基于单片机的智能稳压电源设计摘要本智能稳压电源利用16位单片机SPCE061A为控制核心，可预置输出电压值并显示在液晶显示模块（LCD）上，通过其内置的A/D输出对PWM进行调制，再控制大功率开关管导通,再经过滤波输出。
同时通过采样电路将实际输出值反馈到单片机中构成闭环系统，进行比较、调整，提高了电源的输出精度。
输出电压范围为0.01v～10v，而且可以步进调整输出的电压值。
关键词：智能；单片机；PWM调制；稳压电源Design of Smart Power Supply Based on SCMWu Renjie(College of Physics Science and Information Engineering, Jishou University, Jishou,Hunan 416000)AbstractThe 16 Bit SCM SPCE061A was used as the control unit in this design, the output voltage value can be protested form the keyboard and displayed it on the LCD module .At the same time, its built-in A / D converter moderate the output as pulse width moderation(pwm), and switch on the output, after that output through a filter . At the same time the circuit would sample the actual output value and feedback the output to the SCM’s input system, after comparing and adjusting to improve the output accuracy. Output voltage range from 0.01 v to 10v, it can also stepping adjust the output voltage value.Key words:intelligent；SCM；PWM modulation；power supply目录第一章引言 (1)第二章方案论证与设计 (2)2.1 系统整体方案论证 (2)2.2数据采集和处理器选择 (2)2.3 电源供电电路 (2)2.4 显示电路模块 (2)第三章系统总体设计方案及设计框图 (3)第四章系统模块电路分析 (4)4.1 SPCE061A[1]单片机最小系统概述 (4)4.1.1 ADC 的控制 (5)4.1.2 DAC 的控制 (6)4.1.3 IO 端口结构 (7)4.1.4 单片机端口资源的分配 (8)4.2 电压控制电路 (8)4.2.1 ADC、DAC电压调整电路 (9)4.2.2 脉宽调节电路的工作原理 (10)4.2.3 脉宽调制电路参数的选择 (12)4.2.4 开关管输出的电路参数的选择 (13)4.2.5 平滑电容电阻的参数选取 (13)4.3 键盘设计 (14)4.4 液晶显示 (14)4.5 正负电源供电电路 (18)第五章软件流程图 (19)5.1 主程序 (19)5.2 键盘程序 (19)5.3 闭环调整子程序 (20)第六章系统测试和误差分析 (22)6.1 系统功能测试 (22)6.2 系统误差分析 (22)参考文献 (23)附录 (24)结束语 (30)基于单片机的智能稳压电源设计引言第一章引言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。
普通直流稳压电源品种很多, 但均存在以下二个问题: 1) 输出电压是通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。
这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时(如1. 05～ 1. 07V ) ,困难就较大。
另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。
2) 稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。
在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。
但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。
这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。
滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。
传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损.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。
随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,特别是在一些高能物理领域,急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。
现今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。
本课题研究一种以16位凌阳单片机为核心的智能化高精度直流电源的设计, 通过其内置的A/D输出对PWM进行调制，大大提高电源的输出精度，特别适用于各种有较高精度要求的场合。
基于单片机的智能稳压电源设计 方案论证与设计第二章 方案论证与设计2.1 系统整体方案论证方案一：采用A/D 电压放大器直接输出。
