基于单片机的电流电压可调数控电源

清风6666662026-01-13 12:38

1 基于单片机的电流电压可调数控电源

点击链接下载protues仿真设计资料：https://download.csdn.net/download/m0_51061483/92081490

1.1 系统概述

基于单片机的电流电压可调数控电源是一种集成了电压调节、电流监测、过流保护、温度检测与显示交互等功能的智能电源系统。与传统模拟电源相比，该系统具备参数可视化、控制精度高、保护功能完善、易于扩展等特点，适用于实验室调试、嵌入式开发供电、电子制作、教学实验以及小型设备供电等应用场景。

本设计目标是实现一个输出电压可在5V~12V范围内连续可调的数控电源，同时具备输出电流检测、过流保护（含可设置报警阈值）、功率管温度检测与LCD实时显示功能。系统采用单片机作为控制核心，通过采样电路获取输出电压、输出电流以及功率管温度信息，再通过控制调节环节（如DAC+运放或PWM+滤波+运放）对电源输出进行闭环或半闭环调节，确保电压设定准确、保护动作可靠。

从整体架构上看，该系统包含以下关键组成部分：

  1. 电源主功率模块（提供5V~12V可调输出并具备足够驱动能力）
  2. 电压采样与反馈模块（将输出电压转换为可测量信号）
  3. 电流采样模块（用于实时监测负载电流）
  4. 过流保护与断电控制模块（超阈值立即停止供电并报警）
  5. 功率管温度检测模块（防止功率器件过热损坏）
  6. 单片机控制与算法模块（完成采样、控制、计算、保护逻辑）
  7. 人机交互模块（LCD显示、按键设置、报警提示）
  8. 稳压与辅助电源模块（为控制电路提供稳定供电）

系统通过软件与硬件协同工作：硬件提供稳定的调节与保护基础，软件提供数据处理、阈值设定、显示更新和控制策略，使得系统既具备传统电源的稳定性，又具备数字化电源的灵活性与智能化特征。

2 系统功能设计

2.1 功能需求分析

根据题目要求，本系统主要实现以下功能：

2.1.1 电压、电流实时显示

系统需要通过LCD实时显示输出电压与输出电流大小。显示要求包括：

  1. 数值准确：电压、电流的测量误差控制在可接受范围（例如±1%或更好）。
  2. 刷新稳定：显示刷新频率应合理，避免闪烁并减少控制资源占用。
  3. 显示结构清晰：例如第一行显示电压，第二行显示电流或功率管温度等信息。

2.1.2 过流保护与报警阈值设置

过流保护是数控电源的核心安全功能之一，具体要求包括：

  1. 支持设置过流报警值（例如0.5A、1.0A、2.0A等可调）。
  2. 当输出电流超过设定阈值时，系统应立即停止供电（切断输出或关闭功率管驱动）。
  3. 同时触发报警提示（蜂鸣器、LED、LCD提示信息），避免用户继续误操作造成损坏。
  4. 支持保护状态保持：进入过流保护后需要人工复位或通过按键解除保护后才能重新输出，以提高安全性。

2.1.3 功率管温度显示

功率管（例如线性调整管或DC-DC功率MOSFET）在工作过程中会发热，尤其在大电流或输入输出压差较大时温升明显。系统需实时检测功率管温度并在LCD显示，具备以下意义：

  1. 提醒用户当前散热情况，避免长时间高温工作。
  2. 为后续扩展温度保护功能提供基础（例如超过80℃自动降载或断电）。
  3. 提高系统可靠性与安全性。

2.1.4 输出电压调节范围5V~12V

系统输出电压必须在5V~12V范围内可调，设计上需确保：

  1. 输出电压稳定可控，调节步进可设置为0.01V或0.1V（可根据硬件资源与需求选择）。
  2. 输出能力满足预期负载电流需求（例如1A~3A，具体由功率模块决定）。
  3. 输出纹波、噪声尽可能低，以适配敏感电路。

2.2 系统工作模式与交互逻辑

为了满足可调性与易用性，系统一般具备以下工作模式：

  1. 正常输出模式：根据设定电压输出，并实时显示电压、电流、温度。
  2. 设置模式：通过按键进入设置，调节输出电压、过流报警阈值等参数。
  3. 保护模式：当检测到电流超过阈值时进入保护状态，停止供电并报警显示，等待用户复位。

