单片机硬件系统设计 原则
●单片机硬件系统设计原则 ●一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单 元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 ●系统的扩展和配置应遵循以下原则： ● 1、尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基 础。 ● 2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行 二次开发。 ● 3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则 是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。 ● 4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统 中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 ● 5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷 电路板布线、通道隔离等。 ● 6、单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增 设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 ● 7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大， 也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现，如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH 存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。 ●单片机系统硬件抗干扰常用方法实践 ●影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结 构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。 ●形成干扰的基本要素有三个： ●（1）干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地 方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。 ●（2）传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线 的传导和空间的辐射。 ●（3）敏感器件。指容易被干扰的对象。如：A/D、 D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器 等。 ● 1 干扰的分类 ● 1.1 干扰的分类 ●干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分 类。按产生的原因分： ●可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。 ●按传导方式分：可分为共模噪声和串模噪声。 ●按波形分：可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。 ● 1.2 干扰的耦合方式
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主 要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每 一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器(板载的10W降压Buck 变换器)。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在 系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙 之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使 用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。 更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+5.0V 额定输出电流： 2.0A 过电流限制： 3.0A 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +5.0V*2A=10.0W(最大) 输入功率： Pout/估计效率=10.0W／0.90=11.1W 功率开关损耗 (11.1W-10W) * 0．5=0.5W 续流二极管损耗： (1l.lW-10W)*0.5=0.5W 输入平均电流 低输入电压时 11.1W／10V=1.1lA 高输入电压时： 11.1W／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
单片机控制开关电源 单片机控制开关电源,单从对电源输出的控制来说,可以有几种控制方式. 其一是单片机输出一个电压(经DA芯片或PWM方式),用作电源的基准电压.这种方式仅仅是用单片机代替了原来的基准电压,可以用按键输入电源的输出电压值,单片机并没有加入电源的反馈环,电源电路并没有什么改动.这种方式最简单. 其二是单片机扩展AD,不断检测电源的输出电压,根据电源输出电压与设定值之差,调整DA的输出,控制PWM芯片,间接控制电源的工作.这种方式单片机已加入到电源的反馈环中,代替原来的比较放大环节,单片机的程序要采用比较复杂的PID算法. 其三是单片机扩展AD,不断检测电源的输出电压,根据电源输出电压与设定值之差,输出PWM波,直接控制电源的工作.这种方式单片机介入电源工作最多. 第三种方式是最彻底的单片机控制开关电源,但对单片机的要求也最高.要求单片机运算速度快,而且能够输出足够高频率的PWM波.这样的单片机显然价格也高. DSP类单片机速度够高,但目前价格也很高,从成本考虑,占电源成本的比例太大,不宜采用.
廉价单片机中,AVR系列最快,具有PWM输出,可以考虑采用.但AVR单片机的工作频率仍不够高,只能是勉强使用.下面我们具体计算一下AVR单片机直接控制开关电源工作可以达到什么水平. AVR单片机中,时钟频率最高为16MHz.如果PWM分辨率为10位,那么PWM波的频率也就是开关电源的工作频率为16000000/1024=15625(Hz),开关电源工作在这个频率下显然不够(在音频范围内).那么取PWM分辨率为9位,这次开关电源的工作频率为16000000/512=32768(Hz),在音频范围外,可以用,但距离现代开关电源的工作频率还有一定距离. 不过必须注意,9位分辨率是说功率管导通-关断这个周期中,可以分成512份,单就导通而言,假定占空比为0.5,则只能分成256份.考虑到脉冲宽度与电源的输出并非线性关系,需要至少再打个对折,也就是说,电源输出最多只能控制到1/128,无论负载变化还是网电源电压变化,控制的程度只能到此为止. 还要注意,上面所述只有一个PWM波,是单端工作.如果要推挽工作(包括半桥),那就需要两个PWM波,上述控制精度还要减半,只能控制到约1/64.对要求不高的电源例如电池充电,可以满足使用要求,但对要求输出精度较高的电源,这就不够了.
