科技创新第051组组长设计报告

1、摘要：本设计包括了DC-DC 开关电源及其控制系统的主要功能、系统框图，系统硬件以及软班级学号具体负责的工作F08030035080309223总体设计、DC-DC 模块和测试模块硬件部 分的调试、编程、实验数据材料整理F08030035080309236DC-DC 模块和测试模块硬件部分的调试、工艺、实验数据材料整理胡诚诚F08030035080309214控制模块中曲线拟合部分的研究、工艺、实验最终撰写件的设计方法，系统的技术指标，调试分析，针对用户操作的详细说明，对系统中某几个部分的深入扩展研究，心得体会和实物题。等等，包括了与此相关的理论和实践中的各种问：DC-DC；开关电源；开环控制

2、；闭环控制ABSTRACTThis report includes detailed explanations of inner workings of the DC-witchinger supply;which includes the designing and implemenions of its control systems, major functions, requiredhardware and software. The design specifications, plus the debugging prouser instructions manual are al

3、so attachedhe report.s and testing, as well asKEYWORDSDC-witcherSupply；Open-loop Control；Close-loop Control目录1. 概述41.1 编写说明41.2 名词定义42. 系统总述52.1.1 DC-DC 开关电源子系统52.1.2 电压控制子系统：62.1.3 电压测量子系统：62.1.4 单片机子系统：72.2 系统的主要功能73. DC-DC 开关电源子系统的硬件设计83.1 降压型 DC-DC 开关电源子系统83.1.1 主要功能与设计指标83.1.2 基本设计原理83.1.3 主要电路

4、和参数设计103.1.4 专项. 144. 电压控制子系统的硬件设计164.1 主要功能与设计指标164.1.1 主要功能164.1.2 设计指标164.2 基本设计原理164.3 主要电路和参数设计174.3.1 整体框架174.3.2 整流稳压模块174.3.3 基准电源模块184.3.4 有源低通滤波模块194.3.5 信号变换模块205. 电压测量子系统的硬件设计225.1 主要功能与设计指标225.1.1 主要功能225.1.2 设计指标225.2 基本设计原理225.3 主要电路和参数设计225.3.1设计思路23基准电压的设置245.3.25.3.3电路图及设置246. 单片机子

5、系统及设计256.1 单片机系统功能的整体描述25结构概述256.26.3 流程逻辑描述266.4 变量定义287.致谢318.参考文献329.附录 A开发环境339.1 硬件开发339.2开发3310. 附录 B. 34程序11. 附录 C系统操作说明书4211.1 按键控制说明4212. 附录 D测试和分析4312.1 测试项目和方法4312.1.1 降压型 DC-DC 电路模块4312.1.2 开环控制功能4312.1.3 闭环控制功能4412.2 测试的资源4412.3及分析44降压型 DC-DC 电路模块4412.3.112.3.2开环控制功能45闭环控制功能4512.3.313.

6、附录 E课程学习心得和意见建议461. 概述1.1 编写说明本篇为交通大学 2008 级电子信息与电气学生大三第一学期科技创新课程的设计报告，其中详细阐述了有关 DC-DC 开关电源的硬件与设计、开发环境、功能指标以及测试分析方法，旨在全面本实验小组的设计思路和操作过程，总结经验与心得体会，供指导教师在检查评分时参考，亦可作为与同学交流沟通的材料。本文适合电子相关专业以及有一定理论基础的业余电子设计者阅读。1.2 名词定义单片机小系统：单片机即单片微型计算机，是把处理器、器、定时/计数器、输入输出适配器集成在一块集成电路上的微型计算机。与应用在个人电子计算机中的通用型微处理器相比，它更强调自供

7、应（不用外置硬盘硬体）和节约成本。它与其单片机小系统。扩展电路的总和称为开关式稳压电源：采用开关三极管控制的直流稳压电源，可通过调节占空比控制电压输出。 开环控制：将输入信号通过控制器产生控制信号，控制信号直接作用于被控对象，是系统产生预期的输出。1闭环控制：对系统的输出进量，并将它反馈至输入端与输入（预期的输出）进行比较（相减），利用其误差信号对系统进行控制。1标定占空比：自动拟合模式下，以电压为基准点，系统对应该电压值输出模数转换：将模拟信号转化为数字信号。波的占空比。占空比：信号一个周期内所占的比例。过流保护：设定系统电流上限，防止功耗过大，导致元件损坏。开关频率：开关电源中，开关管导通

8、的频率。电压调整率：输入电压变化时，输出电压变化幅度与输入电压变化幅度的比值。纹波：叠加在直流信号上的幅度远远小于直流分量的交流信号。电气： 两部分支路无电气上的直接联系，使相互间的干扰降到最小。缩略语DC(direct current)：直流(Pulse-Width Modulation)：脉宽调制ADC(LPF(loog digital)：模拟-数字转换 ss filter)：低通滤波器2. 系统总述系统组成本次实验内容包括降压型 DC-DC 开关电源两部分，他们分别由开关电源、电压控制、电压测量与单片机四个子系统组成，其中电压控制、电压测量与单片机子系统根据相同的原理。四个子系统关系如图