交互逻辑常见实现方式：

  • 按键1：模式切换（电压设置/电流阈值设置/返回）
  • 按键2：数值增加
  • 按键3：数值减少
  • 按键4（可选）：确认或复位
    若资源有限，也可采用3键实现：模式、加、减，并通过长按实现确认/复位等功能。

3 系统电路设计

3.1 电路设计总体结构

电路设计的核心目标是实现"可调输出 + 准确采样 + 快速保护 + 稳定显示"。根据功能需求，硬件电路可划分为以下模块：

  1. 主电源输入与稳压模块
  2. 可调输出功率模块（线性或开关方案）
  3. 电压采样模块
  4. 电流采样模块
  5. 过流保护与输出控制模块
  6. 温度检测模块
  7. 单片机最小系统模块
  8. LCD显示模块
  9. 按键与报警提示模块
  10. 信号滤波与抗干扰模块

以下对各模块进行详细说明。

3.2 主电源输入与稳压模块

3.2.1 模块功能

该模块为系统提供稳定输入，并生成单片机及外围模块所需的低压电源（例如5V或3.3V）。一般输入可选：

  • DC适配器（例如15V/24V）
  • 变压器整流滤波后的直流电源

输入端需具备一定保护能力：防反接、过压、浪涌抑制等（可按需求选配）。

3.2.2 稳压设计要点

系统通常至少需要两路电压：

  1. 功率输出输入电压：用于输出调节（必须高于最大输出12V，建议≥14V）。
  2. 控制电路供电：单片机、LCD等通常使用5V或3.3V。

稳压方案可选：

  • LDO线性稳压：电路简单，噪声小，适合MCU供电，但效率较低。
  • DC-DC降压：效率高，适合输入电压较高且电流较大场合，需要注意开关噪声。

为了降低测量干扰，建议控制电路供电采用低噪声LDO，并在输入输出端加充分滤波电容（例如10uF电解 + 0.1uF陶瓷）。

3.3 可调输出功率模块

3.3.1 模块功能

该模块是数控电源的主体，负责实现5V~12V输出可调，并能够驱动负载输出电流。根据实现方式可分为两类：

  1. 线性可调电源方案（如功率管 + 线性稳压环路）
  2. 开关型DC-DC方案（如Buck降压）

线性方案优点是纹波小、输出干净、控制逻辑简单；缺点是效率低、功率管发热大。

开关方案优点是效率高、发热低、适合大电流；缺点是纹波较大、控制与布局要求较高。

本设计若强调温度显示，通常意味着功率管存在较明显发热，较贴近线性方案或线性+开关混合方案（例如前级Buck粗调，后级线性精调）。

3.3.2 数字调节方式

输出电压可通过单片机控制参考电压实现调节，常见方式：

  1. DAC输出参考电压：精度高、纹波低，硬件较复杂或成本略高。
  2. PWM输出 + RC滤波模拟电压：成本低，易实现，但存在纹波，需要滤波和软件平滑。

对于5V12V可调范围，PWM+滤波的方式非常常见：单片机输出PWM，经过低通滤波得到0Vref的模拟电压，再送入运放或反馈网络改变稳压器输出。

3.3.3 功率管与散热设计

功率器件的选择需要考虑：

  • 最大输出电流
  • 功率损耗（线性调节时损耗=（Vin-Vout）*Iout）
  • MOSFET导通电阻（开关方案）
  • 散热片、热阻、风冷条件

当输出电压较低、电流较大时，线性功率管发热显著，因此温度检测模块非常必要。同时，PCB设计要预留散热铜箔、安装孔位或散热片固定方式。

3.4 电压采样模块

3.4.1 模块功能

电压采样模块将输出电压转换为单片机ADC可以测量的范围（通常03.3V或05V），实现输出电压检测与显示，并为控制算法提供反馈依据。

3.4.2 分压网络设计

由于输出电压最高12V，必须通过电阻分压降低到ADC范围。

分压公式：
Vadc = Vout * R2 / (R1 + R2)

