電子設(shè)計競賽直流穩(wěn)定電源設(shè)計報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上直流穩(wěn)定電源（A題）設(shè)計報告摘 要: 本設(shè)計采用單片機(jī)AT89C52作為系統(tǒng)的控制核心,制作了一個可穩(wěn)定輸出電流或電壓的直流穩(wěn)定電源。設(shè)計可分為七個模塊：電源模塊、穩(wěn)壓源模塊、穩(wěn)流源模塊、DC-DC變換器模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和系統(tǒng)控制模塊。穩(wěn)壓電源采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路，主要由三端式集成穩(wěn)壓器LM317和運(yùn)算放大器LM324構(gòu)成。穩(wěn)壓電源和負(fù)載構(gòu)成恒流源，并通過程序控制穩(wěn)壓源與穩(wěn)流源電路之間的轉(zhuǎn)換。DC-DC變換器采用雙管自激諧振式振蕩電路，穩(wěn)壓電源輸出的小電壓經(jīng)DC-DC變換器輸出較大的直流電壓。本設(shè)計可實(shí)現(xiàn)電壓預(yù)置，數(shù)碼顯示輸出電壓和電流，輸出可步進(jìn)（加、減）

2、調(diào)節(jié)，恒壓和恒流電路切換等功能。此外，A/D可將數(shù)據(jù)反饋一次對誤差進(jìn)行校正，穩(wěn)壓電路具有過熱和過流保護(hù)功能，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時可自動恢復(fù)。關(guān)鍵字：鍵盤控制，單片機(jī)，穩(wěn)壓源，穩(wěn)流源，DC-DC變換器A Constant Direct Current Electrical SourceAbstract: A DC source, which uses a micro-control unit (MCU) AT89C52 as its kernel unit, is designed for supplying constant voltage or constant current. The sys

3、tem is consist of a center control unit, a power supply, a constant voltage source, a constant current source, a keyboard input unit, a digital display unit, and a DC-DC unit. A constant voltage unit is composed of feedback constant voltage circuit in series by integrated chip LM317 and a integrated

4、 operator LM324.A constant current source is implemented by a constant voltage source and a sampling resistor, and the output of current or voltage is chosen by a relevant program. The DC-DC converter is realized by a double-tube self-excitation oscillating circuit. The output can be predefined by M

5、CU keyboard, changed in step and displayed in digital by LED. Moreover, it can be protected from damage of over-heat and over-burden, and can be resumed automatically from ill-work. Key words：keyboard control, micro chip controller, constant voltage source, constant current source, DCDC converter目 錄

6、 引言- 31 系統(tǒng)設(shè)計-31.1 設(shè)計任務(wù)及要求-31.2 總體設(shè)計方案-41.2.1 設(shè)計思路-41.2.2 方案論證與比較-41.2.3 系統(tǒng)組成-82.設(shè)計實(shí)現(xiàn)-92.1 單元電路設(shè)計-92.1.1 顯示控制模塊電路設(shè)計- -92.1.2 電源電路設(shè)計- 102.1.3 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計- 122.1.4 穩(wěn)流電源電路設(shè)計- 122.1.5 DC-DC變換器電路設(shè)計- 132.2軟件設(shè)計-142.2.1 鍵盤顯示部分程序的設(shè)計- 142.2.2 單片機(jī)控制A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計-162.2.3系統(tǒng)主程序流程圖-173系統(tǒng)測試-173.1 測試儀器- 173.2 指標(biāo)測試及測量結(jié)果

7、- 183.2.1 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)指標(biāo)測試- 183.2.2 穩(wěn)流電源各項(xiàng)指標(biāo)測試- 183.2.3 DC-DC變換器各項(xiàng)指標(biāo)測試- 19 4結(jié) 論- 19參考文獻(xiàn) - 20附錄1 元器件明細(xì)表- 20附錄2 程序清單- 21引言直流穩(wěn)定電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源,線性穩(wěn)定電源和開關(guān)型穩(wěn)定電源。本設(shè)計要求完成直流穩(wěn)定電源的設(shè)計和制作。該直流穩(wěn)定電源要求具有穩(wěn)壓源、穩(wěn)流源和DCDC轉(zhuǎn)換的功能。其中穩(wěn)壓源要求在輸入為220V、50HZ，電壓變化范圍15%20%條件下，輸出電壓在+9V+12V范圍內(nèi)可調(diào)，最大輸出電流為1.5A，并對電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、紋波電壓、效率等指標(biāo)有一定要求，綜合考慮指標(biāo)與具