9、 2.1 所示，单片机通过扁平电缆输出波，经电压控制子系统处理，通过光电耦合器件4n25 控制开关电源的输出电压；电压测量子系统同样通过 4n25 与开关电源子系统连接，它对输出电压进行采样并处理后经扁平电缆反馈给单片机。图 2.1系统组成示意图2.1.1 DC-DC 开关电源子系统DC-DC 开关电源子系统将不太稳定的 20-30V 的DC 输入电压转换为较为稳定的 5-10V 的可调DC 电压。它的元件是TL494。2.1.1.1 降压型开关电源子系统降压型 DC-DC 开关电源子系统的主要功能为将输入的不稳定 2030V 直流电压转换为 510V 稳定可调的直流电压输出。该子系统以 TL

10、494 为元件，三极管 Tip42 为开关，通过开关的通断产生带有可控纹波的稳定电压，通过调节可调电阻即到 510V 的输出。图 2.2 DC-DC 开关电源部分32.1.2 电压控制子系统：电压控制子系统通过对单片机输出的波进行整形滤波，将占空比的变化转化为电压的变化，并通过电气元件与开关电源子系统连接，实现将单片机输出的波转化为可变电压，从而对输出电压进行控制。该子系统由整形、有源低通滤波、信号变换与基准电源 4 个电路模块组。成图 2.3 电压控制部分42.1.3 电压测量子系统：电压测量子系统分为基准电源、信号变换、A/D 转换三个模块，分别以 TL431、4N25 和 ATmega1

11、6ADC 为，将采到的电压信号转化为 10 位数字信号反馈给单片机处理。5 图 2.4 电压测量子系统2.1.4 单片机子系统：单片机子系统配合以上三个子系统，通过实现用户操作界面、开环控制，开环自动拟合以及闭环控制四项功能。用户界面包括数码管显示与按键控制；开环控制中单片机负责计算所需电压对应的占空比，输出相应的波，并可对应输入的电压数据自动进行重新计算拟合，以适应电路变化；闭环控制中单片机控制 ATmega16 ADC 进行采样，并转换成对应的数字信号与标准值比较，然后根据差值对输出占空比进行调整。2.2 系统的主要功能2.2.1DCDC 开关电源TL494 在工作时会产生一个固有的电压V

12、ref，输出的电压反馈与固有电压产生差值经过误差放大，改变输出的反馈电压和 TL494 内固有的参考电压就可改变 PMW 的占空比，使得输入电压在10V 到 30V 之间变化时，输出电压为一稳定值，调节滑动变阻器，可以使得输出电压在 5V10V 之间变化。2.2.2输出电压控制子系统单片机产生的信号做级数展开之后是一个个次数、频率、幅度不同的正弦波的叠加。通过低通滤波器转换为输出直流，从而达到控制开关电源输出电压的目的。2.2.3输出电压测量子系统DCDC 的输出作为 AD 模块的输入电压，AD过输入信号后，立即反馈到单片机，单片机对当前的电压值与预设值相比较控制输出，从而实现闭环控制。2.2

13、.4单片机输出子系统单片机输出子系统主要的功能是通过程序控制输出波，从而达到控制输出电压的目的。同时在电压检测环节中，单片机通过比较实测编码值与预设编码值从而改变输出的波，直至输出稳定。3. DC-DC 开关电源子系统的硬件设计3.1 降压型 DC-DC 开关电源子系统3.1.1 主要功能与设计指标3.1.1.1 主要功能降压型 DC-DC 开关电源子系统的主要功能为将输入的不稳定 2030V 直流电压变换为510V 稳定可调的直流电压输出。此模块既可单独工作，也可与电压控制子系统、电压测量子系统连接，实现开环、闭环功能。单独工作时，用户可以通过调节电压采样支滑动变阻器的阻值来调节输出的电压。

14、3.1.1.2 系统设计指标表 3.1 降压型 DC-DC 开关电源子系统设计指标23.1.2 基本设计原理项目指标输入直流电压20V30V输出直流电压5V10V额定输出电流1A限流值1.1A电压调整率0.5 %电流调整率1%输出电压纹波100mVp-p效率65%截止电流值1.2A图 3.1 降压型 DC-DC 开关电源原理图该子系统的等效电路如图 3.1 所示。系统通过波控制三极管的通断，使电路处于导通和断路两种工作状态。TL494 产生的，其波形如图 3.2 所示：图 3.3 开关频率、纹波示意图23.1.3 主要电路和参数设计3.1.3.1 TL494TL494 的结构与工作原理如图 3