设计要点：

  1. 分压比例保证Vout=12V时，Vadc略小于ADC参考电压上限（避免过压）。
  2. 分压电阻阻值不能过大（避免采样噪声和ADC输入阻抗影响），也不能过小（避免功耗浪费）。常用10k~100k级别。
  3. 在ADC输入端可加入RC滤波（如1k串联+0.1uF对地），降低纹波与干扰。

3.4.3 采样精度与校准

为了提高显示精度，可在软件中加入校准系数：

  • 通过标准万用表测量实际输出电压，修正ADC换算比例。
  • 增加多次采样平均（如16次平均）降低噪声。

3.5 电流采样模块

3.5.1 模块功能

电流采样模块用于检测输出电流，既用于显示电流，也用于过流保护判断。电流采样方法主要有：

  1. 分流电阻采样（Shunt）：输出串联小阻值电阻，通过测量其压降计算电流。
  2. 霍尔电流传感器：隔离测量，损耗小，成本较高。

本系统一般采用分流电阻方案，结构简单且精度较高。

3.5.2 分流电阻选择

分流电阻阻值通常在0.01Ω~0.2Ω范围，需根据最大电流与允许压降决定。

设计要点：

  • 阻值越大，压降越大，测量越容易但损耗越大。
  • 阻值越小，损耗越小但压降很小，需要运放放大。

例如最大电流2A，若选择0.1Ω，压降为0.2V，功耗为0.4W，需要选择至少1W功率的采样电阻并注意温漂。

3.5.3 运放放大与滤波

如果分流压降太小（如0.05Ω以下），建议使用运算放大器进行差分放大，提高ADC测量分辨率。

同时为了避免电流波动干扰保护判断，可在采样信号中加入一定滤波：

  • 硬件RC滤波
  • 软件滑动平均/低通滤波

3.6 过流保护与输出控制模块

3.6.1 模块功能

该模块负责在电流超过设定阈值时快速切断输出，并提供报警信号。过流保护可分为：

  1. 软件保护：单片机检测到电流超过阈值后，控制MOSFET关闭或关闭稳压参考。
  2. 硬件快速保护：比较器检测电流压降超过阈值后立即关断功率器件，响应更快。

为了提高安全性，建议硬件与软件双重保护：

  • 硬件比较器提供毫秒级甚至微秒级保护
  • 软件处理提供逻辑控制与显示报警

3.6.2 输出断开方式

输出停止供电常见方式：

  • 控制MOSFET开关断开输出
  • 控制功率管基极/栅极关断
  • 拉低稳压芯片使能脚（EN）
  • 降低参考电压至0使输出下降

根据功率电路结构选择合适方式，目标是：动作快、可靠、无误触发。

3.6.3 报警输出

报警方式包括：

  • 蜂鸣器鸣叫
  • 指示灯闪烁
  • LCD显示"OC PROTECT"或"OVER CURRENT"
    报警策略可设计为持续报警直到复位，或者间歇报警便于提示。

3.7 功率管温度检测模块

3.7.1 模块功能

检测功率管温度并显示，通常使用以下传感器方案：

  1. 热敏电阻NTC：成本低，适合贴近功率管测温，需要查表或拟合。
  2. 线性温度传感器（如LM35）：输出与温度成线性关系，易处理。
  3. 数字温度传感器（如DS18B20）：精度高、抗干扰好，但需要单总线协议。

在功率管附近布置传感器并确保良好热接触，才能较准确反映功率管温升。

3.7.2 温度采样与校准

若使用NTC，需要：

  • ADC采样 + 电阻分压
  • 软件计算温度（查表、Steinhart-Hart公式或分段拟合）

若使用DS18B20，软件只需读取温度值，但要注意总线时序与CRC校验。

3.8 单片机最小系统模块

3.8.1 模块功能

单片机负责采样、计算、显示、保护与控制输出参考。最小系统包含：

  • MCU本体
  • 时钟电路
  • 复位电路
  • 去耦电容
  • 下载调试接口

3.8.2 资源需求分析

为了实现功能，MCU至少需要：

  • ADC通道：≥3（电压、电流、温度）
  • PWM或DAC：≥1（调节输出）
  • GPIO：LCD1602（4位模式至少6根线）+ 按键（3~4）+ 蜂鸣器/LED
  • 定时器：用于按键扫描、LCD刷新周期、保护检测周期
  • 串口可选：用于调试输出或扩展通信