8、體實(shí)現(xiàn)等多種因素，我們選定使用線性穩(wěn)定電源來完成本設(shè)計任務(wù)。本設(shè)計采用單片機(jī)AT89C52作為系統(tǒng)的控制核心,共分為七個模塊：電源模塊、穩(wěn)壓源模塊、穩(wěn)流源模塊、DC-DC變換器模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和系統(tǒng)控制模塊。電源模塊為穩(wěn)壓、穩(wěn)流電路提供工作電壓，穩(wěn)壓和穩(wěn)流輸出具有在指定范圍內(nèi)可調(diào)，可預(yù)置，可步進(jìn)調(diào)節(jié)，可數(shù)字顯示等功能，并且穩(wěn)壓與穩(wěn)流輸出可依據(jù)需求自動轉(zhuǎn)換。DC-DC變換器可輸出100V，100mA的直流電壓。此外該電路還具有過熱保護(hù)和自動排除故障，自動恢復(fù)等功能1 系統(tǒng)設(shè)計1.1 設(shè)計任務(wù)及要求（1）任務(wù)設(shè)計并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。（2）要求1基本要求（1）穩(wěn)壓電源在輸入電壓2

9、20V、50Hz、電壓變化范圍15%20%條件下： a輸出電壓可調(diào)范圍為+9V+12V b最大輸出電流為1.5A c電壓調(diào)整率0.2%（輸入電壓220V變化范圍15%20%下，空載到滿載） d負(fù)載調(diào)整率1%（最低輸入電壓下，滿載） e紋波電壓（峰-峰值）5mV（最低輸入電壓下，滿載） f效率40%（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載） g具有過流及短路保護(hù)功能（2）穩(wěn)流電源 在輸入電壓固定為12V的條件下：a輸出電流：420mA可調(diào) b負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓12V、負(fù)載電阻由200300變化時，輸出電流為20mA時的相對變化率） （3）DC-DC變換器 在輸入電壓為+9V+12V條件下：

10、 a輸出電壓為+100V，輸出電流為10mA b電壓調(diào)整率1%（輸入電壓變化范圍+9V+12V） c負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載） d紋波電壓（峰-峰值）100mV （輸入電壓+9V下，滿載）2發(fā)揮部分（1）擴(kuò)充功能a排除短路故障后，自動恢復(fù)為正常狀態(tài)b過熱保護(hù)c防止開、關(guān)機(jī)時產(chǎn)生的“過沖”（2）提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)a提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率b擴(kuò)大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值（3）改善DC-DC變換器a提高效率（在100V、100mA下）b提高輸出電壓（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流 （5）特色與創(chuàng)新1.2 總體設(shè)計方案1.2.1 設(shè)計思路本設(shè)計要求設(shè)計并制作交

11、流變換為直流的穩(wěn)定電源。在輸入為220V、50HZ條件下，通過交直流轉(zhuǎn)換電路輸出穩(wěn)定可調(diào)電壓作為穩(wěn)壓源、穩(wěn)流源的電源。通過鍵盤預(yù)設(shè)一個電壓值，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號送入穩(wěn)壓電路。A/D讀取輸出的模擬電壓、電流信號送給單片機(jī)處理，再將數(shù)字顯示在數(shù)碼管中。穩(wěn)壓、穩(wěn)流電路采用串聯(lián)式穩(wěn)壓電路，選用運(yùn)算放大器LM324和具有過熱保護(hù)和自動排除短路故障的集成穩(wěn)壓器LM317作為主要元件。該設(shè)計的特點(diǎn)是可對電壓和電流采用步進(jìn)控制，可用數(shù)字顯示輸出電壓和電流，各項(xiàng)調(diào)整率的指標(biāo)都很高。1.2.2 方案論證與比較1整流濾波電路的設(shè)計方案論證與比較方案一：采用單向橋式整流、電感濾波電路，如圖1.2.1所示。該電路利