！ 题目：可调稳压器 大功率可调开关电源 指导老师：陈德胜 队员及年级：罗国颖徐业刘胜玥张军光王凤华李飞（2007级） 学校及院系：陕西理工学院物理系 摘要 本系统稳压与限流部分均用TL494控制，系统层次简洁明了，电路结构简单且所采用电子元件均是常用的，市场上均有销售，使电路实现更具有可行性。本系统电压可调范围0—33V，电流可调范围0—5A，最大输出功率120W，整机效率63.99%。主要适用于对输出电流和输出功率要求大，但对电压调整率和负载调整率不是很高的电子设备。由于采用了开关式控制，为了提高效率,调整管就要用高频开关管。又因为输出电流要求大，所以我们采用复合的方式。经过考虑，我们采用了IRFP9240高频开关场效应管和2SC3320高频开关三极管复合而成。在实际设计过程中，可调电压部分我们采用了LM317作为可调基准与TL494内部的误差放大器构成误差放大环节；可调电流部分，我们利用TL494内部的控制比较放大器和其内部基准电压组成误差放大环节，电路简单而性能优越。在输出电压和电流显示方面，我们采用高精度数字表头；在散热方面我们采用风扇和金属散热板辅助。 一、0V~+33V稳压电源 1、方案选择 （1）串联式稳压电源方式 我们首先想到的是用三端可调稳压器先提供稳定电压和小电流，再经过三极管扩流方式达到大功率输出。且集成可调稳压器具备了各种保护功能，所以外围电路就可简化。但由于本系统要求输出电压范围较大，电流也大，这种方式的输出电流与流过集成可调稳压器电流相同，当输入与输出压差太大时，集成可调稳压器的发热量也相当大，也降低了效率。若选此种方案，应考虑采用换档切换调压方式，以减少输入与输出电压差。但这样未免增加了系统的复杂性，效率同样难以达到理想效果。 （2）开关电源方式 这种方式的电源效率高，但一般纹波较大。而我们要求的重点是高效率，所以根据实际情况，综上后，我们决定采用了方案（2）。经过此选择，开关控制方式采用PWM，而控制IC采用TL494。 电路结构图如下图所示 (电路结构图)
基于PS D系列芯片的单片机电路设计 王小梅 (安徽电力中心调度所,合肥230061) 摘要 简要介绍了如何使用PSD芯片来构成单片机系统的硬件电路。 关键词 PSD系列芯片 单片机 电路设计 中图分类号 T P13 C ircu it D esign i ng of Si ngle-Ch ip Processors Ba sed on PS D Fam ily Ch ips W ang X iaom ei (A nhu i E lectron ic P o w er Cen tra l,H ef ei230061) Abstract T h is paper in truduces how to design the circu its of single2ch i p p rocesso rs w ith PSD ch i p s. Keywords PSD fam ily ch i p s Single2ch i p p rocesso rs C ircu it design ing 1 传统的单片机系统的硬件构成对于传统的工业控制单片机系统的硬件构成来说,尽管典型的微控制器(如:8031,8098, 90C32,Z8,M68010,TM S320CXX等)内部已集成了计数器、小量的RAM和ROM以及有限的I O能力,但大多数的微控制器仍需外加EPROM、RAM、I O端口和存储器空间译码逻辑,有时还需外加锁存器对来自多路复用地址 数据总线的地址和数据进行分离。电路的设计者不得不根据各自的需要来选用芯片构成自己所要设计的电路,一旦电路设计完成,如果要进行修改则比较麻烦,如果采用以PSD系列芯片作为单片机的外围芯片就可以使上述问题得到很好的解决。 2 采用PSD芯片的单片机系统的硬件构成 W S I公司生产的一种高性能的现场可编程的微控制器外围集成电路(PSD)系列,将E PROM、RAM、PLD、地址锁存器和I O口集成在单一的芯片上。随着PSD系列芯片的出现和发展,设计者不必再费尽心思地考虑需要哪些离散器件来构成系统所需的存储器、译码电路、端口和地址锁存器了。这种芯片内功能的高度集中,使得小型系统的组件可降低到只有两个芯片:一片微控制器和一片PSD芯片。这种硬件设计的二片方案,既可简化电路设计,节省印制板空间,缩短产品开发周期,又可增加系统可靠性,降低产品功耗。当然,对于较大的系统,可配置多个PSD芯片,而不需要外加逻辑线路。将两个或多个PSD芯片通过水平级联(以增加总线宽度)或垂直级联(以增加子系统深度),来增加该系统的存储器空间、I O 端口和片选信号,用以达到系统所需的要求。 3 PSD系列芯片的内部结构和功能简介 PSD系列芯片(主要有PSD3、PSD4、PSD5、PSD6、PSD8、PSD100等)系列,目前 半导体技术1999年8月第24卷第4期