3.9 LCD显示模块

3.9.1 模块功能

LCD用于显示输出电压、电流和温度信息。推荐显示布局：

  • 第一行：V: 08.50V I:1.20A
  • 第二行：T: 45.6C OC:1.50A
    其中OC为过流报警阈值，便于用户随时掌握保护设置。

3.9.2 显示刷新与防抖

LCD更新要避免频繁全屏刷新，建议采用：

  • 只更新变化位置
  • 每200ms刷新一次数值
  • 保护模式显示固定提示，不再频繁刷新

3.10 按键与报警提示模块

3.10.1 按键功能分配

典型按键设计：

  1. MODE：切换设置项（电压设定/过流阈值设定/返回）
  2. UP：增加数值
  3. DOWN：减少数值
  4. OK/RESET（可选）：确认或解除保护

3.10.2 报警模块

报警模块一般包括蜂鸣器和LED：

  • 蜂鸣器用于声提示
  • LED用于视觉提示
    两者可同时使用，提高警示效果。

4 程序设计

4.1 软件总体结构

软件采用模块化设计，主要模块如下：

  1. 系统初始化模块
  2. ADC采样模块（电压/电流/温度）
  3. 数值计算与滤波模块
  4. 电压控制模块（PWM/DAC输出）
  5. 过流保护模块（检测、动作、报警、锁存）
  6. LCD显示模块（格式化显示、刷新调度）
  7. 按键扫描与设置模块（参数调整、消抖、长按加速）
  8. 状态管理模块（正常/设置/保护）

主循环采用"周期轮询 + 中断辅助"的方式：

  • ADC采样可用定时器触发或循环采样
  • PWM由硬件定时器自动输出
  • 按键与显示周期性刷新
  • 过流保护可提高检测频率或使用比较器中断

4.2 关键变量与数据结构设计

4.2.1 设定值与测量值

  • float v_set：设定输出电压（5.0~12.0）
  • float i_limit：过流报警阈值（用户设定）
  • float v_meas：测量输出电压
  • float i_meas：测量输出电流
  • float t_meas：功率管温度

4.2.2 状态机变量

  • uint8_t sys_state：系统状态

    • 0：正常输出
    • 1：设置电压
    • 2：设置过流阈值
    • 3：过流保护

4.2.3 输出使能控制

  • uint8_t output_enable：输出使能标志

    • 1：允许输出
    • 0：关闭输出

4.3 系统初始化模块

4.3.1 初始化内容

初始化一般包括：

  1. 时钟与延时函数初始化
  2. GPIO初始化（按键、蜂鸣器、输出使能脚）
  3. ADC初始化
  4. PWM/DAC初始化
  5. LCD初始化
  6. 参数默认值加载（可从EEPROM读取）
  7. 输出初始电压设置并使能输出

4.3.2 初始化示例代码

c 复制代码 
void System_Init(void)
{
    Clock_Init();
    GPIO_Init();
    ADC_Init();
    PWM_Init();
    LCD1602_Init();
    Buzzer_Init();

    v_set = 5.00f;
    i_limit = 1.50f;
    output_enable = 1;
    sys_state = 0;

    Control_SetVoltage(v_set);
    Output_Enable(output_enable);

    LCD1602_Clear();
    LCD1602_Print(0, 0, "Digital PSU");
    LCD1602_Print(1, 0, "Init OK");
}

4.4 ADC采样与测量计算模块

4.4.1 模块功能

该模块负责采集：

  • 输出电压分压值
  • 电流采样放大值
  • 温度传感器输出值
    并将ADC原始值转换为实际工程量。

4.4.2 多次采样平均

为降低噪声影响，采用多次采样平均：

  • 每次读取16次ADC求均值
  • 或使用滑动平均滤波

4.4.3 ADC转换示例代码

c 复制代码 
#define ADC_REF_VOLTAGE 3.300f
#define ADC_RESOLUTION  4096.0f

uint16_t ADC_ReadChannel(uint8_t ch);

float ADC_ToVoltage(uint16_t adc)
{
    return (adc / ADC_RESOLUTION) * ADC_REF_VOLTAGE;
}

float Measure_OutputVoltage(void)
{
    uint32_t sum = 0;
    for(int i=0;i<16;i++) sum += ADC_ReadChannel(0);
    float v_adc = ADC_ToVoltage(sum / 16);