12、用電感的儲能作用可以減小輸出電壓的紋波，忽略電感的阻值可以認(rèn)為紋波電壓為零。電感濾波的特點(diǎn)是，整流管的導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，它的缺點(diǎn)是由于鐵心的存在，笨重、體積大，易引起電池干擾，一般適合低電壓、大電流的場合。方案二：采用單向橋式整流、電容濾波電路。如圖1.2.2所示.該電路簡單，輸出電壓較高，紋波較小，缺點(diǎn)是輸出特性較差，當(dāng)整流濾波電路輸出端接一負(fù)載時,負(fù)載直流電壓雖負(fù)載電流增加而減小，電容C值一定，設(shè)降壓后電壓為V，當(dāng)R為無窮大時，輸出電壓VL0=1.4V1,當(dāng)C=0時,VL0=0.9V1。常使用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動不大的場合。因?yàn)榉€(wěn)壓電路部分的電壓調(diào)整率S0.2

13、%,對輸出紋波要求不高,故選方案二。圖1.2.1橋式整流、電流濾波電路圖1.2.2橋式整流、電感濾波電路 2穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案論證與選擇方案一：采用開關(guān)穩(wěn)壓電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是電源效率高,范圍通常在75%-90%。開關(guān)穩(wěn)壓電源效率高的原因是功率調(diào)整器件由線性工作狀態(tài)改為開關(guān)工作狀態(tài)，電路結(jié)構(gòu)通常由開關(guān)變換電路和控制回路兩部分組成?，F(xiàn)以并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源為例，圖1.2.3所示為并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源的組成框圖。圖中T2為功率開關(guān)晶體三極管，Ds為功率續(xù)流二極管，L2為儲能電感，C2為儲能電容，同時還起濾波作用，R1、R2為取樣電路，RL為輸出負(fù)載。圖1.2.3 并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源的組成框圖假設(shè)功率開關(guān)管T

14、2的飽和壓降為VCE（SAT）=1V，續(xù)流二極管DS的導(dǎo)通壓降VD（ON）也近似為1V。則輸入電流I1在ton期間流過T2管，toff期間流過Ds管，這樣總的管耗為I1×1?？紤]功率開關(guān)管在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，會產(chǎn)生電壓電流均不為零的開關(guān)轉(zhuǎn)換損耗。這種損耗基本上也為I1×1。則開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率可用下式估算： 本設(shè)計題中的最高輸出電壓為+12V，即Vo=12V。假設(shè)輸入電壓Vs比輸出電壓低0.5V，帶入公式中得=85.2%，可以滿足題目要求40%。但是此方案產(chǎn)生的直流紋波和干擾較大，難以滿足紋波電壓5mV的指標(biāo)，而且開關(guān)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在后續(xù)電路中很難加以控制，很可能造成設(shè)計的失敗

15、和技術(shù)參數(shù)的超標(biāo),且輸出電壓調(diào)節(jié)范圍小，下限電壓不能為零，鑒于時間和電路可靠性的考慮沒有選擇這套方案.方案二：采用并聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路方案，并聯(lián)型穩(wěn)壓是將調(diào)整管和輸入輸出并聯(lián)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，該電路具有動態(tài)輸出電阻，負(fù)載調(diào)整率好，電路結(jié)構(gòu)簡單，具有自動保護(hù)功能，在負(fù)載短路是調(diào)整管自動截止。但是當(dāng)輸入電壓變化較大或負(fù)載電流變化范圍小時，調(diào)整管管耗很大，故效率很低，此外負(fù)載電流變化范圍小，輸出電壓固定。因此此方案很難達(dá)到題目中電壓調(diào)整率、效率和輸出電壓可調(diào)的指標(biāo)要求。方案三：采用串聯(lián)式穩(wěn)壓電源方式。采用三端式集成穩(wěn)壓器LM317提供可調(diào)電壓和電流。其優(yōu)點(diǎn)是：為穩(wěn)流源電路提供具有穩(wěn)壓特性且很小紋波的高質(zhì)量的工

16、作電源，以有效降低輸出電流紋波系數(shù)，并且LM317內(nèi)設(shè)有完善的保護(hù)電路，因此具有過流和過壓保護(hù)功能。它的缺點(diǎn)是效率只能達(dá)到40%。比較以上幾種方案和題目要求以及競賽時間與我們實(shí)際能力的限制，決定采用方案三。3穩(wěn)流電源的設(shè)計方案論證與選擇方案一: 使用分立元件，電路如圖1.2.2所示。該電路屬于串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)流管，T1為調(diào)整管，T2為比較放大器，采樣電阻RS上的電壓與參考電壓的差值經(jīng)放大后通過調(diào)整管T1的基極電流來保持RL上的電流恒定。但電路接通后受輸入電壓與溫度變化的影響，該電路達(dá)不到。方案二：使用三端集成穩(wěn)壓芯片。用可調(diào)穩(wěn)壓集成電路和電阻構(gòu)成的恒流源。取樣電路與負(fù)載串聯(lián)，負(fù)載電流的變化量由取樣