15、.3 所示。Vref 经过分压后从 1IN-端输入误差放大器 1（Errorlifier 1），输出电压的采样值从 1IN+端输入。误差放大器 1 将两者进行比较，当采样电压大于基准电压时，其输出端对VA 进行充电，使 VA 的电压不断升高；当采样电压小于基准电压时，VA 通过恒流源放电，从而VA 的电压不断下降。而 VA 的变化会引起比较器（Comparator）门限的改变，使得比较器输出占空比动态改变的波。结构图3图 3.3 TL494 的TL494 还另外引入了两个关断条件。一是 DTC 端口连接的 Dead-Time Control Comparator，可防止开关管常开，保证在 1

16、个开关周期里至少有Dead-Time 时间是关断的。另一个是误差放大器 2，它能起到输出过流保护的作用，输出电流采样值从 2IN+端输入，原理与误差放大器 1 类似。管脚9图 3.4 TL4941：1IN+ 第一个运放的同相输入端2：1IN-第一个运放的反相输入端3：FEEDBACK运放反馈端4：DTC5：CT6：RT7：GND死区控制振荡器电容端振荡器电阻端接地8：C19：E110：E211：C212：Vcc第一个三极管的集电极第一个三极管的发射极第二个三极管的发射极第二个三极管的集电极工作电源输入13：OUTP14：REF15：2IN-16：2IN+TRL输出控制基准电压输出端第二个运放的

17、同相输入端第二个运放的反相输入端3.1.3.2电路设计图L图 3.5 降压型 DC-DC 开关电源子系统电路图3.1.3.3 元件参数列表表 3.2 降压型开关子系统元件参数表3.1.3.4 元件参数设计(1)工作频率的确定（C3、R7）R1 和 R2 给开关三极管提供合适的工作点， R1=300，R2=100开关三极管能正常工作。C3和 R7决 定 开 关 频 率 ， 选 取 R3=5.1K ， C3=0.01 F ， 振 荡频 率元件元件参数元件元件参数元件元件参数C1470FR351kR100.1C20.1FR41MR115.1kC31000pFR55.1kR12020kC4470FR6

18、8.2kR135.1kC5570FR76.2R1401kR1300R85.1kRL10R2100R9240L1mHR4 与 R5 决定误差放大器的增益 G，取 R4=1M R5=5.1K，放大器 1 同相输入端输入，并与 Vref 经 R5、R8 的分压进行比较，由于放大器两输入端电势差约等于0，所以得到如下等式：(1)增大储能电感值。该方法效果不明显，因为电感的取值范围较小，且增大电感值易产生磁饱和现象。(2)增大开关频率。此方法在一定程度上可以使三极管开关切换更加频繁，从而显著降低纹波值。但若三极管开关过于频繁，因为频率和效率是一对，就会使得效率显著下降，TL494放出大量热量。(3)减小

19、开关管饱和导通深度。适当增大4. 电压控制子系统的硬件设计4.1 主要功能与设计指标4.1.1 主要功能接收单片机输出的占空比可调的信号，对其进行处理后去控制 DC-DC 的输出电压。信号是占空比可调的不稳定 5V由于单片机的供电电源电压不稳定，因此单片机输出的信号，故首先对此波形进行整形得到稳定的 4V信号。而对稳定信号，进行有源 LPF 处理后就得到大小为 4*V 的直流电压信号。直流电压信号再经过信号变换与环节就能转换为控制DC-DC 输出的直流电流信号，而且此环节实现了控制单元（单片机电路）和被控电路（开关电源电路）之间的电气。4.1.2 设计指标输出电压误差绝对值0.05V。4.2

20、基本设计原理该子系统由基准电源、整形、有源低通滤波与信号变换 4 个模块组成。其关系如图 4.1 所示。基准电源模块对 5V 电源进行稳压并分压，输出 4V 稳定电压作为整型电路的稳压源，整型电路将单片机输出的不稳定的信号整型，有源低通滤波模块将起转化为与占空比成正比的直流电流，通过信号变换模块与 DC-DC 开关电源子系统连接，达到控制的目的。图 4.1 电压控制子系统设计图104.3 主要电路和参数设计4.3.1 整体框架整体思路是单片机产生波，先经过整流稳压电路，再经过低通滤波器选出直流分量，再通过光耦合器件耦合到 DCDC开关电源。单片机产生波的部分再设计流程中描述。图 4.2 基本框

21、图4.3.2 整流稳压模块整流稳压电路的作用是将单片机输出的不稳定的波变为稳定的固定为 4V 的波，并将其反相处理。整体的框架如下：图 4.3 整形电路结构图5低通滤波器电路4.3.3 基准电源模块基准电源电路的作用是提供稳定的电压为波提供标准的电平。电路如下图所示：图 4.45电路的器件是 TL431，器件图如下：图 4.5（TL431 datasheet）图 4.6 （TL431 datasheet）6在 TL431 的正负极输入 5V 电压后，REF 脚会输出稳定的 2.56V 电压TL421 的工作特性;最大工作电压 37V工作电流 0.0510mA工作温度650C1500C查阅dat

