本论文通过对电法仪工作原理的研究，针对仪器电源对探测效果的影响，以提高电法勘探的探测精度与减小电源体积为目的，给出应对电法仪工作特点的可调压电源的设计方案，包括电压采集与控制模块，逆变与驱动模块，变压模块及保护模块等。　　 电法勘探是利用岩、矿石的电性差异来实现地质目标的一种地球物理勘探方法。从19世纪至今，电法勘探为了适应不同的地质条件和实现不同的探查目标，发展了许多方法。这些方法在资源、工程、环境等方面都得到了迅速发展与应用。电法勘探仪器的发展主要经历了机械式、电子管、晶体管、集成电路、微机控制等几个阶段。它主要是利用电法勘探原理结合传感器、电子、计算机、数据传输和通讯等技术来实现找矿、找水以及研究地质构造的目标。电法仪器开发人员研究的重点就是将这些先进技术应用到仪器中。通常不同的电法勘探仪器采用不同的开发平台，但都以单片机、PC机和工控机为主。单片机是目前应用最广泛的微控制器，但是普通的单片机速度慢、I/O口有限，因此在控制高速器件和扩展多个外围器件时有一定局限性。而PC机和工控机也存在功耗大、I/O口不足、速度不够等不足。电法仪供电电源是电法仪器的重要组成部分，其输出的激发脉冲波形的标准性、构造的经济合理性以及运行的安全可靠性直接关系到电法勘探结果的质量。并且，由于电法仪的野外工作性质，供电电源携带的方便性也会影响电法仪器的使用。因此，论文选择电法仪的供电电源为研究对象，现实意义明显。　　 基于以上的分析，本论文提出了一种基于高性能单片机C8051F320的电法仪供电电源。C8051F320单片机集成了嵌入式系统的许多先进技术，是真正能独立工作的片上系统。它拥有采用流水线结构的微控制器内核，并集成了数据采集系统中常用的模拟和数字外设，还具有体积小、速度快、开发配置灵活、可靠性高等优点。因此用它开发系统只需增加少量外围电路就能实现许多功能，具有性能高、成本低、功耗低和体积小的特点。　　 论文首先从天然场源和人工场源的分类描述了电法勘探方法和仪器的原理以及仪器的组成结构。电法仪供电电源的作用是为测量提供所需的人工场源。因此，电法仪的供电电源部分常采用蓄电池或带整流、滤波部件的交流发电机电源装置，经过电能变换和程序控制产生所需的激发脉冲，然后通过电缆送至相应的接地供电电极，将电流供入大地。通过分析得到电法仪供电电源的基本组成包括：系统电源电路、主程序控制电路、逆变电路、反馈电路和保护电路。其次，论文简单叙述了电源设计的模块化思想，并且指出设计电源的一般步骤为：提出问题—→明确技术指标—→选择合适的拓扑结构—→黑箱计算—→变压器设计—→滤波整流电路设计—→功率开关和驱动电路设计—→控制器设计—→反馈设计—→保护设计。接下来依据设计指标给出了本论文研究的轻便电法仪供电电源的模块结构。该供电电源的硬件主要包括以下几个部分：辅助电源电路、变压与整流滤波电路、逆变电路、驱动电路、控制电路、采样电路和保护电路。　　 接着，论文简要描述了逆变系统的基本原理和结构，通过比较知道轻便电法仪供电电源系统实质是一个逆变系统，其核心为逆变电路和控制电路。因此设计之初需要确定逆变电路的拓扑结构和控制电路的控制方式。拓扑结构的选择是电源系统设计中性能价格折中的关键点。论文从元器件数、效率、功率、输入电压范围、有无输入输出隔离以及成本等方面比较了反激式电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路等拓扑结构的优缺点。根据本设计指标的电压和功率要求，本设计选择单相全桥逆变电路。同时，比较了双极型功率晶体管(BJT)、功率MOSFET和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)这三种功率开关管，从开关的效率和电源的功率出发，轻便电法仪供电电源的功率开关器件选用功率MOSFET。在详细叙述了PWM控制的基本原理后，系统确定采用PWM方式调节输出电压和频率。　　 确定了拓扑结构和控制方式后，继续按照电源设计步骤按模块设计辅助电源、逆变电路和驱动电路、变压与滤波整流电路、主控电路、采样电路和保护电路。低压辅助电源是为系统中各部分所用的芯片提供不同的直流电源；逆变桥在驱动电路的作用下，将输入的直流电转换为交流电，然后经过变压与整流滤波电路将交流电转换为直流，然后输入到输出开关电路；输出开关电路将整流滤波电路输出的直流电转换为脉冲交流电输出；控制电路利用单片机C8051F320与专用芯片SA4828结合产生的SPWM波和单片机软件编程产生的PWM波调节输出信号的电压和频率；采样电路将输出信号采样然后经ADC输入系统主控制器；保护电路包括过压保护、过流保护等。　　 论文依据输入24V蓄电池直流电，输出电压10～400V可调、频率小于100Hz可调、额定功率200W的要求，利用全桥逆变和驱动电路、变压与整流滤波电路、输出开关电路的级联组成功率主回路，利用C8051F320与SA4828结合产生的SPWM波和单片机软件编程产生的PWM波进行脉宽调制，再通过驱动电路对功率主回路进行电压闭环控制和频率开环控制，从而实现可调压调频的方波电压输出。软件仿真的结果证明通过脉宽调制使输出电压和频率可调的设计方案是可行的。同时利用C8051F320单片机片内集成的UART接口以及USB功能控制和收发器能够方便地实现供电电源系统与PC机的数据通讯。该方案较好地解决了传统电法仪供电电源体积庞大、成本高的问题。