工程实践与科技创新[3A]-第91组(余迪)设计报告整理版

2021-04-25 12:59:26本页面

工程实践与科技创新[3A]-第91组(余迪)设计报告整理版


【正文】

姓名 班级 学号 具体负责的工作 联系方式 余迪 F0903013 5090309377 全部电路设计,编写并调试程序,电路的调试,报告撰写 18621689779 罗菲菲 F0903027 5090309656 全部电路设计,编写并调试程序,电路的调试,报告撰写 15216715706 摘要: 本报告主要介绍利用TL494芯片实现DCDC开关电源以及利用AVRATmega16单片机实现闭环控制电路的设计方案,包括硬件的基本原理、功能、技术指标,软件的实现、调试分析,并附有图片、心得体会等。

关键词: DCDC开关电源;TL494;AVRATmega16单片机;闭环控制 ABSTRACT ThisreportmainlyintroducesdesignschemeoftheimplementationofswitchmodeDCDCpowersupplybyusingchipTL494andtheimplementationofclosedloopcontrolcircuitbyusingMCUAVRATmega16.Thisreportincludesthebasicprinciple,functionandtechnicaltargetsofhardwareandimplementationanddebuggingofsoftware。

withphotosandexperienceswegetattached. KEYWORDS SwitchmodeDCDCpowersupply;TL494;MCUAVRATmega16;closedloopcontrol 上海交通大学电子信息与电气工程学院 地址:东川路800号 邮编:200240 目 录 1.概述 1 1.1编写说明 1 1.2名词定义 1 1.3硬件开发环境 1 1.4软件开发环境 2 1.5缩略语 2 2.系统总述 3 2.1系统组成 3 2.2系统的主要功能 3 2.2.1DCDC开关稳压电源模块 4 2.2.

2电压检测模块 5 2.2.3电压控制模块 5 2.2.4单片机小系统 5 3.DCDC开关稳压电源模块的设计 7 3.1主要功能和指标 7 3.2设计原理及电路图 7 3.3TL494简介 8 3.4外围电路设计 9 3.5纹波与效率 12 4.电压检测模块的硬件设计 14 4.1主要功能和指标 14 4.2设计原理及电路图 14 4.3TL431简介 14 4.4外围电路设计 15 5.电压控制模块的硬件设计 16 5.1主要功能和指标 16 5.2设计原理及电路图 16 5.3子模块设计 16 5.3.1稳压子模块 16 5.3.2整波子模块 17 5。

3.3滤波子模块 17 5.3.4隔离子模块 18 5.3.5电压控制模块元件参数一览表 20 5.4重点问题的讨论[7] 21 5.4.1低通滤波器的选择 21 5.4.2光耦温漂问题 21 6.单片机小系统及软件设计 23 6.1单片机小系统 23 6.1.1输入输出(I/O)端口 23 6.1.2定时器/计数器 23 6.1.3A/D转换 24 6.1.4按键及数码管显示器 24 6.3.3算法总体描述 25 6.4主程序模块 27 6.4.1功能描述 27 6.4.2变量描述 27 6.4.3算法描述 27 6.5开环控制模块 27 6.5.1功能描述 27 6。

5.2变量描述 27 6.6闭环控制模块 29 6.6.1模块功能描述 29 6.6.2变量描述 29 7.致谢 30 8.参考文献 33 9.附录A系统操作说明书 34 9.1系统功能 34 9.2性能指标 34 9.3接线方式 34 9.4系统按键说明 34 9.45系统显示说明 36 10.附录B测试和分析 37 10.1测试项目和方法[1] 37 10.2测试的资源 38 10.3测试结果及分析 38 11.附录C课程学习心得和意见建议 40 12.附录D作品实物照片 41 13.附录E软件程序清单 42 第55页 上海交通大学电子信息与电气工程学院 1。

概述 1.1编写说明 本报告为上海交通大学电子信息与电气工程学院20112012学年上半学期开设的科技创新[3A]课程“DCDC开关电源模块及其控制系统”项目的设计报告。包括整个系统的结构组成、软硬件设计、系统功能、调试过程与测试指标,以及系统的设计思路以及调试技巧,总结经验教训与心得体会等。 1.2名词定义 开关式稳压电源:采用开关三极管控制的直流稳压电源,通过不同的开关占空比可来控制电压输出。 单片机小系统:由单片机和相应的外围电路组成的一个小系统,可以通过输入端口从PC机上下载软件程序控制系统的工作,并且控制输出端口的输出变化。 开环控制系统:系统的输出量对系统的控制量没有影响的系统。

闭环控制系统:基于负反馈基础上的,通过误差检测纠正误差的系统。 低通滤波器:一种处理信号的系统,只允许信号的低频部分通过。 电气隔离:外界输入电路和元件本身电路隔离,电路元件参数互不影响,但外界输入电路提供的电压能控制元件自身电流输出。 模数转换:把模拟信号转化为数字信号。 占空比:方波信号一周期内高电平时间与周期的比值。 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。 开关频率:开关电源中,开关管导通的频率。 过流保护:设定系统电流上限,防止功耗过大,导致元件损坏。 1.3硬件开发环境 表1。