哈尔滨剑桥学院 毕业设计 论文题目：基于单片机控制的开关电源的设计 学生：孙中凯 指导教师：李德胜高级工程师 专业：电气工程及其自动化 班级： 12级电气2班 2016年5月
毕业设计（论文）审阅评语
毕业设计（论文）答辩评语及成绩
基于单片机控制的开关电源的设计 摘要 电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术，随着科学技术的发展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。他对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠的电源起着关键作用。 本文设计主要目的是实现一个单片机控制开关电源，所以在这次设计中使用了单片机实现。在这次设计文档中，详细阐述了开关电源与线性电源的比较，总体结构设计，通过键盘预置期望输出电压值，模/数转换器对输出电压进行采样，由软件控制单片机输出相应的脉冲宽度，对开关电源进行脉宽调制，输出预期的电压。并采用PID算法控制输出电压稳定，构成可输出12v到0v的可调节电压，并显示实时预置值与电压。 关键词：财开关电源；半导体；PID算法；闭环控制；数控
目录 摘要.................................................................................................................................................. I 1 绪论 (1) 1.1 课题环境背景 (2) 1.1.1绿色节能型开关电源 (2) 1.1.2 智能化数字电源 (1) 1.1.3 可编程开关电源 (1) 1.2 电源技术的发展与方向 (2) 1.2.1 线性电源和开关电源 (2) 1.2.2 电源技术的发展方向 (2) 1.2.3 开关电源的市场前景和研究现状 (3) 1.3 本文研究主要内容 (3) 2 系统方案设计 (4) 2.1 开关电源工作原理 (4) 2.2 开关电源与线性电源的比较 (4) 2.2.1 线性电源的缺点 (4) 2.2.2 开关电源的优点 (4) 2.3 系统方案论证 (5) 2.3.1 方案1 (5) 2.3.2 方案2 (5) 2.3.3 方案3 (6) 2.3.4 方案分析 (6) 2.3.5 总体结构设计 (6) 2.4 系统难点分析 (7) 2.4.1 如何提高电源工作频率 (7) 2.4.2 储能电感的绕制 (8) 2.4.3 标度转换技术 (9) 2.5 开关变换器结构分析与选择 (9) 2.5.1 降压变换电路分析 (9)
基于PWM的高压可调大范围开关电源设计与实现 摘要：设计实现了一个高压可调大范围的开关电源，采用ARM7微处理器作为 电源的控制器完成ADC变换及相关算法运算，产生脉冲编码调制PWM实现对调 整管的控制，利用彩电高压包作为高压脉冲变压器。经过MATLAB/SIMULINK仿真，验证了电路方案的可行性，经过测试表明：输出电压可以在1000V～20KV范围内 连续可调，负载电流为0～5mA, 且具有体积小、成本低、宽范围、智能化的特点，可以满足蔬菜叶面害虫的防控需要，也可以应用到类似指标的领域。 关键词：开关电源；微处理器；高电压；蔬菜害虫；物理防控 1 引言 电源是物理农业中用于杀菌消毒、灭虫、防控农作物害虫等方面的重要设备，目前电源主要有两大类，线性电源和开关电源[1]。 线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再 经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流 电压。线性电源因调整管工作于放大状态（线性工作区域）而得名；线性电源技 术很成熟，制作成本较低，输出电压文波较小可以达到很高的稳定度，自身的干 扰和噪声都比较小，但由于工频(50Hz)时变压器的体积比较大且笨重造成电源整 体体积较大且笨重,更主要的是电源效率较低(一般满载工作的效率只有80%左右)，且输入电压范围较小；总的来讲，线性电源的优点是性能稳定，没有高频纹波等 干扰。线性电源的缺点是发热功耗大、能源利用率低，没有超大功率的电源供选择。开关电源（Switch power supply）是指用于电压调整管工作于饱和区和截止区，即开关状态的[2-4]。 开关电源可以具有较高的工作频率,脉冲变压器的体积可以做的较小,重量轻, 结构简单、成本低、效率高（效率可达90%以上)，在很多场合已经替代了线性电源, 虽然输出纹波较线性电源大些，但可以通过滤波措施降低,是电源发展的趋势。高频率、高电压、数字化是各个领域开关电源发展的趋势[5-7]。 