兆易创新企业命题 二等奖

南京信息工程大学 ★ 三人行队

基于GD32的直流数控电源

随着人工智能、电子信息、物联网产业、电源技术的快速发展，开关电源在各个领域越来越起到至关重要的作用也对电源提出了更高的要求，使得电源朝着重量轻、体积小、高频化、高效率的方向发展，传统的模拟控制电源已不能满足这些新兴技术应用的需求，采用数字控制技术来提高电源的性能己成为高性能电源的一大发展方向。

本作品设计的数控源分为MCU控制模块、DC-DC模块和快充模块三个部分。其中控制模块采用兆易创新的GD32E503为主控MCU，外设有电源模块、旋转编码器按键模块、显示模块、ADC采样模块、Wi-Fi模块、USB转串口模块、SD存储模块、四脚按键模块等组成。DC-DC模块输出电压0-30V和输出电流0-5A可调。快充模块支持多种快充协议、可对手机、电脑等电子产品进行快速充电。软件方面采用KEIL集成开发环境，上位机采用QT集成开发环境，采用模块化编程，实现了上位机通过串口实时检测数控源输出电压电流值，并通过上位机可以设定电压电流值。

本作品设计的数控源具有恒压、恒流输出，输出电压范围在0-30V，输出电流在0-5A，输出电压精度为0.01V，输出电流精度为0.003A。该数控源具有可调精度高、纹波小、体积小、反应灵敏、工作稳定等优势，具有广阔的市场应用前景。

作品创新

1 本直流数控电源可以恒压、恒流输出，纹波小;输出电压值0~30V，输出电流值0~5A，电压精度0.01V，电流精度0.003A，功率最大可达150W。

2 采用补偿算法精确控制DAC输出以及中位值滤波算法对ADC芯片采到的数据进行滤波计算处理，减小误差。

3 本作品所有主控芯片均采用国产芯片，PCB硬件设计也采用了国产立创EDA，做到了百分之百国产化替代，大大缩减了成本，并且本作品体积小、方便携带。

4 增加快充、物联网、存储功能。支持全协议快充;并可以通过手机远程监控电源运行状态;还可将设备数据运行日志存到文件系统SD卡中，方便后期运营维护。

作品设计

整体设计分为硬件设计和软件设计，硬件设计主要分为MCU控制板模块、DC-DC模块和快充模块三个部分，软件设计分为逻辑代码的设计和上位机设计，其中逻辑代码的开发环境为KEIL5，上位机采用QT编写。

MCU控制板模块采用兆易创新GD32E503VET6为主控芯片，采用四层板布局设计。外设有单片机电源模块、ADC采样模块、旋转编码器按键模块、显示模块、USB转串口模块、Wi-Fi模块、SD存储模块、四脚按键模块等。MCU通过SPI协议控制ADC采样模块对DC-DC模块进行实时采样，将其采到的电压转化为输出电压并显示在屏幕上。当用户按下设定键时，通过外部中断触发进入设定电压电流功能选项，用户使用旋转编码器设定电压电流值，旋转编码器设定好预置电压、电流之后，通过程序进行计算，将计算得到的数字值赋值给DAC寄存器，DAC输出两路电压来控制DC-DC模块的电压电流输出。

▲ 系统框图

软件部分采用KEIL5开发环境，首先对硬件进行初始化设定，当外设初始化完成后，进入while循环，通过按键外部中断来判断所处的状态，当按键没有按下时进行温湿度刷新、ADC采样滤波显示、串口打印输出、写入SD、将数据上传至阿里云平台等，当按键按下时，进入旋转编码器设定状态，可以进行电压电流值设定，当再次按下按键时，退出设置功能并通过两路DAC输出相应的电压来进行控制。上位机采用QT开发环境，上位机可以与GD32单片机进行交互，单片机将电压、电流等信息通过串口发送给上位机，上位机进行接收并实时绘制动态波形。

▲ 主控程序流程图

最终可以实现输入220V 50Hz交流电，输出为0-30V、0-5A可调。并通过Wi-Fi模块将采集的电压、电流、温度等信息传至阿里云平台，通过云端实时检测设备运行状态。

测试分析

▲ 实物展示

▲ 性能测试

▲ 快充测试

★ 获奖评语 ★

该作品使用GD32E503VET6作为主控芯片，实现了直流数控源控制板的设计、制作及测试。该数控源具有可调精度高、 纹波小、体积小、反应灵敏、工作稳定等优势。同时增加了快充接口，支持各种快充协议，以及具备云平台数据监控功能，具有广阔的市场应用前景。