    // 分压还原：Vout = Vadc * (R1+R2)/R2
    // 此处用系数K表示比例
    const float K = 4.000f; 
    return v_adc * K;
}

4.4.4 电流计算示例

若电流采样为分流电阻Rshunt，运放增益为Gain，则：
Iout = Vadc / (Rshunt * Gain)

c 复制代码 
float Measure_OutputCurrent(void)
{
    uint32_t sum = 0;
    for(int i=0;i<16;i++) sum += ADC_ReadChannel(1);
    float v_adc = ADC_ToVoltage(sum / 16);

    const float Rshunt = 0.10f; 
    const float Gain   = 10.0f;
    return v_adc / (Rshunt * Gain);
}

4.5 温度测量模块

4.5.1 模块功能

采集功率管附近温度，转换为℃并显示。

4.5.2 DS18B20读取示例（若采用数字温度传感器）

c 复制代码 
float DS18B20_ReadTemp(void)
{
    // 这里为示例框架，实际需按时序实现
    DS18B20_StartConvert();
    Delay_ms(750);
    return DS18B20_GetTempC();
}

4.5.3 NTC测温计算（若采用ADC方式）

使用NTC需通过电阻分压采样，计算电阻再查表或拟合得到温度。为了简化程序，可以使用查表方式：

  • 建立温度-ADC映射表
  • 采用线性插值求温度
    该方式计算量小，适合资源较小的单片机。

4.6 电压调节控制模块

4.6.1 模块功能

根据用户设定电压v_set，控制PWM占空比或DAC输出，从而改变电源输出。

4.6.2 PWM控制参考电压方式

若PWM经RC滤波生成模拟电压Vref，则PWM占空比决定Vref大小，进而决定输出电压。

  • PWM频率应足够高（如10kHz以上）以减少滤波后纹波
  • RC滤波参数需要兼顾响应速度与纹波抑制
  • 软件可采用慢启动：逐步改变PWM，避免电压突变

4.6.3 控制输出函数示例

c 复制代码 
#define PWM_MAX 1000

void Control_SetVoltage(float v)
{
    if(v < 5.0f)  v = 5.0f;
    if(v > 12.0f) v = 12.0f;

    // 假设线性映射：5V->占空比A，12V->占空比B
    // 实际需根据硬件反馈关系标定
    float duty = (v - 5.0f) / (12.0f - 5.0f);
    uint16_t pwm_val = (uint16_t)(duty * PWM_MAX);

    PWM_SetDuty(pwm_val);
}

4.6.4 闭环控制（可选优化）

若希望输出电压更精准，可采用简单闭环控制：

  • 测量v_meas
  • 计算误差e = v_set - v_meas
  • 通过PI控制调整PWM
    这样即使输入电压波动或负载变化，输出电压仍可维持稳定。

PI控制示例：

c 复制代码 
float pi_kp = 20.0f;
float pi_ki = 0.5f;
float pi_integral = 0.0f;

void Control_Loop(void)
{
    float e = v_set - v_meas;
    pi_integral += e;

    float out = pi_kp * e + pi_ki * pi_integral;

    // 限幅
    if(out < 0) out = 0;
    if(out > PWM_MAX) out = PWM_MAX;

    PWM_SetDuty((uint16_t)out);
}

4.7 过流保护模块

4.7.1 模块功能

过流保护模块实时检测输出电流是否超过阈值i_limit，若超过则执行：

  1. 关闭输出
  2. 启动报警
  3. 更新LCD提示
  4. 锁存保护状态直到用户复位

4.7.2 过流判断策略

为了避免瞬态尖峰误触发，可采用两级判断：

  • 单次超过阈值立即关断（强保护，响应快）
  • 或连续N次超过阈值才触发（抗干扰更强）

对于电源保护更推荐快速动作，必要时用硬件比较器辅助。

4.7.3 过流保护示例代码

c 复制代码 
void OverCurrent_Check(void)
{
    if(sys_state == 3) return; // 已在保护模式

    if(i_meas > i_limit)
    {
        output_enable = 0;
        Output_Enable(0);