22、asheet 可知，TL431 在此电路属于 A，B 序列类型，根据资料Vref=2.495VIref=1.8A输出要求是 4V从而计算出在 20Hz 左右。根据模电有关的理论知识，再低通滤波器的设计中一般是先取定 R1 和 R2 的值来计算电容，本实验中由于指定了两个电容为 1uF，故选取电阻 R1R230k。4.3.5 信号变换模块图 4.8 信号变换模块9元件，它相当于一个流控电流源，实现了电压控制子系统与 DC-DC该模块以光电耦合器 4N25 为开关电源子系统的信号变换传递。如图 4.6，4N25 将右侧的电压信号Vin 传递到左侧负载电路，对R12 上流过的电流进行了分流，从而改变

23、输出电压，同时，右侧电压控制子系统的工作不受左侧负载阻抗变化的影响，实现了电气。信号的变换与部分主要采用的是光耦合元件 4N25，：图 4.94 N25 95. 电压测量子系统的硬件设计5.1 主要功能与设计指标5.1.1 主要功能该系统通过对 DC-DC 开关电源子系统的输出电压进行采样，并转化为数字信号，与既定值比较，自动调节控制信号，使系统输出用户通过按键所指定的 510V 电压，实现系统的闭环控制。与开环控制相比，闭环控制可适应 DC-DC 开关电源子系统工作状态在一定程度内的变化，如可调电阻阻值变化，工作温度变化等。5.1.2 设计指标输出电压误差绝对值0.05V5.2 基本设计原理

24、本系统信号变换仍然用的是 ATmega16中的 ADC 功能。DC-DC 开关电源子系统的输出电压经过信号变换输入到单片机中，对于 输入信号进行量化、编码，单片机根据程序中已有的输出电压对应到VA 的编码值，对于输出占空比进行微调，实现对于电压的更精确的控制。图 5.1 电压测量子系统设计图5.3 主要电路和参数设计5.3.1 设计思路方案一:ADC 单端输入图 5.2图 5.3Vout 变动范围约是 510V，VA 的变动范围因此受限，约有一半编码空间未使用，等效为 9 位 ADC方案二：ADC 差分输入图 5.4图 5.5根据科 5 讲座上提供的两种方案,经过比较，采取了方案二。方案二可以

25、改善编码空间的使用效率，用足 10 位 ADC。设计思路如图，通过 TL431 为器件的基准电源电路得到 Vm，通过分压的减法器，得到VM-VA。将得到的 VM-VA 输入 ADC0 端口。得到 VA。然后通过运算放大器为5.3.2 基准电压的设置基准电压如前面的电路，设计VM=2.5v。图 5.6 基准电压因为要求Vm=2.5v=Vref所以取 R1=10k，R2=10k。5.3.3电路图及测试图 5.7 闭环部分电路图可以测得VA-VM 约为 0.2 到 2.7v。基本符合设计要求。6. 单片机子系统及设计6.1 单片机系统功能的整体描述主要功能单片机子系统可配合以上三个子系统，通过实现用

26、户操作界面、开环控制，开环自动拟合以及闭环控制四项功能。用户界面包括数码管与按键及其相关元件，其他元件则合作完成输入数据的处理与计算，已经控制信号的输出。6.2结构概述6.2.1 整体结构通过单片机调度各个模块之间的信息传递与交流，根据用户的要求既相应的按键来单片机系统的工作。6.2.2 开环部分：1开环部分的控制的设计思路：要求数码管显示当前应该输出的电压值，电压可调范围：4.9 -10.1V，可以增加和减少，每次改变量为 0.1V。初始状态的占空比输出设置为初始电压对应的占空比_MIN。以后的占空比输出都以_MIN 为基准，通过电压的增量找到对应的占空比增量，与_MIN 相加从而得到当前电

27、压对应的占空比。2按键定义：按键一：（单片机对应为 KEY1）跳转到初始点压 4.9V 状态。按键二：（单片机对应为 KEY2）跳转到最大电压 10.1V 状态。按键三：（单片机对应为 KEY3）加计算，每按键一次，显示电压值增加 0.1V。按键四：（单片机对应为 KEY4）减计算，每按键一次，显示电压值减少 0.1V。6.2.3 闭环部分：1设计思路：闭环部分相比开环部分主要增加了检测反馈信号并根据反馈信号对输出作微调以达到实际输出AD0809 将实际输与预期输出（即数码管所显示的电压值）理论上没有误差。反馈信号由集成出的模拟量经过量化、编码后转化为数字量作为反馈信号提供给单片机。单片机将反

28、馈信号与预期值相比较，若大于则减小输出（通过减小输出波的占空比实现），若小于则增大输出。直到输出与预期值相同，此时输出稳定。预期电压由用户设定，范围为：4.9V-10.1V。初始值为 4.9V，可以增加和减少，每次改变量为 0.1V。当改变预期电压时，单片机根据电压的增量先将输出占空比增加相应大小的值（以初始电压4.9V 为基准）。该相应大小的值与开环时增量相同在数组keyvalue中。然后再根据反馈信号对输出值进行微调，已达到要求的输出。这样做的目的是为了在预期电压改变较大时，实际输出电压能够较快的接近预期输出电压，减少调整时间。更加符合实际需要。2按键定义：按键一：（单片机对应为 KEY1