因此，根据资助本论文研究的科技攻关项目的研究需要，针对灭除蔬菜叶面 害虫系统的关键组成部分采用的高压电场，设计实现基于脉宽调制技术PWM的 一个高电压大范围可调开关电源，并采用微处理器作为控制核心，主要是将一般 电瓶电压12V直流电升高到1000V～20kV直流电，根据需要可调输出电压大小， 以满足高压电场灭除蔬菜叶面害虫的需要。 2 开关电源方案设计 开关电源的工作过程： PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制开关电源是 让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的 伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/ 功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗[5-6]。 PWM开关电源主要是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电 压幅值的脉冲电压来实现的。PWM脉冲的占空比由开关电源的控制器根据需要 进行调节。 通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出电压值。将绕组输出的交流波 形经过整流滤波后就得到需要的直流电压。 控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很 类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调 节器相同。
基于单片机C8051F410的精确信号模拟电路设计 引言 在对某型发射装置进行检测时．需要提供三组以11.50伏为基准的精确直流电压信号。为配合测试流程，这三组信号需要在不同的时段取18个不同的直流电压值，幅度分布在9.33-12.13伏范围之内。原有的测试仪采用22个精密电阻组成的分压器，配合波段开关选择来产生这18种不同的精确直流电压信号。这种设计方法价格昂贵，并且不能实现自动化检测，需要通过手工拨动波段开关来实现测试步骤的转换。为了实现对发射装置的自动测试。采用微机技术设计了新型的检测仪。新的检查仪以CPU模块为核心，通过程序控制D/A转换器来产生这三组精确直流电压信号，简化了设计，降低了成本，实现了测试步骤的自动切换。但是在检测仪的使用过程中发现经常出现重测合格 (RTOK)现象，即检测仪测定某件装备不合格，但是更换仪器或重新开机后再对该装备进行测试时结果良好．这种状况严重影响装备单位的使用和维护。后经分析．认为主要是检测仪中产生这三组精确信号的模拟电路存在工作点漂移问题，精度不高。电压输出不稳定，从而导致测试状态不正确。为了解决这个问题，本文基于C8051F410单片机。采用PWM调制技术和负反馈测量技术设计了～种新的精确信号模拟电路，有效抑制了工作点漂移问题提高了模拟电路输出精度．解决了装备维护使用工作中存在的实际问题。 1 电路结构及原理 电路设计采用了闭环控制结构，如图l所示。电路以C8051F410单片机为核心．通过程序设定需要输出电压的初始参数，控制单片机内部的可编程计数器阵列(PCA)产生适当占空比的PWM波形，经二级信号放大电路和推挽式输出电路放大后得到精确直流电压信号。为了抑制-亡作点漂移并保证足够的输出精度，将输出信号经分压后引回至C8051F410单片机，利用单片机内部的数/模转换器测量该电压，并与初始设定参数相比较．通过程序调节PWM波形的占空比．从而得到具有高可靠性和较高精度的直流电压输出信号。 图1电路结构框图 本电路的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方渡周期的前提下．通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而得到所需要的电压信号。本电路所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这
四川现代职业学院《单片机原理及应用》课程设计红绿灯实训报告 题目：红绿灯项目设计报告 系别：电子信息技术系 专业：电子信息工程技术 组员：贺淼、纪鹏、邵文稳 指导老师：陶薇薇 2014年7月12日
摘要 交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。本系统采用STC89C52点单片机以及数码管为中心器件来设计交通灯控制器，实现了南北方向为主要干道，要求南北方向每次通行时间为30秒，东西方向每次通行时间为25秒。启动开关后，南北方向红灯亮25秒钟，而东西方向绿灯先亮20秒钟，然后闪烁3秒钟，转为黄灯亮2秒钟。接着，东西方向红灯亮30秒钟，而南北方向绿灯先亮25秒，然后闪烁3秒钟，转为黄灯亮2秒钟，如此周而复始。 软件上采用C语言编程，主要编写了主程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。