17、電路轉(zhuǎn)換成電壓變化量去控制比較放大器使其輸出電流穩(wěn)定.此外,由于在反饋電路中加入了調(diào)電阻，使得取樣電阻上的電流可以微調(diào)，實(shí)現(xiàn)輸出電流與理論值相同，大大提高了輸出電流的精度。符合題目要求的指標(biāo)。 圖1.2.4方案一方框圖4.顯示方式選擇方案一：采用LCD顯示，其優(yōu)點(diǎn)是可以顯示英文及數(shù)字，采用數(shù)字式接口，體積小、重量輕，功率消耗小，但造價昂貴。方案二：采用LED顯示，具有數(shù)字接口，體積小、重量輕、功耗低，價格低廉、發(fā)光較強(qiáng)、機(jī)械性能好，因本設(shè)計只需要顯示數(shù)字，故選LED實(shí)惠。5A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇方案一：選用12位的中分辨率TLC2543A/D轉(zhuǎn)換器，與單片機(jī)連接時可節(jié)省其I/O資源，但造

18、價較高。選用12位的AD7521D/A轉(zhuǎn)換芯片，其片內(nèi)不含輸入寄存器，在實(shí)際控制中，要求轉(zhuǎn)換后的模擬量保持一段時間，因此在D/A轉(zhuǎn)換器之前要加入一個數(shù)據(jù)鎖存器，這種D/A是數(shù)據(jù)不兼容的。方案二：采用8位8通道逐次逼近式ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器，采樣速率較ATC2543高，價格、功耗均低。采用8位的DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器，具有兩級鎖存器，在輸出模擬信號的同時可以采集下一個數(shù)字量，從而提高其轉(zhuǎn)換速度，另外利用第二級鎖存信號實(shí)現(xiàn)多路D/A的同時輸出。所以A/D采用ADC0809，D/A采用DAC0832。6控制模塊的設(shè)計方案論證與選擇方案一：通過編碼開關(guān)來控制存儲器的地址，根據(jù)地址輸出對應(yīng)的數(shù)

19、字量送數(shù)模（D/A）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過四個編碼開關(guān)的BCD碼送給4511及數(shù)碼管顯示。此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大且存儲器存儲容量有限，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)編碼開關(guān)不穩(wěn)定，所以不宜采用。其電路方框圖如圖1.2.3所示： 顯示編碼開關(guān)存儲器D/AA/D圖1.2.3 方案一方框圖方案二：采用以AT89S52為核心的單片機(jī)系統(tǒng)來控制8位DAC0832數(shù)據(jù)的輸入和ADC0809數(shù)據(jù)的輸出，在將其轉(zhuǎn)換成的模擬量或數(shù)字量輸出的同時單片機(jī)把輸入輸出的值送數(shù)碼管顯示，此方案的優(yōu)點(diǎn)是輸入預(yù)設(shè)值穩(wěn)定且避免大量的數(shù)據(jù)儲存，其原理方框圖如圖1.2.4所示。 單片機(jī)89C52鍵盤輸入顯示D/AA/D圖1.2.4 方案

20、二方框圖 7.DC-DC變換器的設(shè)計方案與論證方案一:采用逆變反饋式DC-DC變換電路。先將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率較高的高頻交流電壓,再通過高頻變壓器變換為所需交流電壓,最后再整流出所需求的直流電壓。DC-DC變換電路內(nèi)含逆變振蕩器和高頻振蕩器，逆變振蕩器包括一個晶體管組成的單端電路，兩個晶體管組成的推挽電路，兩個晶體管和兩個電容組成的半橋電路，以及由四個晶體管組成的全橋電路等，該DC-DC變換器雖能滿足題目要求，但電路極為復(fù)雜，故不選用。方案二:采用開關(guān)電源。常用開關(guān)電源是將220V交流高壓變換成直流低壓，效率和負(fù)載特性較好，雖然理論上是可以實(shí)現(xiàn)的，但電路較為復(fù)雜，考慮時間限制不選擇該方案

