基于单片机大电流稳压电源控制系统设计的文献综述.docx

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基于单片机大电流稳压电源控制系统设计的文献综述

基于单片机大电流稳压电源控制系统设计

（文献综述）

专业：

机械设计制造及其自动化班级：

09机械1班

作者：

******指导老师：

刘耀元

在机电一体化技术中，常用低压电器质量关系着机电产品的质量，许多低压电器往往工作在大电流状态下，如熔断器FU、交流接触器KM、塑壳断路器QF、热继电器FR等，生产中需要进行延时校验，需要使用一种正弦波大电流来进行校验，即需要超过额定电流若干倍进行校验，在一定时间应该分断。

本次毕业设计就是基于单片机技术设计一个大电流正弦波稳流电源。

设计中基于8031单片机实现，要求稳流需要设置模拟调压变压器，随时调节输出电压。

有十个绕组的电源变压器及十五个晶闸管使输出电压从0-242V变化。

通过采样形成闭环控制系统，利用晶闸管电流过零电路、信号变换等电路实现控制要求。

设计中通过原来使用过的教材、查阅前人研究成果，通过“大电流正弦波稳流电源、“”控制系统设计”等关键词、进行网络搜索，阅读课题相关研究成果，通过指导老师、任课老师的指导，利用文献检索法、对比参照等方法完成自己毕业设计。

一、关于电源

1、采用单片机的数字可调稳压电源价格低廉采用普遍使用的元件就能实现其功能，显示清晰直观，传统的模拟可调稳压电源没有读数，在读数过程中很不方便，并且长时间使用会造成输出电压不稳。

数字可调稳压电源则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的，不仅保证读数的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能缩短读数和记录的时间。

模拟可调稳压电源大多是通过调节电位器的阻值改变输出直流电压，电位器特别容易磨损，使用一段时间后就会出现接触不良，引起输出电压不稳定。

数字可调稳压电源是通过接触按钮以步进方式选取不同的输出电压，再有数码管显示输出电压机器工作状态，工作稳定可靠。

采用单片机的数字可调稳压电源，它具有输出电压容易改变、价格低廉、显示清晰直观、准确度高、扩展能力强等特点。

随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。

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。

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。

其良好的性价比更能为人们所接受，因此，具有一定的设计价值。

2、电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。

随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作生产时产生的误随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作生产时产生的误差，会影响整个系统的精确度，数控电源是从80年代才真正发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。

这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。

在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的进步和发展，但是其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。

因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。

单片机技术及电压装换模块的出现为精度数控电源的发展提供了有利的条件，新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，已经出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。

从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。

目前在电力电子器件方面，几乎都为旋钮开关调节电压，调节精度不高、而且经常跳变，使用麻烦数字化电源模块是针对传统电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和认为参与的环节数，有效的解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等的工程问题，极大的提高生产效率和产品的可维护

二、相关方案

数控稳压电源是电子设备的重要部分，其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源。

因此电源越来越受到人们的重视。

电子电路及电子设备对电源最基本的要求就是电源的输出电压或输出电流要稳定。

通过查阅大量资料，显示电路和控制电路是本电路的核心部分，对它的选择有以下三种方案：

方案一：

采用模拟电路采用模拟电路的可调稳压电路就是用一个多档开关来控制输出电压,而所谓的显示系统只是在多档开关的每个档的旁边注明电压值。

随着电子行业的发展，它不耐用的弊端已经使它逐渐离开历史的舞台。

方案二：

采用纯数字电路纯数字电路的稳压电源避免了硬件之间的磨损，使得使用寿命大大提高，而且其输出电压也不会随时间产生误差。

但是它的电路较为复杂，制作时很困难，由于电路的复杂产生的问题也会很多。

方案三：

采用单片机的方法采用单片机的数字稳压电源是将数字电路和单片机很好地结合在一起，不但能够达到数字电路的效果，而且能够大大地简化复杂的纯数字电路。

采用单片机后，还可以用软件实现保护功能，要扩展其他的功能也非常容易。

通过多方面考虑和实用性，精确度，单片机进行处理，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，故我们选择方案三。