29、）跳转到初始点压 4.9V 状态。按键二：（单片机对应为 KEY2）跳转到最大电压 10.1V 状态。按键三：（单片机对应为 KEY3）加计算，每按键一次，显示电压值增加 0.1V。按键四：（单片机对应为 KEY4）减计算，每按键一次，显示电压值减少 0.1V。6.2.4 各环节详细描述：1按键扫描：在 T0 中断程序中进行按键扫描，每 5ms 执行一次，每次按键被按下，对应的 LED 指示灯被点亮，并执行相应的程序。2数码管显示：用函数NUMTOSEG7 将要显示的数字或符号进行 7 段译码，由译码结果驱动数码管显示。驱动程序在 T0 中断中进行，数码管扫描驱动指针值从 1 到 4 重复变换

30、，每 5ms 间隔对一个数码管进行驱动，20ms 一个。虽然事实上四个数码管并非同时被驱动点亮，但由于人眼的视觉暂留，使得看起来四个数码管一直处于被驱动点亮状态。6.3 流程逻辑描述部分共有 2 个中断程序服初始化程序对单片机进行初始化，并对程序的各个变量赋初值。务，其断服务程序 1 的优先级较低，使用定时器 0 触发，每 5 毫秒运行一次；中断服务程序 2的优先级较高，使用定时器 1 触发，运行间隔一次的服务程序 2 中设定。在定时器溢出触发中断服务程序运行之外的时间里，单片机运行主循环。主循环的逻辑流程。先根据按键标志判断有无按键按下，若有按键按下则执行按键服务程序；否则进入下一判断。然后

31、根据开环/闭环标志判断是否为闭环模式，如是则进入闭环控制程序；否则本循环完成，进入下一循环。按键服务程序分别执行各个按键的功能，改变相应的状态标志和数据，如果需要改变显示或占空比，则置位显示刷新和占空比刷新标志，执行显示或占空比刷新。闭环控制程序先判断是否AD 的数据完毕，如是则设置启动下一次 AD 转换，同时根据 AD 数据的平均值计算测量电压的大小；之后根据当前测量电压和设置电压的关系动态调整占空比，实现对输出电压的闭环控制。中断服务程序 1 的逻辑流程如图。先执行刷新数码管显示和按键消抖的服务程序。在闭环模式下，根据 AD 标志以 5 毫秒的间隔的优先级不如服务程序 2 高，故只能AD

32、转换的输出值，并保存在相应变量中。该中断服务程序服务程序 2 之外的中断。中断服务程序 2 的逻辑流程如图，根据状态标志来设定重装值。主程序和中断服务程序之间通过标志位来相互控制，通过一些全局变量来交流数据。这些标志位主要是按键标志、AD 标志，而数据主要是重装值、数码管数据。初始化主循环N按键按下Y标志变量N状态改变Y数据N闭环状态YADN完成Y标志变量N电压差过大Y重装值图 6.1控制用单片机程序流程图6.4 变量定义/ 数码管位和指示灯显示数据变量unsigned char output_sel;中断服务程序 2可控定时N状态标志Y重装初值重装低电平初值其它中断中断服务程序 15 毫秒定

33、时NAD 标志Y读 AD 转换数码管扫描按键消抖手动重装初值调整占空比计算测量电压启动 AD 转换占空比刷新显示数据刷新按键服务程序/ 数码管段显示数据变量unsigned char output_8seg;/ 指示灯驱动信号输出缓存unsigned char led1,led2,led3,led4;/ 数码管扫描驱动指针unsigned char digi_scaner;/ 计数器unsignedtest_counter;/ 计数值十进制表示unsigned char volatile digi4;/ 标志按键已经按下unsignedjudge_down1;unsignedjudge_dow

34、n2;/ 标志按键已经松开unsignedjudge_up;/ 电压计数unsignedvolum =50;/波占空比计数unsigned=0 x02ff;/ 数组计数unsignednumber;/ 存放占空比的数组unsignedtemp51=0 x0315,0 x030f,0 x0308,0 x0300,0 x02fc,0 x02f5,0 x02f1,0 x02e9,0 x02e1,0 x02d8,0 x02d0,0 x02c3,0 x02c0,0 x02b8,0 x02b0,0 x02a8,0 x02a0,0 x0295,0 x0290,0 x0286,0 x027d,0 x0273,