电路简单，但是输出电压带负载能力不强，电源电压不稳定。
方案二：采用PWM 调制的开关电源输出，输出电压稳定，并且提供负载能力强。
综上分析，采用方案二。
2.2数据采集和处理器选择因为电压源调节要用到A/D 或者D/A 进行控制电压输出和电压采集。
方案一：采用51系列单片机控制方式。
外加一个A/D 和一个D/A 电路，因为单片机只有8位，所以精度低，并且外加A/D 和D/A ，电路复杂。
成本很高。
方案二：采用凌阳SPCE061A 十六位单片机，处理能力强，I/O 口丰富，可以同时进行键盘控制和LCD 液晶显示。
并且内置了一个10位D/A 和一个10位的A/D ，设计电路简单，并且输出电压精度高，能满足0.01v~10v 、步进0.01v 的要求。
综上分析，采用方案二。
2.3 电源供电电路由于系统电路要求 V 15±、V 5±直流电源供电，而设计独立的正、负电源给系统供电显得不合实际，所以我们采用稳压管7815、7915和7805、7905设计了一个V 15±、V 5±的直流稳压电源电路，如图4.13所示。
考虑到输出电流最大可达到2A ，所以要独立给恒流源电路提供独立的电源电路，如图4.14所示。
2.4 显示电路模块方案一：采用传统的8位数码管（LED ）显示相关信息。
方案二：采用液晶显示器（LCD ）显示相关信息。
以上两种方案中，方案一编程简单，但显示信息量少，功耗较大。
而方案二的液晶显示器属于低功耗器件，显示界面友好，还可以同时显示电流的给定值和实测值，从而系统更具智能化、人性化、直观化。
因此，选择方案二。
基于单片机的智能稳压电源设计 系统总体设计方案及设计框图第三章 系统总体设计方案及设计框图本系统采用的处理器是SPCE061A 十六位单片机，整个系统包括单片机、正负电源供电电路、A/D 转换电压调整、D/A 转换电压调整、PWM 调制，大功率开关电路，滤波电路、采样电路、键盘、LCD 显示等几个部分。
系统框图如图 3.1:以SPCE061A 十六位单片机为控制核心，单片机内置了一个10位的A/D 以及D/A ，首先由4*4键盘键入控制数据，进入单片机，同时将设定值显示在LCD1602上，CPU 运算预置数字大小转换成对应的控制电压，因为D/A 输出电压范围是以0～3.3V 。
如要输出电压为5V ，在程序内部则需要将数值除以3倍输出，再在电路外部放大3倍进行匹配，将匹配过的电压从MC3405输入。
经调制过的脉宽波输出以后,控制由一个大功率的开关管组成的开关电路的导通状态。
由开关管射极输出波型电压上与输出的波型相似，但电流上却大大增大了。
最后通过一个RC 滤波电路将脉宽波滤成直流电压输入。
但输出的电压因为调制电路误差、输出负载的变化。
电压极不稳定，因此有必要对其进行采样比较，达到动态闭环调整的目的。
在采样电路中，与DAC 相同，ADC 的参考电压只能是3.3V ，所以要先对采样的电压进行匹配输入（衰减3倍）,本设计采用电阻串联分压的原理进行衰减。
以输入电压为标准，如果输入电压大于设定的电压值，则减小DA 输出电压一位数值，再采样回位比较，如此循环，直到输入的电压等于设定的电压值或者接近设定的电压值（有时不可能完全相等）。
同理，如果输入电压小于设定的电压，则增大DA 输出电压一位数值，再采样回位比较，如此循环，直到输入的电压等于设定的电压值或者接近设定的电压值。
这样，就能达到闭环反馈的目的。
LCD 显示 键盘 单片机 PWM 调制 D/A 转换 A/D 转换 负载输出 取样电路 信号放大 电压衰减 开关输出 滤波电路图3.1 系统框图电源第四章系统模块电路分析4.1 SPCE061A[1]单片机最小系统概述SPCE061A[2]是继κ’nSP 系列产品SPCE500A 等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。
目前有两种封装形式：84 引脚的PLCC84 封装和80 引脚的LQFP80 贴片封装。
主要性能如下：△16 位κ’nSP 微处理器；△工作电压：VDD 为2.4~3.6V(cpu), VDDH 为2.4~5.5V(I/O)；△CPU 时钟：32768Hz~49.152MHz ；△内置2K 字SRAM、内置32K FLASH；△可编程音频处理；△32 位通用可编程输入/输出端口；△32768Hz 实时时钟，锁相环PLL 振荡器提供系统时钟信号；△2 个16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；△2 个10 位DAC(数-模转换)输出通道；△7 通道10 位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器；△声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能；△系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2κA@3.6V；△14 个中断源：定时器A / B，2 个外部时钟源输入，时基，键唤醒等；△具备触键唤醒的功能；△使用凌阳音频编码SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容纳210 秒的语音数据；△具备异步、同步串行设备接口；△具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；△内置在线仿真电路接口ICE（In- Circuit Emulator）；△具有保密能力；△具有WatchDog 功能由SPCE061A单片组成的核心处理器如图4.1所示：图4.1 SPCE061A单片组成的核心处理器4.1.1 ADC 的控制SPCE061A有8 个10 位ADC通道，其中一个通道(MIC_In)用于语音输入，模拟信号经过自动增益控制器和放大器放大后进行A/D转换。