1硬件开发工具 开发工具 备注 直流稳压电源 为系统供电 数字万用表 测量直流电压 示波器 测量纹波 QBG3B高频Q表 测量电感 电源引线 以及示波器探头 导线类 Protel99SE 查看电路图以及印刷板图 Multisim10 电路仿真 1.4软件开发环境 开发工具 运行环境 功能 AVRStudio WindowsXP 编辑C语言程序,编译程序并生成*.hex文件 MicrocontrollerIspSoftware WindowsXP 将*.hex文件下载到单片机小系统 MicrosoftExcel WindowsXP 拟合用数据记录及数据验证 Origin7。

5 WindowsXP 计算拟和多项式和绘图 1.5缩略语 DC(directcurrent):直流 PWM(PulseWidthModulation):脉宽调制 ADC(analog–digitalconvert):模拟数字转换 LPF(lowpassfilter):低通滤波器 RAM(RandomAccessMemory):随机存取存储器 ROM(ReadOnlyMemory):只读存储器 2.系统总述 随着电子技术的发展,各种各样的电子器件不断的涌现,而相应的对供电的要求也各不相同。现实生活中我们所遇到的供电都是国家标准的配置(中国是220伏特),为了满足各种电子器件的需要。

我们需要设计一些能够实现电压转换功能的器件,即电源。电源的一般功能就是交直流整流,电平转换。本实验的设计目的是实现一个通过单片机进行电压转换控制,输入为20~30V,输出为5~10V,具有0.10.05V的精度。 2.1系统组成 系统组成的框图如图2.1所示。系统可分为DCDC开关稳压电源模块、电压检测模块、电压控制模块以及单片机小系统共4个模块。2030V的DC输入和510V可调的DC输出均在DCDC开关稳压电源模块,输出电压经过电压检测模块的变换送入单片机的A/D芯片进行转换,转换过后的数据与预设值进行比较,从而改变单片机输出PWM波的占空比,单片机输出的PWM波由电压控制模块整形、滤波、变换后反馈给DCDC开关稳压电源模块。

调整最后的输出结果。 2.2系统的主要功能 本次实验的系统实现了降压型可控开关式DCDC稳压电源,系统分成开环控制和闭环控制两部分,其主要功能和参数简述如下: (1)开关式DCDC稳压电源:实现直流直流变换的稳压电源,输入电压的范围为20V~30V,输出为5V~10V的稳定直流电压,输出电压分辨率为0.1V,误差0.05V,电压调整率<0.1%。 (2)键盘与显示:通过单片机小系统上的按键来控制系统的输出电压和工作方式(开环/闭环);通过单片机小系统上的数码管来显示输出电压和当前工作模式。 (3)开环控制:通过单片机输出的占空比可调的PWM波来控制输出电压,实现开环控制。开环控制的精度为电压输出误差小于0。

05V。 (4)闭环控制:利用电压检测模块来测量输出电压,将其通过ADC转换输入单片机,单片机将采样值与系统设置作比较,调整PWM信号的占空比,从而实现闭环控制。闭环控制的精度为电压输出误差小于0.05V,调整时间小于3秒。 2.2.1DCDC开关稳压电源模块 DCDC开关稳压电源模块可以实现将一个不稳定输入的直流电压(20V~30V)转换为一个稳定度很高的可调直流输出电压(5V~10V)。该模块以TL494作为核心元件,三极管Tip42作为开关元件,通过开关元件的通断产生可调得PWM信号,然后通过整流输出稳定的直流电压。该模块的结构示意图如图2.2所示。 2.2.2电压检测模块 电压检测模块可以实现对系统输出电压的变换功能。

并将变换后的值送到单片机中的AD芯片里。该模块的结构示意图如图2.3所示。 2.2.3电压控制模块 电压控制模块可以实现对单片机输出的PWM信号进行整形滤波,将具有相应占空比的PWM信号转化为稳定的可变电压,然后通过光耦合对DCDC开关稳压电源模块进行控制,从而改变输出电压。该模块由整形、有源低通滤波、信号隔离变换3个电路模块组成。该模块的结构示意图如图2.4所示。 2.2.4单片机小系统 单片机小系统实现的功能主要是3个方面,分别是用户操作界面、开环电压控制、闭环采样及电压调整控制。ATmega16有16KB的程序存储空间,1KB内部SRAM,512B内置EEPROM。外部共有32个GPIO。

一路USART,一路主从SPI,一路I2C,两个8位定时器,一个16位定时器,4通道PWM输出,8路10位AD输入。用户通过晶体数码管和按键实现外部控制,完成相应功能。 用户界面功能主要是提供人机交互的控制功能,数码管显示系统的工作状态,按键控制电源的工作状态、设置电压。开环电压控制中单片机的主要任务是计算设置电压对应的占空比,输出相应占空比的PWM波。闭环采样及电压调整控制中单片机完成了两个任务,即控制A/D芯片采样并转换成相应的采样电压和根据采样电压调整占空比实现闭环控制。 3.DCDC开关稳压电源模块的设计 3.1主要功能和指标 DCDC开关稳压电源模块的主要功能是将一输入不稳定的直流电压(2030V)变换为输出稳定的直流电压(510V可调)。

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