目录 （一）硬件部分--------------------------- 3 1.1 STC89C52芯片简介-----------------------3 1.2 主要功能特性---------------------------4 1.3 STC89C52芯片封装与引脚功能-------------5 1.4 基于STC89C52交通灯控制系统的硬件电路分析及设计-------------------------------------------10 （二）软件部分----------------------------14 2.1 交通灯的软件设计流程图-----------------14 2.2 控制器的软件设计-----------------------15 （三）电路原理图与PCB图的绘制-------------16 3.1 电路原理图的绘制（见附录二）----------16 3.2 PCB图的绘制（见附录三）---------------16 3.3 印刷电路板的注意事项------------------16 （四）调试及仿真---------------------------------------19 4.1 调试----------------------------------19 4.2 仿真结果------------------------------20 （五）实验总结及心得体会---------------------------21 5.1 实验总结-----------------------------------------------21 5.2 实验总结-----------------------------------------------22 附录程序清单---------------------------22
基于单片机控制的开关电源设计 系部：电子与通信工程系 姓名：龚倩倩 专业班级：电信10D1 学号： 102222105 指导老师：邵雯 2012年9月21日
声明 本人所呈交的基于单片机控制的电源开关设计，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：
【摘要】 开关电源体积小、效率高，被誉为高效节能电源，现己成为稳压电源的主导产品。随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。 本文介绍了一款基于PWM技术的DC-DC开关稳压电源,用proteus仿真,输出纹波小，电压稳定可靠. [关键词]：开关电源，DC-DC，单片机，proteus [Abstract]: The small size of the switching power supply, high efficiency, known as energy-efficient power supply, has now become the leading products of the regulated power supply.With the wide application of switching power supplies in computers, communications, aerospace, instrumentation and household appliances, people growing their demand and higher power efficiency, size, weight, and reliabilityrequirements. Switching power supply for its high efficiency, small size, light weight advantages in many ways to gradually replace the inefficient, clunky, heavy linear power. This article describes a DC-DC switching power supply based on PWM technology, with proteus simulation output ripple voltage is stable and reliable. [Keywords]: switching power supplies, DC-DC, single-chip, proteus