系统整体框图（里面内容可以根据你做的改）如下图所示。

方案论证：

方案一：

采用数码管作为显示器件，数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。

数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。

由于它的价格便宜，使用简单是我们平时用的比较多的。

方案二，采用LCD液晶显示。

（不知道你用来显示什么）字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。

方案二与方案一相比，有更高的精度和显示多数据，比较符合本设计所需要，综上所述采用方案二。

方案一，采用独立式键盘方案二，采用行列式矩阵键

因为本设计所需要的按键数多，如果采用独立式键盘每个按键需要一个单片机的I/O会占用很多I/O口，因此采用方案二的矩阵键盘

三、涉及相关电路

1、模拟调压变压器

稳流的概念是当负载变化或电网电压变化时，及时调整输出电压达到输出电流不变的目的。

因此需要一个模拟调压变压器，随时调节输出电压。

这个模拟调压变压器由一个有10个绕组的电源变压器和15个晶闸管电路组成。

电源变压器10个绕组：

81V*2、27V*2、9V*2、3V*2、1V*2，输出端各接一个双向晶闸管，共15个，分成5组，由8031单片机控制晶闸管的触发导通。

在任一时刻每组绕组中只允许有一个晶闸管导通，适当选择某5个晶闸管导通，可调节输出电压从0~242V每隔1V变化，相当于一个调压变压器。

2、闭环控制

模拟调压变压器驱动降压升流变压器T2，由于负载电阻极小，可输出大电流。

这种大电流不能直接检测，要通过电流互感器T3，变换为5A以下小电流信号，然后再变换成小于5V的电压信号。

经A/D转换采样，由CPU将采样值与电流整定值比较后，输出一组晶闸管触发控制字。

若采样值等于整定值，则控制字不变：

若采样值大于整定值，则调整控制字，使模拟调压变压器输出电压减小，负载电流随之减小：

若采样值小于整定值，则调整控制字，使模拟调压变压器输出电压增大，负载电流也随之增大。

形成电流闭环负反馈控制系统。

3、晶闸管过零检测系统

CPU在输出控制字、触发晶闸管导通时，必须做到晶闸管电流过零触发，其主要原因是，在切换触发晶闸管时，有可能出现绕组间短路。

即在同一绕组中，一个晶闸管尚未彻底关断，另一个晶闸管已触发导通，形成绕组间瞬间短路。

特别是高压绕组81V、27V和9V，电压越高，短路电流越大，导致晶闸管击穿损坏。

4、单片机控制电路

上图为SW12单片机控制电路。

（1）8031（IC1）、74LS373（IC3）、2764（IC2）组成单片机最小系统；

（2）IC4和IC5输出晶闸管控制字，分别由P2.7，P2.6控制377片选，地址为7FFFH和BFFFH；

（3）IC6（ADC0809）为8位A/D转换集成电路，由P2.5控制片选，地址为DFFFH。

电流信号通道为DFF9H，整定信号通道为DFF8H；

（4）IC7（74LS377）与G1~G4组成4位扫描显示电路。

IC7输出段码，由P2.4片选，地址为EFFFH；G1~G4输出位码，由P1.0~P1.3控制，低电平有效；

（5）P1.4、P1.5为量程控制，可切换四种不同量程状态；

（6）P1.6为启动控制，开机后，先调节上图中RP2，设定整定信号，按下P1.6后启动SCR控制，输出整定的电流；

（7）P1.7为试验按钮，按下试验按钮，程序转入试验程序，试验程序可对本单片机应用系统，进行测试自检，判断故障。

若未按下试验按钮，则转入正常运行程序。

四、程序设计

1、初始化和主程序

（1）初始化

初始化包括堆栈、定时/计数器、中断、串口等特殊功能寄存器赋值，包括位操作区和有关寄存器清零，包括置T0、T1时间常数，还包括转入试验程序等。

主程序

ORG0300H

SETBP1.3

MOVDPTR,#0EFFFH

MOVA,40H

MOVX@DPTR,A

CLRP1.0

LCALLWORK

SETBP1.0

MOVDPTR,#0EFFFH

MOVA,41H

MOVX@DPTR,A

CLRP1.1

MOVDPTR,#0EFFFH

MOVA,42H

MOVX@DPTR,A

CLRP1.2

LCALLWORK

SETBP1.2

MOVDPTR,#0EFFFH

MOVA,43H

MOVX@DPTR,A

CLRP1.3

LCALLWORK

SJMPMAIN

从上述程序中，可以看出SWI2的主程序就是循环显示，至于各种信息和数据的处理，一部分放在WORK中，另一部分放在各种中断服务子程序中。

循环扫描显示，每一位约2.5ms，实际上除三条NOP外，更换位显示只需要7个机周，其余时间均在WORK中。

4.2显示数据处理子程序

在处理信息和数据的工作程序WORK中因涉及较复杂繁琐的专业知识，予以舍去。

仅将其中数据处理子程序列出。

下图为显示数据处理子程序流程图。

4.3中断服务子程序

SWI2程序中，各种信息和数据的处理除放在显示间隙WORK中完成外，其余放在中断服务子程序中完成。

SWI2的五个中断已被全部利用。

1INTO用于0809A/D转换；

2INT1用于SCR电流过零中断，及时输出SCR触发脉冲；

3T0定时1ms，并用几个计数器对1ms计数，分别用于控制启动负载电流信号A/D、启动整定信号A/D和SCR触发脉冲宽度；

4T1用于串行通信时产生9600bit/s的波特率，不中断；

5串行口用于与PC机通信。

（1）INT1中断服务子程序：

说明：

①SCR控制字已在信息和数据处理子程序中确定，并存放在11H和10H中，只等SCR电流过零中断，就将该触发控制字输出；

②对SCR电流信号A/D应精确固定在正弦波过零后的某一点进行，否则会形成A/D误差。

③触发脉冲宽度为3ms，存于3BH中，对T0中断1ms计数，计满三次即3ms，关断触发脉冲。

（2）INT0中断服务子程序：

ADC0809可进行8路A/D。

为加以区别，设立不同标志，在读A/D值时，根据标志将A/D值存入相应单元。

同时重新设立完成A/D标志04H、05H，以便于在信息和数据处理WORK子程序中，对这些A/D值分别进行处理。

4.4读取SCR控制字子程序

在处理信息和数据的工作程序WORK中，读取SCR控制字，采用查表方法。

模拟调压变压器能调节输出电压0~242V每隔1V变化，对应每1V电压有一组SCR控制字，高8位和低8位组成16位控制字表。

以WORDH和WORDL作为基础，以R1为变址，查出高8位SCR控制字和低8位SCR控制字，触发相应的SCR导通。

4.5内RAM地址分配