自动调节功能实现顺序的将所有数据通过自动由闭环控制调节占空比，使输出电压准确的达到预期值，并将此 吋的占空比记录下来，供开环控制使用。当按键key2长按时，进入调节模式。当按键key1长按时，开始自动调节。记录当前实际 输出电压编码的变量uinl将ad0804的数据读入，记录当前实际输入的电压的编码。通过平均去 噪后得到较准确的uin与用户要求电压的标准编码的比较，调节占

46、空比。标准电压编码通过读取 数组inu得到。当输出电压大于用户所要求的值时，dutyl减1。当输出电压小于用户所要求的 值时，dutyl加1。输出电压等于用户所要求的值时，dutyl稳定不变。当实际输出的电压值已满足要求时，则不再对占空比进行调整。将当前占空比分子保存至 outu中，同时dutyl加1,开始调整下一个数据。调整完全部53个数据后停止。7. 4其他程序说明7. 4. 1开环测试程序通过手动按键，调节系统开坏占空比dutyl,并将dutyl值显示在7段数码管上；通过测量 dutyl对应输出电压,即可获得 开环输出电压outu与dutyl的对应表outulevel-dutyl7. 4

47、. 2模数转换测试程序通过手动按键，调节系统设点，将ad转换后的编码显示在7段数码管上；通过测量0804模 拟端输入电压va,即可获得ad转换过程中，输入电压inu与输出编码uin之间的对应关系 inulevel-uin8单片机子系统及软件设计（双机dc-dc开关电源并联输出）系统功能概述该系统是将两台电源并联使用，故分为主从两机。其中，主机主要负责通过自身闭环控制，使得外端输出电压满足用户设点值，同时主机负责用户设点的读取，自身电流采样等功能。从机 主要通过双机间的通信，获得主机电流值，并通过与自身电流采样比较实现两台机器间的均流功 能。& 2主机8. 2. 1实现功能1）按键扫描与

48、设点电压设置2）控制单片机产生pwm信号3）电压、电流采样与比较4）主从双机通信5）闭环控制外点电压8.2.2程序模块说明在双机系统中，主机承担着控制外点电压以及向从机发信的任务。其主要功能模块包扌g1）通信模块：设置8255通信芯片，以及双机间的通信协议。2）电压控制模块：调节pwm波占空比实现闭环控制。3）电压检测模块：a/d釆样以及数据处理，检测外点电压，和自身电流值。4）用户界面模块：包括按键扫描，以及设点电压显示。其屮，3、4两个模块与单机电源中的相应模块功能和原理基本一致，不再赘述。下面主要介 绍第1、2两个模块。8. 2. 2. 1通信模块一一设置并联通信芯片82551）8255

49、.pa管脚定义：pa.5pa.o,用以向从机发送设点电压level,因为输出电压为4.910以0为步进，共53 个值，即level w 0, 52,小于2巴故使用6位传送level值足矣。pa.7,用以传送变量m_state,该状态变量用以表示主机状态：当主机外点电压尚未达到既定的设 点电压值，即还处于闭环调整状态时，m_state =0,若已完成闭环调整，m.state =k此变量用以 保证双机轮流工作，以免双机同时相互控制而导致输出出现大波动。2）8255_pb用以向从机发送实测的电流值经a/d转换后的8位编码，用于从机电流控制。3）8255控制字：将pa, pb 口皆设为输岀口，工作方式

50、取方式0,则控制字为0x8（）。4）8255初始化：在系统初始化时，须对8255初始化端口（对应单片机管脚p1.4）给予一较长时间的正脉冲以完成对8255芯片初始化。8. 2. 2. 2电压控制模块一一电压值比较与占空比调整双机系统与单机电源相比，由于须满足0809输入电压范围，输入电压动态范围减半，即编 码空间利用率减半，导致精度不如单机系统，为了解决这个问题提高精度，在电压比较时不再像 单机时那样增加裕度，但为了避免闭环控制时输出电压始终在小范围内波动而不能稳定，使用一 计数器监视输出，当发现输出电压在设点电压两边摆动次数超过10次后，则认为此时闭环调整 已完成，不再改变占空比值，即以当前

51、占空比输出电压。并令m_state=lo在实际操作中，定义变量s,当输出比设点低，则s始终维持0,当输岀大于设点，则s自加。当输出比设点低时检测到s=l,则说明输出经历了一次摆动,计数器counter卄,当counter=10时, 则认为系统己调整完毕。8. 2. 3系统流程图8.2.3. 1主函数图&1主机主函数流程图8.2. 3.2定时器0屮断服务函数同单机电源定时器0屮断服务函数，可参见图6.3。8. 2. 3. 3定时器1中断服务函数图8.2主机定时器1中断服务函数流程图& 3从机8. 3. 1实现功能1）控制单片机产生pwm信号2）电流采样，读取与比较3）主从双机通信

52、8. 3. 2程序模块说明在双机系统屮，主机承担着控制外点电压以及向从机发信的任务。其主要功能模块包括，1）通信模块： 设置8255通信芯片，以及双机间的通信协议。2）电流控制模块：通过比较主机电流与自身电流，调节pwm波占空比3）电流检测模块：a/d采样以及数据处理，检测自身电流值。其屮，第3模块功能与原理可参考主机电压检测模块部分的内容。8. 3. 2. 1通信模块一一8255端口定义及工作方式设定从机上8255的pa, pb管脚定义与主机相同，全为输入端口，工作方式取方式0。故控制字 设为0x92。在系统初始化时，须对8255初始化端口（対应单片机管脚p1.4）给予一较长时间的 正脉冲以完成对8255初始化。8. 3. 2. 2电流