一种输出电压4～16V开关稳压电源的设计（转载)4-16V可调开关电源） 2007-05-14 19:50 转载)4-16V可调开关电源 wenyin 发表于 2006-11-16 17:09:00 一种输出电压4～16V开关稳压电源的设计 薛红兵 (信息产业部电子第二十研究所，陕西西安 710068） 摘要：介绍一种采用半桥电路的开关电源，其输 入电压为交流220V± 20％，输出电压为直流 4～ 16V，最大电流 40A，工作频率 50kHz。重点介绍了该电源的设计思想，工作原理及特点。 关键词：脉宽调制；半桥变换器；电源 1 引言 在科研、生产、实验等应用场合，经常用到电压 在 5～ 15V，电流在 5～ 40A的电源。而一般实验用电源最 大电流只有 5A、 10A。为此专门开发了电压 4V～ 16V连续 可调，输出电流最大 40A的开关电源。它采用了半桥电路，所选用开关器件为功率 MOS管，开关工作频率为 50 kHz，具有重量轻、体积小、成本低等特点。 2 主要技术指标 1）交流输入电压AC220V± 20％； 2）直流输出电压 4～ 16V可调； 3）输出电流 0～ 40A； 4）输出电压调整率≤ 1％； 5）纹波电压Up p≤ 50mV； 6）显示与报警具有电流 /电压显示功能及故障告警指示。 3 基本工作原理及原理框图 该电源的原理框图如图 1所示。
220V交流电压经过 EMI滤波及整流滤波后，得到约 30 0V的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率 MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。 4 各主要功能描述 4. 1 交流 EMI滤波及整流滤波电路 交流 EMI滤波及整流滤波电路如图 2所示。 电子设备的电源线是电磁干扰（ EMI）出入电子设备的一个重要途径，在设备电源线入口处安装电网滤波器可以有效地切断这条电磁干扰传播途径，本电源滤波器由带有 IEC插头电网滤波器和 PCB电源滤波器组成。 IEC插头电网滤波器主要是阻止来自电网的干扰进 入电源机箱。 PCB电源滤波器主要是抑制功率开关转换时产生的高频噪声。 交流输入 220V时，整流采用桥式整流电路。如果将 JTI 跳线短连时，则适用于 110V交流输入电压。由于输入 电压高，电容器容量大，因此在接通电网瞬间会产生很大的浪涌冲击电流，一般浪涌电流值为稳态电流的数十倍。这可能造成整流桥和输入保险丝的损坏，也
单片机密码锁设计（汇编语言）带原理 图电路图 什么是密码锁 电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。 硬件设计 基于AT89C51为核心的单片机控制的电子密码锁设计。本设计能完成开锁，修改密码，密码错误报警，LCD显示密码等基本的密码锁功能。设计的电路框如图1。 《 , 图一 & 电路的功能单元设计
1.单片机AT89C51组成基本框图 单片机引脚介绍 P0：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。在访问片外存储器时P0分时提供低8位地址线和8位双向数据线。当不接片外存储器或不扩展I/O口时，P0可作为一个通用输入/输出口。P0口作输入口使用时，应先向口锁存器写“1”，P0口作输出口时，需接上拉电阻。 P1：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1”。 & P2：P2口也是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，在访问片外存储器时，输出高8位地址。 P3：P3口除了一般的准双向通用I/O口外，还有第二功能。 VCC：+5V电源 VSS：接地 ALE：地址锁存器控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 /PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，/PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。 /EA：访问程序存储控制信号。当/EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当/EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完
高效率开关电源设计实 例 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器()。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+ 额定输出电流： 过电流限制： 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +*2A=(最大) 输入功率： Pout/估计效率=／= 功率开关损耗* 0．5= 续流二极管损耗：*= 输入平均电流 低输入电压时／10V= 高输入电压时：／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