35、0 x026c,0 x0262,0 x025a,0 x0251,0 x0249,0 x0240,0 x0236,0 x022d,0 x0224,0 x0219,0 x0212,0 x0208,0 x01fc,0 x01f4,0 x01e7,0 x01de,0 x1d3,0 x01c8,0 x01ba,0 x01b0,0 x01a2,0 x0195,0 x0188,0 x0179,0 x0169,0 x0159,0 x0149,0 x0135,0 x0120,;/ 存放转换后的电压unsigneddigi_v100;/ 预置标准电压数组unsignedstadrad_v51=513,520,52

36、4,527,528,530,585,605,625,645,1040,1051,1080,1095,1115,1135,1160,1175,1195,1210,1237,1257,1277,1297,1317,1337,1352,1359,1370,1060,1073,1093,1113,1133,1153,1173,1190,1215,1235,1255,1270,1300,1320,1340,1360,1380,1400,1425,1445,1465,1485;/ 50次电压读入计数unsignedcount;/ 50次电压平均值unsignedaverage_v;/ 50次电压总和uns

37、ignedsum_v;7. 致谢这次科技创新5课程是参加过的科创课程中最具有性的，实验过程绝非一帆风顺，意想不到接连出现，如果没有科创各位指导教师和助教的帮助和指导，是不可能在短时间内解决这些问题的。这里特别感谢老师开设的科创讲座对于实验的指导意义的。感谢各位的指导教师对于的帮助。最后再次向在科创5中在实验和设计中给予帮助和指导的人表示最真挚的谢意。8. 参考文献12345华等，工程控制基础，2007交大电子工程系，科技创新5讲座 2：（降压型）DC-DC 部分的设计交大电子工程系，科技创新5讲座 3：（降压型）DC-DC 部分的设计I ，2010II，2010交大电子工程系，科技创新5讲座

38、4：电压控制部分的设计交大电子工程系，科技创新5讲座 5：电压检测部分的设计，2010，2010TL431 DatasheetADC0804 Datasheet交大电子工程系，科技创新5设计作品 测试方法和评分方法，2007第 128 组郑旭平小组科技创新5第 164 组满彤小组科技创新5，2007，200711科技创新5 电子系统的综合设计和实践”课程教学大纲9. 附录 A开发环境9.1 硬件开发表 9.1 硬件开发工具及运行环境9.2开发表 9.2开发工具及运行环境名称运行环境Keil uVi2Windows XPProteus6.7Windows XPISPLAYWindows XPPr

39、o99 SEWindows XPOrigin 7.0Windows XP7.1Windows XP开发工具运行环境直流稳压电源220V 交流电数字万用表示波器220V 交流电电源引线 3 根示波器探头 1 根电烙铁镊子、剪刀、斜口钳、螺丝刀10. 附录 B程序/: M16/ Crystal: 8.0000Mhz#include #include /常量定义/ 1s定时器溢出值，200个5ms#define V_T1s200/变量定义/ 数码管位和指示灯显示数据变量unsigned char output_sel;/ 数码管段显示数据变量unsigned char output_8seg;/ 指

40、示灯驱动信号输出缓存unsigned char led1,led2,led3,led4;/ 数码管扫描驱动指针unsigned char digi_scaner;/ 计数器unsignedtest_counter;/ 计数值十进制表示unsigned char volatile digi4;/ 标志按键已经按下unsigned unsignedjudge_down1; judge_down2;/ 标志按键已经松开unsigned/ 电压计数unsignedjudge_up;volum = 50;/波占空比计数unsigned/ 数组计数unsigned= 0 x02ff;number;/ 存放

41、占空比的数组unsignedtemp51=0 x0315,0 x030f,0 x0308,0 x0300,0 x02fc,0 x02f5,0 x02f1,0 x02e9,0 x02e1,0 x02d8,0 x02d0,0 x02c3,0 x02c0,0 x02b8,0 x02b0,0 x02a8,0 x02a0,0 x0295,0 x0290,0 x0286,0 x027d,0 x0273,0 x026c,0 x0262,0 x0 25a,0 x0251,0 x0249,0 x0240,0 x0236,0 x022d,0 x0224,0 x0219,0 x0212,0 x0208,0 x01f

42、c,0 x01f4,0 x01e7,0 x01de,0 x1d3,0 x01c8,0 x01ba,0 x01b0,0 x01a2,0 x0195,0 x0188,0 x0179,0 x0169,0 x0159,0 x0149,0 x0135,0 x0120,;/ 存放转换后的电压unsigneddigi_v100;/ 预置标准电压数组unsignedstadrad_v51=513,520,524,527,528,530,585,605,625,645,1040,1051,1080,1095,1115,1135,1160,1175,1195,1210,1237,1257,1277,1297,13

43、17,1337,1352,1359,1370,1060,1073,1093,1113,1133,1153,1173,1190,1215,1235,1255,1270,1300,1320,1340,1360,1380,1400,1425,1445,1465,1485;/ 50次电压读入计数unsigned/ 50次 unsigned/ 50次 unsignedcount;电压平均值average_v;电压总和sum_v;/函数定义/7段数码显示译码参数：DATA： 需要显示的数字或符号；返回值： 7段译码结果 ( D70 = PGFEDCBA )unsigned char NUMTOSEG7(u