21、.方案三:采用雙管自激諧振式DC-DC變換器。雙管振蕩回路振蕩器自激后電路極為穩(wěn)定，能滿足電壓調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率及紋波電壓等指標(biāo)。所以選擇方案三。1.2.3系統(tǒng)組成經(jīng)過方案論證與比較，最終確定的系統(tǒng)框圖如圖1.2.5所示。鍵盤模塊顯示模塊單片機(jī)8位DAC穩(wěn)壓電源采樣電阻8位A/D電源電路DC-DC變換器輸出100V電壓、10mA電流穩(wěn)流電源穩(wěn)電壓定穩(wěn)定電流圖1.2.5 系統(tǒng)組成框圖2.設(shè)計實(shí)現(xiàn)2.1單元電路設(shè)計2.1.1 顯示控制模塊電路設(shè)計通過鍵盤預(yù)設(shè)一個電流值,單片機(jī)將預(yù)設(shè)值通過DI數(shù)據(jù)輸入線輸入DAC0832，當(dāng)LE1=LE2=0時啟動D/A轉(zhuǎn)換，A/D的ALE與 START相連，啟動A

22、/D,EOC產(chǎn)生一個負(fù)脈沖后,轉(zhuǎn)換結(jié)束,在EOC的上升沿時,若OE輸出為高電平,則將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)總線,至此A/D的一次轉(zhuǎn)換結(jié)束，該數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理顯示出來。本電路采用串口顯示，只需兩個I/O口，若選用并口顯示，每個數(shù)碼管要占用八個I/O口，浪費(fèi)I/O口資源。選用4*4矩陣鍵盤：0-9為數(shù)字按鍵，10、11A/D轉(zhuǎn)換鍵，13為D/A轉(zhuǎn)換鍵，12、14分別為步進(jìn)加、步進(jìn)減鍵，15為清零鍵。如圖2.1.1所示。DAC0832作為D/A轉(zhuǎn)換器其芯片，BIT1BIT12為數(shù)字量輸入，Rfe為模擬量輸出，Vref為參考電壓Vdd為+5V電源。數(shù)模轉(zhuǎn)換公式： 圖2.1.1 顯示控制模塊仿真圖2.1

23、.2 電源電路設(shè)計穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖2.1.2 圖2.1.2 電源方框及波形圖 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動電壓U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4,當(dāng)電網(wǎng)電壓最低即V1=220(1-20%)=176V時,必須保證VO=12V,取LM317上的壓降為3V,V4=3+12=15V,此時變壓器次級電壓有效值V2=V4/1.2=12.5,變壓器匝數(shù)比n=176/12.5=14.08,可采用14:1或13:1的變壓器。穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓U5受負(fù)載、輸入電 壓 和 溫

24、度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓U。選用LM317構(gòu)成的可調(diào)穩(wěn)壓電源。其優(yōu)點(diǎn)是： 可以進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓，以提高輸出電流對輸入交流電源電壓變化的穩(wěn)定度； 為穩(wěn)壓源電路提供具有穩(wěn)壓特性且紋波電壓很小的高質(zhì)量的工作電源，以有效降低穩(wěn)流源輸出電流紋波系數(shù)。穩(wěn)壓電源電路輸出電壓為：VO = VREF (1 + R2/R1) + IADJ R2如圖2.1.3。圖2.1.3 電源電路2.1.3 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計穩(wěn)壓源電路主要由集成穩(wěn)壓器LM317和運(yùn)算放大器LM324構(gòu)成。LM317的控制端ADJ和輸出端之間為固定的基準(zhǔn)電壓VREF=1.25V，如果將VREF直接加在電阻兩端

25、就可以得到恒定的輸出電流?，F(xiàn)將集成穩(wěn)壓器LM317的控制端接到運(yùn)算放大器OP07上，通過運(yùn)算放大器形成一個負(fù)反饋回路，當(dāng)負(fù)載變化通過反饋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出，例如當(dāng)負(fù)載上電流減小時，R1上的電壓增大，通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)，R1上電流減小，負(fù)載上電流增大，電壓增大，電壓輸出穩(wěn)定。LM317內(nèi)部含有完善的保護(hù)電路，具有過熱保護(hù)和在發(fā)生短路故障后能自動恢復(fù)為正常狀態(tài)的功能，電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率指標(biāo)都很高。LM317的輸入端和輸出端之間的壓降一般都小于3V，當(dāng)壓降為3V時，穩(wěn)壓源的效率為40%，所以能達(dá)到題目的指標(biāo)。其電路圖如圖2.1.4所示。圖2.1.4 穩(wěn)壓源電路2.1.4 穩(wěn)流源電路的設(shè)計 如果將