        Buzzer_On();
        sys_state = 3;

        LCD1602_Clear();
        LCD1602_Print(0, 0, "OVER CURRENT!");
        LCD1602_Print(1, 0, "OUT OFF");
    }
}

4.7.4 保护解除逻辑

保护解除通常要求：

  • 用户按下RESET键
  • 或长按MODE键3秒
    解除时应：
  • 关闭报警
  • 恢复输出使能
  • 返回正常显示界面
c 复制代码 
void Protection_Reset(void)
{
    Buzzer_Off();
    sys_state = 0;
    output_enable = 1;
    Output_Enable(1);
    LCD1602_Clear();
}

4.8 LCD显示模块

4.8.1 模块功能

负责将测量值与设定值格式化并显示。显示内容建议包含：

  • 输出电压V
  • 输出电流I
  • 功率管温度T
  • 过流阈值Limit或保护状态

4.8.2 显示更新示例

c 复制代码 
#include <stdio.h>

void LCD_UpdateNormal(void)
{
    char line1[17];
    char line2[17];

    snprintf(line1, 17, "V:%05.2f I:%04.2f", v_meas, i_meas);
    snprintf(line2, 17, "T:%04.1fC L:%04.2f", t_meas, i_limit);

    LCD1602_Print(0, 0, line1);
    LCD1602_Print(1, 0, line2);
}

4.9 按键扫描与参数设置模块

4.9.1 模块功能

按键模块实现：

  • 进入设置状态
  • 调节v_set与i_limit
  • 保存参数并返回
  • 在保护状态下执行复位操作

4.9.2 按键消抖

采用周期扫描（如10ms一次）与计数消抖：

  • 检测到按下后延时确认
  • 长按加速调整（提升体验）

4.9.3 参数调整逻辑示例

c 复制代码 
void Key_Process(void)
{
    if(Key_Pressed(KEY_MODE))
    {
        if(sys_state == 0) sys_state = 1;
        else if(sys_state == 1) sys_state = 2;
        else if(sys_state == 2) sys_state = 0;
    }

    if(sys_state == 1) // 设置电压
    {
        if(Key_Pressed(KEY_UP))   v_set += 0.10f;
        if(Key_Pressed(KEY_DOWN)) v_set -= 0.10f;
        if(v_set < 5.0f) v_set = 5.0f;
        if(v_set > 12.0f) v_set = 12.0f;
        Control_SetVoltage(v_set);
    }

    if(sys_state == 2) // 设置过流阈值
    {
        if(Key_Pressed(KEY_UP))   i_limit += 0.10f;
        if(Key_Pressed(KEY_DOWN)) i_limit -= 0.10f;
        if(i_limit < 0.10f) i_limit = 0.10f;
        if(i_limit > 5.00f) i_limit = 5.00f; // 视硬件能力设定上限
    }

    if(sys_state == 3) // 保护状态
    {
        if(Key_LongPressed(KEY_MODE, 3000))
        {
            Protection_Reset();
        }
    }
}

4.10 主程序框架与任务调度

4.10.1 主循环结构

系统主循环可按固定周期执行：

  1. 测量电压、电流、温度
  2. 执行控制算法（闭环可选）
  3. 检测过流保护
  4. 处理按键
  5. 更新LCD显示

4.10.2 主程序示例

c 复制代码 
int main(void)
{
    System_Init();

    while(1)
    {
        v_meas = Measure_OutputVoltage();
        i_meas = Measure_OutputCurrent();
        t_meas = Measure_Temperature();

        // 若采用闭环控制
        // Control_Loop();

        OverCurrent_Check();
        Key_Process();

        if(sys_state == 0)
        {
            LCD_UpdateNormal();
        }
        else if(sys_state == 1)
        {
            LCD1602_Print(0, 0, "SET VOLTAGE");
            // 显示v_set
        }
        else if(sys_state == 2)
        {
            LCD1602_Print(0, 0, "SET I LIMIT");
            // 显示i_limit
        }

