1. 研究目的与意义（文献综述）

1. 目的及意义（含国内外的研究现状分析）

目前市场上现有的用于控制电压源输出电压的方法有两种，一是采用可编程的程控电源，但是价格非常昂贵；另一种需要人为的去调节旋转按钮让电源产生不同的电压，操作麻烦，不方便。为了克服现有技术的缺陷，如果可以利用单片机pwm功能输出可变电压，并且使用通信的方法进行控制，那么这样的电压源操作简单方便，而且大大地减少了生产成本，实用性强。因此研究可通信控制的0-30v5a可变电压源必然具有实际价值和现实意义。

1.1 研究目的和意义

本论文的主题是围绕开发可通信控制的0-30v5a可变电压源来展开。本文主要介绍可变电压源系统的发展现状，降压buck结构的设计，单片机的高级pwm功能的实现以及通信控制方法的实现。

2. 研究的基本内容与方案

2．基本内容和技术方案

2.1设计的功能分析

本系统的根本任务是设计一个开关电源，并可以实现通信控制的方法输出可变电压。

详细的系统功能如下：

使用降压buck电路结构，

用单片机的高级PWM结合MOS驱动电路实现，

可以用通信的方式控制电压输出，

电压的输出数值0-30v可变，最大电流5A，功率150W。

2.2设计基本内容

2.2.1 设计总体架构设计

本设计为基于利用单片机PWM方式输出可变电压的通信控制电路。控制电路中微处理器设有通讯接口，用于接收通讯接口的控制信号，微处理器输出PWM_AC信号；与微处理器连接的为PWM脉宽信号DA转换器，其输出端与交流电源的调压电路连接。通过微处理器的端脚发出不同的PWM值给PWM脉宽信号DA转换器,PWM脉宽信号DA转换器将PWM值转化成的不同大小的直流电压，从而使电源输出对应的不同的电压大小。

2.2.2 降压buck结构设计

Buck电路即降压式变换电路，为DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压，输入电流为脉动的，输出电流为连续的。

当开关管Q1驱动为高电平时，Q1导通，L1被充磁，流经电感的电流线性增加，同时

给C1充电负载R1供能。

当开关管Q1驱动为低电平时，Q1关断，L1通过D1放电，流经电感的电流线性减少，

同时输出电压靠C1放电以及减小的电感电流维持。

2.2.3单片机PWM设计

PWM 是 PulseWidth Modulation 的缩写，即脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种技术，通过改变脉冲宽度来实现不同的效果以使数字信号达到一个模拟信号的效果。当输出脉冲的频率一定时，输出脉冲的占空比越大，相对应的输出有效电压越大

PWM从处理器到被控系统信号都是数字形式的，进行数模转换。可将噪声影响降到最低。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。另外从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

标准 51 单片机中没有专门的 PWM 模块，所以我们用定时器加中断的方式来产生 PWM。

T1为脉冲宽度，周期为T，则输出电压的平均值为U=VCC*T1/T=a*VCC，a是占空比，变化范围为0≤a≤1。VCC为电源电压。当电源电压不变的情况下，输出电压的平均值U取决于占空比a的大小，改变a的大小就可以改变输出电压的平均值。

使用两个定时器，定时器T0来控制频率，定时器T1来控制占空比。T0定时器中断让一个I0口输出高电平，并且在中断当中启动定时器T1， T1让IO口输出低电平，这样改变定时器T0的初值就可以改变频率，改变定时器T1的初值就可以改变占空比。

定时器每隔t时间产生一个定时中断，每1/t次中断后进入下一个PWM波的周期。开始时PWM为1，当计时到达设定的脉宽宽度时间PWM=0，随后到达PWM周期时间后PWM=1，此时下一个PWM周期重新开始。

2.2.4通信设计

对于单片机来说，通信则与传感器、存储芯片、外围控制芯片等技术紧密结合，成为整个单片机系统的中枢。没有通信，单片机所实现的功能仅仅局限于单片机本身，就无法通过其它设备获得有用信息，也无法将自己产生的信息告诉其它设备。如果单片机通信没处理好的话，它和外围器件的合作程度就受到限制，最终整个系统也无法完成强大的功能。UART即通用异步收发器，串行通信是单片机最常用的一种通信技术，通常用于单片机和电脑之间以及单片机和单片机之间的通信。随着技术的发展，绝大多数笔记本电脑使用USB转UART 技术，只需要在电路上添加一个 USB 转串口芯片，就可以成功实现USB 通信协议和标准UART 串行通信协议的转换。

3. 研究计划与安排

3. 完成任务的时间节点：

在综合考虑设计任务之后，设计进度安排如下：

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需掌握的知识范围，完成开题报告。

第4-6周：学习单片机硬件及编程技术。

4. 参考文献（12篇以上）

4.参考文献

[1]张洋，刘军. 原子教你玩stm32(库函数版)[m].北京：北京航空航天大学出版社,2013.

[2]汤晓君,张勇,李世维,等, 智能传感器系统[m]. 西安:西安电子科技大学出版社,2010.

[3]horla,dariusz1.robust performance of sampled of sampled-data adaptive control of aservo deive from simulation to experimental resultes[j].2015,9(2)2-6.