26、穩(wěn)定的電壓源加在固定電阻的兩端,則流過電阻的電流就是固定的。這就是穩(wěn)流電源的設(shè)計原理,電路圖如圖2.1.5所示。運(yùn)放的反相輸入端與電路輸出端構(gòu)成負(fù)反饋電路可調(diào)整輸出電流，實(shí)現(xiàn)輸出電流與理論值相同，大大提高了輸出電流的精度，維持電流的穩(wěn)定輸出。該電路輸出電流連續(xù)可調(diào),負(fù)載調(diào)整率1%,符合題目要求。 Ui12VVI3VO2ADJ1U1LM317L3267481U2OP07R11KR2300R350R41K 圖2.1.5 穩(wěn)流源電路2.1.5 DC-DC變換器電路的設(shè)計采用雙管自激諧振式DC-DC變換電路。因?yàn)殡p管振蕩回路振蕩器自激振蕩后電路極為穩(wěn)定，電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率均能達(dá)到題目要求。其電路圖

27、如圖2.1.6所示。圖2.1.6 自激諧振式DC-DC變換電路由圖知,LC振蕩器由電容CP和變壓器B的初級線圈2NP的電感LP組成N夠道FETIRF540采用零偏置柵壓。反饋線圈NF給兩管柵極提供正反饋信號，使振蕩回路維持穩(wěn)定振蕩，振蕩頻率f0=1/2（LP×CP）1/2。L1是高頻扼流電感，為了可以把輸入電源看作電流源，其電感量應(yīng)選的足夠大，同時使變壓器B的初級電流基本上變成方波波形，設(shè)為總的功率轉(zhuǎn)換率，漏極電流：ID=（PO/）×（1/V1）=（1/）×（V0×I0/V1）。ID不會很大，所以不用ID規(guī)格的MOSFET。若柵源間的電壓VDS是理想正弦

28、波，則VDS=2V1，實(shí)際上會有波形畸變,所以所選管子要有一定余量.變壓器磁芯面積S0=0.4cm2, 磁通密度BM=0.2T,當(dāng)f=40kHz時,NP的匝數(shù)為兩個9匝的線圈,NF為3匝。NP=(V1-VDS(ON)×108/(4fSEBM)=(12-0.5)108/(4×40×103×0.41×2000)=8.7匝 。NS=(VO-VD(ON)NP/(V1-VDS(ON)=(100+0.7)×9/(12-0.5)=78.8實(shí)際繞兩個79匝線圈。諧振電容C=1/（L×（2f）2）=0.192×10-6F。LN=15

29、20nH/N2,初級線圈電感值LP=N2P×LN=92×1520=123.12×10-6H實(shí)際取0.1×10-6F取高頻扼流電感L1=10×10-6F,濾波電感L2=V0/(6fI0)=100/(6×40×103×10×10-3)=13.26×10-3H,取L2等于1.5×10-3H。紋波電壓峰-峰值V0.1%,則CL0.48/(4L2×V×(2f)2)=1/(4×15×10-3×0.001×(2×40×1

30、03)=2.64×10-7F實(shí)際選用10-6F/200V電解電容。設(shè)=85%,漏極電流為:ID=P0/(V1-VDS(ON)=(100×10×10-3)/(0.85×(12-0.5)=0.102A。 VDS=2×21/2V1=2×21/2×12=33.94V.可見取VDS=100V, ID=4A的IRF540 NMOSFET完全可以滿足要求。2.2軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用C語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序是在Windows98環(huán)境下采用Keilu Vision 2軟件編寫的，可以實(shí)現(xiàn)的功能是：鍵盤預(yù)設(shè)置輸入單片機(jī)，

31、單片機(jī)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理送到8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC0832）,輸出的模擬量再送到穩(wěn)壓、穩(wěn)流源模塊，該模塊再將輸出的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示出來。主程序主要起到一個導(dǎo)向和決策的功能，具體各個模塊該如何執(zhí)行主要通過調(diào)用主程序來實(shí)現(xiàn)。2.2.1 鍵盤顯示部分程序的設(shè)計鍵盤對單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，鍵盤為4*4矩陣鍵盤，用AT89C52的并行口P0接4×4矩陣鍵盤，以P0.1P0.3作輸入線，以P0.44P0.7作輸出線   4×4矩陣鍵盤識別處理每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。每個