        Delay_ms(200);
    }
}

5 系统可靠性与工程化设计要点

5.1 精度与稳定性提升

为了提高测量与控制稳定性，建议：

  1. ADC参考电压稳定：可使用精密基准源或稳压滤波。
  2. 采样分压电阻选择低温漂型号，提高长期稳定性。
  3. 软件滤波：对电压、电流、温度分别使用合适滤波策略，避免显示抖动与误触发。
  4. 关键系数标定：对电压与电流换算系数进行出厂标定，保证显示准确。

5.2 保护策略完善

过流保护之外可扩展：

  1. 过温保护：温度超过阈值自动关断输出并报警。
  2. 输出短路保护：短路时立即关断，避免功率器件损坏。
  3. 软启动：上电或重新输出时逐步提升电压，防止浪涌。

5.3 PCB布局与抗干扰

数控电源存在大电流开关与敏感采样信号共存，布局必须注意：

  1. 大电流回路短粗，避免压降与发热。
  2. 采样信号走线远离开关节点，必要时加地线隔离。
  3. 单点接地或分区接地，降低地弹噪声对ADC影响。
  4. PWM滤波节点尽量靠近运放输入，减少干扰。
  5. WiFi或数字干扰源（若扩展通信）要与模拟采样区域隔离。

6 总结

基于单片机的电流电压可调数控电源系统通过单片机实现输出电压数字化设定与调节，并利用ADC采样实现输出电压、电流及功率管温度的实时监测与LCD显示，使用户能够直观掌握电源工作状态。系统引入可设置的过流保护机制，在电流超过报警阈值时立即停止供电并发出报警提示，有效保护负载与电源本体，提高系统安全性和可靠性。

在硬件设计方面，系统采用模块化结构，主功率模块提供5V~12V可调输出，电压分压采样与电流分流采样实现精确测量，温度检测模块监控功率管热状态，输出控制模块实现快速关断与报警。各模块通过合理的电源设计、滤波去耦与布局分区减少干扰，提高测量与控制的稳定性。

在软件设计方面，系统采用清晰的任务划分，通过初始化、采样、计算、控制、保护、显示与按键交互等模块协同运行，实现稳定输出与实时监控。通过滤波、校准、状态机管理和保护锁存机制，系统能够在负载变化与异常条件下保持安全可靠运行。整体方案具有成本可控、可扩展性强、功能完善等特点，适用于教学实验、电子开发与小型电源应用场景。

相关推荐
泡泡糖的中文规格书2 小时前
【无标题】
单片机·嵌入式硬件·规格说明书·datasheet
风雨中的蜜蜂2 小时前
SKY13330-397LF国产替代ATR5330 SPDT开关芯片
单片机·嵌入式硬件
殷忆枫2 小时前
基于STM32的ESP8266连接Onenet（HAL库）
stm32·单片机·嵌入式硬件
Sophia么么2 小时前
嵌入式知识---如何配置定时器的时基单元，如何配置输出通道
单片机·嵌入式硬件
Katecat996632 小时前
尿液样本中细胞与非细胞成分检测分类系统实现
单片机·分类·数据挖掘
qq_12498707533 小时前
基于springboot的鸣珮乐器销售网站的设计与实现（源码+论文+部署+安装）
java·spring boot·后端·spring·毕业设计·计算机毕业设计
2401_863318633 小时前
基于单片机的恒温箱设计
单片机·嵌入式硬件
范纹杉想快点毕业4 小时前
欧几里得算法与扩展欧几里得算法，C语言编程实现（零基础全解析）
运维·c语言·单片机·嵌入式硬件·算法
2301_773730314 小时前
嵌入式—51单片机day1
单片机·嵌入式硬件·51单片机
热门推荐
01GitHub 镜像站点02Labelme从安装到标注：零基础完整指南03网站改了域名，如何查找？04Linux下V2Ray安装配置指南05安娜的档案(Anna’s Archive) 镜像网站/国内最新可访问入口（持续更新）06【踩坑笔记】50系显卡适配的 PyTorch 安装072025-04-03 Latex学习1——本地配置Latex + VScode环境08Claude Code 2.1.2 升级报错？别折腾了，一行命令搞定09Netlify 的深度解析及使用指南10CentOS的ISO镜像下载