用单片机控制的LED流水灯设计<电路、程序全部给出）开关电源设计制作学习园地 »。您尚未登录注册 | 社区服务 | 勋章中心 | 帮助 | 首页 | 无图版 社区服务 银行 朋友圈 开关电源设计制作学习园地 -> 好好学习-天天向上 -> 用单片机控制的LED流水灯设计<电路、程序全部给出） XML RSS 2.0 WAP --> 本页主题: 用单片机控制的LED流水灯设计<电路、程序全部给出）加为IE收藏 | 收藏主题 | 上一主题 | 下一主题 pwmdy 级别: 电源-1级工程师 精华: 0 发帖: 212 威望: 126 点 金钱: 212 RMB 贡献值: 0 点 注册时间:2009-05-21 最后登录:2009-11-22 用单片机控制的LED流水灯设计<电路、程序全部给出） 1.引言 当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文笔者用AT89C51单片机自制了一款简易的流水灯，重点介绍了其软件编程方法，以期给单片机初学者以启发，更快地成为单片机领域的优秀人才。 2.硬件组成 按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的内部资源：4kB闪存、128BRAM、32根I/O口线、2个
一种输出电压4～16V开关稳压电源的设计 摘要：介绍一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为交流220V±20％，输出电压为直流4～16V，最大电流40A，工作频率50kHz。重点介绍了该电源的设计思想，工作原理及特点。关键词：脉宽调制；半桥变换器；电源 1引言 在科研、生产、实验等应用场合，经常用到电压在5～15V，电流在5～40A的电源。而一般实验用电源最大电流只有5A、10A。为此专门开发了电压4V～16V连续可调，输出电流最大40A的开关电源。它采用了半桥电路，所选用开关器件为功率MOS管，开关工作频率为50kHz，具有重量轻、体积小、成本低等特点。 2主要技术指标 1）交流输入电压AC220V±20％； 2）直流输出电压4～16V可调； 3）输出电流0～40A； 4）输出电压调整率≤1％； 5）纹波电压Up p≤50mV； 6）显示与报警具有电流/电压显示功能及故 障告警指示。 3基本工作原理及原理框图 该电源的原理框图如图1所示。 220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。 4各主要功能描述 41交流EMI滤波及整流滤波电路 交流EMI滤波及整流滤波电路如图2所示。
图1整体电源的工作框图 图2交流EMI滤波及输入整流滤波电路 电子设备的电源线是电磁干扰（EMI）出入电子设备的一个重要途径，在设备电源线入口处安装电网滤波器可以有效地切断这条电磁干扰传播途径，本电源滤波器由带有IEC插头电网滤波器和PCB电源滤波器组成。IEC插头电网滤波器主要是阻止来自电网的干扰进入电源机箱。PCB电源滤波器主要是抑制功率开关转换时产生的高频噪声。交流输入220V时，整流采用桥式整流电路。如果将JTI 跳线短连时，则适用于110V交流输入电压。由于输入电压高，电容器容量大，因此在接通电网瞬间会产生很大的浪涌冲击电流，一般浪涌电流值为稳态电流的数十倍。这可能造成整流桥和输入保险丝的损坏，也可能造成高频变压器磁芯饱和损坏功率器件，造成高压电解电容使用寿命降低等。所以在整流桥前加入由电阻R1和继电器K1组成的输入软启动电路。 42半桥式功率变换器 该电源采用半桥式变换电路，如图6所示，其工作频率50kHz，在初级一侧的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和C35电容器。Q4和Q5交替导通、截止，在高频变压器初级绕组N1两端产生一幅值为U1/2的正负方波脉冲电压。能量通过变压器传递到输出端，Q4和Q5采用IRFP460功率MOS管。 43功率变压器的设计