44、nsigned char DATA) unsigned char AA;switch(DATA)case case case case case case case case case case case case case case0:1:2:3:4:5:6:7:8:9:AA=0 xc0;break; AA=0 xf9;break; AA=0 xa4;break; AA=0 xb0;break; AA=0 x99;break; AA=0 x92;break; AA=0 x82;break; AA=0 xf8;break; AA=0 x80;break; AA=0 x90;break;/012

45、3456789ABCD10:11:12:13:AA=0 x88;break; AA=0 x83;break; AA=0 xc6;break; AA=0 xa1;break;case case case case case14: AA=0 x86;break;15: AA=0 x8e;break; -:AA=0 xdf;break; _:AA=0 xf7;break; :AA=0 x reak;/EF破折号下划线消隐default: AA=0 xff;return(AA);unsigned charseg,unsigned char sel)unsigned char i;/先将 sel 数据送

46、74hc595 PORTA &= (1PA7);for (i=0;i8;i+)/ PA7=0; rclk=0if (sel & PORTA &=elsePORTA |=0 x80) = 0)(1PA5);/最送 U2 SER 端/ PA5=0(1PA5);/ PA5=1PORTA &= (1PA6); PORTA |= (1PA6);/PA6=0/PA6=1srclk=1，产生移位时钟信号sel = 1;/sel一位/再将 seg 数据送74hc595 for (i=0;i8;i+)if (seg & PORTA &=elsePORTA |=0 x80) = 0)(1PA5);/最/PA5=0

47、送 U2 SER 端(1PA5);/PA5=1PORTA &= (1PA6); PORTA |= (1PA6);/PA6=0/PA6=1srclk=1，产生移位时钟信号seg = 1;/seg一位PORTA |= (1PA7); PORTA &= (1PA7);/PA7=1; PA7=0;rclk=1rclk=0，产生锁存输出信号PORTA = 0 x00;void port_init(void)void display_led(DDRA PORTB DDRB PORTC DDRC PORTD DDRD=0 xE0;0 x00;0 x00;0 xf0; 0 x00;0 x00;0 x00;/P

48、A口PA7、PA6、PA5为输出/PC口/PC口PC7、PC6、PC5、PC4接上拉电阻为输入/TIMER0initialize -prescale:256/WGM: Normaldesired value: 200Hzactual value: 200.321Hz (0.2%)void timer0_init(void)TCCR0 TCNT0 OCR0 TCCR0=0 x00;0 x64;0 x9C;0 x04;/stop/set count/set compare/start timer/timer1模式7初始化代码 void timer1_init(void)DDRD |= (1PD4)

49、 | TCCR1B = 0 x00; OCR1A = 0 x00ff;(1PD5);/OC1A 、OC1B设置输出OCR1B = TCCR1A = TCCR1B =;0 xb3; 0 x0b;/ADC初始化void adc_init(void)ADMUX = 0 xc9;ARA = 0 x86;ISR(TIMER0_OVF_vect) /定时器0 5ms溢出中断TCNT0 = 0 x64; /reload counter valueA ARA = 0 x86; RA = 0 xC6;digi_vcount = ADC; /转换电压sum_v = sum_v + digi_vcount; cou

50、nt+;if (count = 100)count = 0;average_v = sum_v/100; sum_v = 0;/*if (average_v 512)average_v = average_v + 1024;if (average_v =5) digi_scaner = 1; output_sel=led1*16+led2*32+led3*64+led4*128; /四个发光管送高四位switch (digi_scaner)case1:/ 取第一个数码管显示数据output_sel += 1;output_8seg = NUMTOSEG7(digi0); break;case2

51、:/ 取第二个数码管显示数据output_sel += 2;output_8seg = NUMTOSEG7(digi1); break;case3:/ 取第三个数码管显示数据output_sel += 4;output_8seg = NUMTOSEG7(digi2); break;case4:/ 取第四个数码管显示数据output_sel += 8;output_8seg = NUMTOSEG7(digi3); break;display_led(output_8seg,output_sel); /串转并输出/call this routine to initialize all periph

52、eralsvoid init_devi/stop errant(void)errupts until set upcli(); /disable all port_init(); timer0_init();erruptsMCUCR GICR TIMSK SREG=0 x00;0 x00;0 x01; /timer 0 x80;errupt soursei(); /re-enable adc_init();/ADC初始化errupts/all peripherals are now initializedmain()init_devi while(1)();/ * 检测到按键被按下（0）时，相

53、应的指示灯亮（0）*/ 主循环，本例中，在T0中断服务程序未被执行的空余时间里，处理机在以下程序中不断循环/检测 SW1if (PINC&(1PC4)=0)led1 = 0;/PC4,C口第4位elseled1 = 1;/检测 SW2if (PINC&(1PC5)=0)led2 = 0; judge_down2 =else/PC5,C口第5位1;led2 = 1;if (judge_down2 = 1)if (PINC&(1PC5)!=0) /PC4,C口第4位judge_down2 = 0; volum-;number-;=digi3 digi2tempnumber;= volum - (v

