基于STC系列单片机的串联型开关电源设计与实现

单片机及模数综合系统设计

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

一、实验目的：本模拟电路课程设计要求制作开关电源的模拟电路部分，在掌

握原理的基础上将其与单片机相结合，完成开关电源的设计。本报告旨在详述开关电源的原理分析、计算、仿真波形、相关控制方法以及程序展示。

二、总体设计思路

本设计由开关电源的主电路和控制电路两部分组成，主电路主要处理电能，控制电路主要处理电信号，采用负反馈构成一个自动控制系统。开关电源采用PWM 控制方式，通过给定量与反馈量的比较得到偏差，通过调节器控制PWM 输出，从而控制开关电源的输出。当键盘输入预置电压后，单片机通过PWM输出一个固定频率的脉冲信号，作用于串联开关电源的二极管和三极管，使三极管以一定的频率导通与断开，然后输出进行AD转化，转化后的结果再给单片机进行输出，进行数码管显示。

系统的基本框图及控制部分如下：

控制过程原理分析：单片机所采用的芯片为STC12C5A60S2，该芯片在拥有8051内核的基础上加入了10为AD和PWM发生器。通过程序，即可控制单片机产生一定占空比的PWM 脉冲，将此脉冲输入到模拟电路部分，在模拟电路的输出端即可产生一定的输出电压，可比较容易的通过程序来实现对输出电压的控制。但上述的开环控制是无法达到精确的调节电压，因此需要采用闭环控制来精确调制。即，对输出电压进行AD采样，将其输入回单片机中进行数据处理。单片机根据处理的结果来对输出电压做出修正，经过这样的逐步调节即可达到闭

环的精密输出。由此原理，可以将整个过程分成一下模块：PWM波形输出模块，模拟电路模块，AD转换模块，数码管显示模块，键盘输入模块。

控制过程基本思路为：首先从键盘输入一个电压值，并把该电压值在数码管上面显示出来，再由A/D转换模块对串联开关电源电路的输出端进行电压采集，将采集到的电压值与键盘输入的电压值进行比较，通过闭环算法，控制PWM的脉宽输出，由此控制串联开关电压电源电路，改变输出的电压值，使得输出值与设定的电压值相等。

三、系统各单元模块电路设计

1、键盘输入数据部分

分别接到单片机的P2.4,P2.5，P2.6，P2.7。每路通过电阻进行上拉，可以编程实现控制单片机运行不同程序。为了判断键盘上面的按键是否有按下的，可以事先对P2.4,P2.5，P2.6，P2.7端口赋值，便可以知道具体是哪个按键被按下了。例如：P2.4=0，便可知道P2.4对应的按键已经按下了。

键盘输入模块程序如下：

void key( ) //键盘扫描函数

{

if(P2_6== 0)

{

delay(10);//延时去抖动

if(P2_6== 0)

{

while(P2_6== 0)

if(a<9)

{a++; }

else a=0;}

}

if(P2_5 == 0)

{

delay(10);//延时去抖动

if(P2_5 == 0)

{

while(P2_5== 0);

if(b<9)

{b++; }

else(b=0);}

if(P2_4 == 0)

{

delay(10);//延时去抖动

if(P2_4 == 0)

{

while(P2_4== 0);

if(c<5)

{c++;}

else c=0;}}

if(P2_7==0)

{

delay(10);

if(P2_7==0)

{

while(P2_7==0);

P1_5=!P1_5;

} }}

2、数码管数据显示部分

知道了上面在键盘输入的数值后，便要在数码管上面显示出来。

该实验板的8位数码管是共阴极的数码管，使用端口为P0和P2.0-P2.4口，且为动态数码管，因此在同一时间，只有一个数码管是亮着，但由于人眼的视觉残留，使得看上去是全部一起亮着的。8位分别有段选和位选，段选就是要一个数码管显示的字型，而位选则是由低电平选中所要那一个数码管，该数码管才能亮。因此要使得数码管亮并显示数字，则必须在位选时该数码管的位选管脚出于低电平，然后再通过段选显示字型。如下图所示的数码管：

数码管显示模块程序为：void display(float x)

{

uint M,N,I;

I=100*x/100;

N=(100*x-100*I)/10;

M=100*x-100*I-10*N;

P2_0=0;

P0=table[0];

delay(10);

P2_0=1;

P2_1=0;

P0=gao_table[I];

delay(10);

P2_1 =1;

P2_2=0;

P0=table[N];

delay(10);

P2_2= 1;

P2_3=0;

P0=table[M];

delay(10);

P2_3=1；}

3、控制PWM输出部分

STC12C5A60S2系列单片机集成了两路可编程计数器阵列（PCA）模块，可用于软件定时器，外部脉冲的捕捉，高速输出以及脉宽调制（PWM）输出。在该实验中主要用到PWM脉宽调制输出，通过对特殊功能寄存器初始化，就可以在P1.3（选择模式0时）或P1.4（选择模式1时）端口输出可调占空比的高速脉冲。

PWM模块程序如下：

void PWM_Drv_Init(void)

{

CCON = 0; //初始化PCA控制寄存器

CL = 0; //初始化PCA计数器

CH = 0;

CMOD = 0x08;

CR = 1; }

void PWM0_Drv_SetDuty(unsigned char DutyValue)

{

CCAP0H = CCAP0L = DutyValue; //设置看空比

CCAPM0 = 0x42;

CR = 1; }

PWM 仿真图为：

4、AD转换模块（完成万用表功能，即测量开关电源输出电压）

STC12C5A60S2系列单片机自带有8路10位高速A/D转换器，在本实验中只用到其中的一路，故可以通过软件设计选择其中的一路用来测量电压。在不需作为A/D转换的端口可以继续作为I/O口使用。