基于STC12系列单片机的串联型开关电源设计与实现-单片机课程设计报告

广西大学单片机及通信接口设计课题名称：基于STC12系列单片机的串联型开关电源设计与实现--单片机控制部分学院计算机与电子信息学院专业通信工程班级通信142班学号1407200134姓名韦杰摘要:

随着电子工业的发展，高频率、高耐压、大功率开关管问世，开关型稳压电源以其自身功耗小、体积小、重量轻，得到越来越广泛的作用。本系统的设计采用STC12C5A60S2单片机作为控制核心，构成一个闭环控制的串联型开关稳压电源。该开关电源为脉冲宽度调制型（PWM），其中，STC12C5A60S2单片机以及其外围器件实现输出电压实时测量、人机交互、按键等功能。关键词：单片机、稳压、开关电源、AD系统方案原理分析：本次模电课程设计的目的是实现一个串联型开关稳压电源，开关稳压电源电路的换能电路将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经LC滤波转换成直流电压。

首先，我们看到原理图中有六个元件，分别是两个电阻，一个电解电容，一个二极管，一个电感，还有一个NPN型的三极管，原理图中虽然只有那么六个简单的元件，却蕴藏着丰富的电路知识。电阻R2的作用主要是用来限流，因为PWM信号是要经过R1流入三极管，而该三极管的集电极最大电流为1.5A，通过R2电阻限流后，可以对电路起到保护的作用，因此需要一个1K的限流电阻；电阻R1的作用是负载电阻，也就是开关电源的输出部分，我们要在这里进行输出电压的采集，然后构成一个闭环的控制系统；二极管为1N4007，是普通的硅整流二极管，它的作用是在三极管截止后，使得整个电流继续构成一个完整的回路，因为三极管截止后，电源就与LC回路以及负载断开了，这时通过一个反接的二极管可以继续保持整个电路构成一个回路，所以该二极管也就是续流的作用。电感与电容构成一个LC滤波电路，以及构成换能电路，在换能电路中，如果电感L数值太小，在导通期间储能不足，那么在截止还未结束时，能量已放尽，将导致输出电压为零，出现台阶，这是绝对不允许的，同时为了使输出电压的交流分量足够小，C的取值应足够大。换言之，只有在L和C足够大时，输出电压UO和负载电阻IO才是连续的，L和C愈大，UO的波形愈平滑。由于输出电流IO是UI通过开关调整管和LC滤波电路轮流提供，通常脉动成分比线性稳压电源要大一些，这是开关型稳压电路的缺点之一；开关管为NPN型三极管，型号为2SC8550，从该三极管的资料上，我们可以知道，当三极管的基极开路时，集电极与发射极有一个反向击穿电压(在资料书上可看到，该最大承受电压为25V），如果超过了最大值，就会把三极管烧掉，该系统的设计的电源电压为5V，整个电路中不会有超过5V电压的部分，因此，选择该三极管作为开关管是合适的。系统框图如下:从上图可以看出，该系统采用闭环控制，通过STC单片机内部输出PWM对开关电源电路进行控制，从而得到一个输出电压，将该输出电压与设定的输入电压进行比较，输出电压大于输入电压就PWM--，输出电压小于输入电压就PWM++，也就是来加减脉宽。2、系统的硬件设计

因为电路比较简单，所以开关电源系统硬件设计没有进行仿真，直接用dxp画图，然后就制作pcb板了。

3、系统的软件设计

开关电源系统的软件设计主要依靠Keil软件进行程序的设计。该系统采用增强型的STC12C5A60S2单片机进行控制，该单片机具有丰富的片上资源，内部集成2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S,即25万次/秒），适合对该开关电源系统进行控制，经过实际的验证，证明采用该单片机控制可以得到一个比较好的结果，该系统的软件设计可以采用不同的算法，但最后的目标都是一样的，实现开关稳压电源的功能。初始化ADC，设置按键和数码管，u16PWM=0,Ts=0;//¸³³õÖµucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,//¹²Ñô¼«0xf8,0x80,0x90};intint_count,c=0,num1=0,num2=0,mode=1,countH,count1,count2,count3,dis;uchardat=0,flag=0;bita=0,b=0;延时函数，//ADC结果读取 voidADC_read(){ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEED|ADC_START|ADCroad; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); while(!(ADC_CONTR&0x10)); ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;//CloseADC dat=ADC_RES;//接收 int_count=dat*5.00*1000/256; countH=int_count/1000; dis=int_count%1000; count1=dis/100; dis=dis%100; count2=dis/10;dis=dis%10; count3=dis/1;}ADC结果读取程序流程图如下：

4、测试方案

测试系统采用单片机与开关电源电路板联调的方法，通过单片机输出PWM信号对开关管的通断进行控制，得到不同大小的输出电压，再通过单片机内部的AD功能对输出电压进行采样，与设定的输入电压进行比较，如果得不到满意的输出，则通过PWM调节输出，经过多次调节，用数码管与按键进行人机互动，实现输入电压以及输出电压的显示。最终获得一个满意的结果。

测试过程中，用万用表进行输出电压的测量，与A/D采样的电压进行比较，看是否准确。5、总结与体会

本次课程设计让自己认识到了自己在硬件与软件设计方面很多的不足。说硬件，就是在画好pcb图，准备打印的时候遇上了困难，设定打印机和调整图纸的细节都不太熟