2.基于单片机控制的开关电源的可选设计方案 由单片机控制的开关电源, 从对电源输出的控制来说, 可以有三种控制方式, 因此, 可供选择的设计方案有三种: ( 1) 单片机输出一个电压( 经D/AC 芯片或PWM方式) , 用作开关电源的基准电压。这种方案仅仅是用单片机代替了原来开关电源的基准电压, 可以用按键设定电源的输出电压值, 单片机并没有加入电源的反馈环, 电源电路并没有什么改动。这种方式最简单。 ( 2) 单片机和开关电源专用PWM芯片相结合。此方案利用单片机扩展A/D 转换器, 不断检测电源的输出电压, 根据电源输出电压与设定值之差, 调整D/A 转换器的输出, 控制PWM芯片, 间接控制电源的工作。这种方式单片机已加入到电源的反馈环中, 代替原来的比较放大环节, 单片机的程序要采用比较复杂的PID 算法。 ( 3) 单片机直接控制型。即单片机扩展A/DC, 不断检测电源的输出电压, 根据电源输出电压与设定值之差, 输出PWM波, 直接控制电源的工作。这种方式单片机介入电源工作最多。 3.最优设计方案分析 三种方案比较第一种方案: 单片机输出一个电压( 经D/AC芯片或PWM方式) , 用作开关电源的基准电压。这种方案中, 仅仅是用单片机代替了原来开关电源的基准电压, 没有什么实际性的意义。第二种方案: 由单片机调整D/AC 的输出, 控制PWM芯片, 间接控制电源的工作。这种方案中单片机可以只是完成一些弹性的模拟给定, 后面则由开关电源专用PWM芯片完成一些工作。在这种方案中,对单片机的要求不是很高, 51 系列单片机已可胜任; 从成本上考虑,51 系列单片机和许多PWM控制芯片的价格低廉; 另外, 此方案充分解决了由单片机直接控制型的开关电源普遍存在的问题———由于单片机输出的的PWM脉冲频率低, 导致精度低, 不能满足要求的问题。因此, 单片机和PWM芯片相结合, 是一种完全可行的方案。第三种方案: 是最彻底的单片机控制开关电源, 但对单片机的要求也高。要求单片机运算速度足够快, 且能输出足够高频率的PWM波。DSP 类单片机速度够快, 但价格也很高, 占电源总成本的比例太大, 不宜采用。廉价单片机中, AVR 系列最快, 具有PWM输出, 但AVR单片机的工作频率仍不够高, 只能是勉强
一种数字可调的升压型开关电源的设计 与实现 一种数字可调的升压型开关电源的设计与实现 类别：电源技术 1 引言近年来，数字化在电源领域得到广泛应用，许多电子设备要求电源具有多档级。因此，这里提出了一种利用数字控制、电压可调的开关电源设计方案，实现电压步进调整，并具有宽电压输入、稳压输出功能。 2 设计方案方案系统设计框图如图1所示，输入为220 V，50 Hz交流电压，经电压变换，整流滤波后得到18 V的直流电压，送入Boost电路，经滤波输出直流。CPLD与单片机组成的数字控制模块输出脉宽调制信号(PWM)，由按键控制改变PWM占空比，从而控制Boost电路的输出电压。该输出电压可在30~36 V范围 内步进调节，实现多路电压输出。最大输出电流高达2 A。输出电压经MAXl97 A/D采样，送至控制模块，通过PID算法计算调整下一次传送的控制信号，形 成反馈回路，实现宽电压输入，稳压输出的功能。 3 硬件电路设计3．1 硬件电路图系统硬件电路如图2所示。交流电压经变压器转换，其幅值按一定比例降低。降低的交流电压经扁桥式整流电路整流为18 V直流，经2 200μF电容滤波后进入主转换电路与Boost电路。 在Boost转换电路中，增加MOSFET和二极管缓冲吸收电路，减小过压或过流引起的损耗。由于电源功率较小，则采用RC吸收电路。当过流、过压产生时，电流通过电阻以热能的形式将能量散发出去，降低对MOSFET的影响，减小其损耗，延长使用寿命。根据多次试验，保护吸收电路的电阻应取kΩ级，电容取nF级。直流信号再经低通滤波器滤除纹波，驱动负载。3．2 主要功能电路原理硬件电路部分的主要电路是Boost电路，它由功率开关管VT、储能 电感L、续流二极管VD和滤波电容C组成。开关管按一定频率工作，转换周期为T，导通时间为Ton，截止时间为Toff，占空比D=Ton/T。其工作原理为：当VT导通时，电感L储能，VD反偏截止，负载由电容C提供电能；VT截止时，L 两端电压极性相反，VD正偏，同时为负载和滤波电容C提供能量。由储能电 感L导通和截止期间，电流变化量相等可得，输出电压U0和输入电压U1之间关系为： U0/Ui=1/(1一D) (1)3．3 器件选取根据理论计算，功率开关采用晶体管即可满足要求，故系统采用IRF540型MOS管，其VDS=100 V，IDS=17 A。采用MOS管专用驱动器件IR2110完成驱动功能。IR2110是一款高低电平驱动器件，其逻辑输入电压只需3．3 V，输出电压最大可达20 V，驱动电流最大可达到2 A。其延迟时间为10ns，上升沿和下降沿时间分别为120 ns和94 11s。由于IR2110可同时驱动双MOS管，因而系统只涉及一个MOS管，故只使用一路驱动即可。由于普通二极管的反向恢复时间过长，而肖特基整流管无电荷储存问题，可改善开关特性。其反向恢复时间缩短到10 11s以内。但其反向耐压值较低，一般不超过100 V。因此肖特基二极管适用于低压、大电流状态 下工作，并可利用其低压降提高低压、大电流整流(或续流)电路的效率。3．4