54、olum/10)*10;= volum/10;/检测 SW3if (PINC&(1PC6)=0) /PC6,C口第6位led3 = 0;judge_down1 = 1;elseled3 = 1;if (judge_down1 = 1)if (PINC&(1PC6)!=0) /PC4,C口第4位judge_down1 = 0; volum+; number+;=digi3 digi2tempnumber;= volum - (volum/10)*10;= volum/10;/检测 SW4if (PINC&(1PC7)=0) /PC7,C口第7位led4 = 0;elseled4 = 1;time

55、r1_init();11. 附录 C系统操作说明书11.1 按键控制说明图 11.1 按键按键一：（单片机对应为 KEY1）跳转到初始点压 4.9V 状态。按键二：（单片机对应为 KEY2）跳转到最大电压 10.1V 状态。按键三：（单片机对应为 KEY3）加计算，每按键一次，显示电压值增加 0.1V。按键四：（单片机对应为 KEY4）减计算，每按键一次，显示电压值减少 0.1V。12. 附录 D测试和分析12.1 测试项目和方法12.1.1 降压型 DC-DC 电路模块表 12.1 DC-DC 模块单独测试和评分1112.1.2 开环控制功能表 12.2 开环控制及特性曲线拟合测试和评分11

56、项 目评分说明测试方法或条件输出电压控制精度（10分）设点电压A1 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值 0.05V，多扣 1 分断开电压测量回路；输入 30.0V0.1V；开始测试前可给予 10 分钟准备；开始测试时，任意指定 3 个电压分别作为设点电压设点电压B1 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值 0.05V，多扣 1 分设点电压C1 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值 0.05V，多扣 1 分工艺（5 分）满分要求：在各项指标良好的前提下，焊点匀称可靠，元件装列整齐，走线清晰不杂乱评分项 目评分说明测试方法或条件输出电压可调范围（5 分）最低输出 5.0V；最高输出 1

57、0.0V上下限之一不达标，扣 2 分；上下限均每不达标，扣 5 分输入 30.0V0.1V人工调整相应电位器输出纹波（5 分）小于 100mV超过限值扣 2 分；每超过限值20mV，多扣 1 分输 入 30.0V0.1V ； 输 出 10.0V0.1V；TDS 系列 60MHz带宽示波器，探头 X10，Y 向 20或 50mV 档效率（5 分）大于 65%超过限值扣 2 分；每超过限值2 个百分点，多扣 1 分输 入 30.0V0.1V ； 输 出 10.0V0.1V；测量输入电压、输入电流、输出电压，负载以 10计。电压调整率（5 分）小于 1%超过限值扣 2 分；每超过限值0.1 个百分点

58、，多扣 1 分输出 10.0V0.1V ；输入 20. 0V0.1V 到 30.0V0.1V；工艺（5 分）满分要求：在各项指标良好的前提下，焊点匀称可靠，元件装列整齐，电感绕制做工良好评分特色（指标特别优异，或其他自创设计）可自行提出，由老师验证。测试时只不评分，总评时酌情考虑加分。对测试中出现的其他情况，将适当。对输出电压有过大波动等异常情况，酌情扣分。12.1.3 闭环控制功能11表 12.3 闭环控制测试12.2 测试的资源硬件资源：直流稳压源 1 台，示波器 1 台，数字万用表 1 个，电源线 3 根，示波器探头 1 根，螺丝刀 1 把，220V 交流电源测试环境：科技创新12.3及

59、分析12.3.1 降压型 DC-DC 电路模块表 12.5 降压型 DC-DC 电路模块项 目分析项 目（评分说明）测试条件输出电压控制绝对精度（10 分）设点电压A1 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值0.05V，多扣 1 分接入电压测量回路；输入 30.0V0.1V；开始测试前可给予10 分钟准备；开始测试时，任意指定 3 个电压分别作为设点电压；实际输出的 3 个电压值。调偏R14，重做指定电压的测试；调偏后系统控制应在 30 秒内达到稳定供测量。设点电压B1 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值0.05V，多扣 1 分设点电压C1 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值0.

60、05V，多扣 1 分输出电压自动调整的精度（10 分）设点电压A 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值0.05V，多扣 1 分设点电压B 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值0.05V，多扣 1 分设点电压C 0.05V超过限值扣 2 分；每超过限值0.05V，多扣 1 分工艺（5 分）满分要求：在各项指标良好的前提下，焊点匀称可靠，元件装列整齐，走线清晰不杂乱评分特色（指标特别优异，或其他自创设计）可自行提出，由老师验证。测试时只不评分，总评时酌情考虑加分。对测试中出现的其他情况，将适当。对输出电压有过大波动等异常情况，自动调整稳定期超时，酌情扣分。特色（指标特别优异，或其他自创设计