32、按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。其子程序流程圖如圖2.2.1所示開始P0.1-P0.3置零準(zhǔn)備讀列狀態(tài)判斷是否有鍵按下延時去抖動P0.4-P0.7是否全為一置行掃描值(P0.1為0)掃描位從P1口輸出是否掃到最后一行返回鍵碼值掃描下一行圖2.2.12.2.2

33、 單片機(jī)控制A/D D/A轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計該子程序主要是單片機(jī)對A/D D/A的工作時序進(jìn)行控制，ADC0809是8位A/D轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路。START是啟動信號，ALE是3位通道選擇地址信號的鎖存信號，當(dāng)模擬量送到某一輸入端（IN1或IN2）時，啟動A/D后，EOC產(chǎn)生一負(fù)脈沖，在其上升沿時，若OE為高電平，則控制打開三態(tài)緩沖器，數(shù)據(jù)輸出，完成一次A/D轉(zhuǎn)換。D/A恰好是A/D的逆過程.程序流程圖如圖2.2.2所示。開始 系統(tǒng)初始化延時A/D D/A轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)據(jù)圖2.2.2 2.2.3. 系統(tǒng)主程序流程圖 該系統(tǒng)主程序

34、流程圖如圖2.2.3所示開始數(shù)碼管顯示初始化鍵盤掃描鍵值有鍵按下？0-9數(shù)字鍵數(shù)字鍵確認(rèn)按下嗎？Y10號鍵11號鍵12號鍵13號鍵14號鍵15號鍵計算數(shù)據(jù)得到的預(yù)定值恒壓恒流切換A/D轉(zhuǎn)換步進(jìn)減步進(jìn)加D/A轉(zhuǎn)換清零YD/A輸出采集A/D值計算預(yù)定值和采樣BCD碼顯示圖2.2.3 系統(tǒng)流程圖3. 系統(tǒng)測試3.1 測試儀器測試使用的儀器設(shè)備如表3.1.1所示。表3.1.1 測量使用的儀器設(shè)備序號名稱、型號、類型數(shù)量備注1UNI-T數(shù)字萬用表1優(yōu)利德科技有限公司2YB4365雙蹤示波器1江蘇揚(yáng)州電子儀器廠3.2 指標(biāo)測試及測試結(jié)果3.2.1 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)指標(biāo)測試 1輸出電壓可調(diào)范圍 接上8歐假負(fù)載，

35、在輸出電流達(dá)到滿載的情況下，用數(shù)字電壓表測出輸出電壓可調(diào)范圍為+1.78- +19.98. 2電壓調(diào)整率當(dāng)輸出電壓在175-250之間變化時且滿載的條件下，改變輸入電壓，用數(shù)字電壓表測輸出電壓數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234輸入交流電壓180200210240輸出直流電壓15.0015.0014.9915.00電壓調(diào)整率=(|14.99-15|)×(210-180)/(9×220)=0.15%3負(fù)載調(diào)整率。在輸出電壓為9V時，空載情況下用電壓表測得輸出電壓為9V，滿載情況下輸出電壓為V O1O次數(shù)12負(fù)載無窮大8歐輸出電壓9.008.98。負(fù)載調(diào)整率為（9-VO1）×100

36、%/9=(9-8.99)×100%/9=0.11%4紋波電壓用示波器觀察輸出電壓，得紋波電壓（峰-峰值）5mV 5效率 調(diào)整輸出電壓為9V，輸出電壓為220V，當(dāng)輸出電流為1滿載時，輸出功率PL=VOIO，用功率表測供電輸入總功率P1，則效率=（PL×100%）/P1=（1.4×9×100%）/31.05=41.9%6最大輸出電流將8歐假負(fù)載與電流表串接后，接在輸出端，當(dāng)VO=12V時最大輸出電流IO為1.4A 3.2.2穩(wěn)流電源各項(xiàng)指標(biāo)測試1.電流調(diào)節(jié)范圍輸入12V直流電壓條件下,輸出端接上200-300歐負(fù)載與電流表串接,調(diào)節(jié)輸出電流,測得輸出電流在

37、4-20mA內(nèi)可調(diào)。2.負(fù)載調(diào)整率在輸入12V直流電壓條件下,負(fù)載電阻由200-300變化時,用電流表測輸出電流數(shù)據(jù)如下:負(fù)載調(diào)整率為(IO1-IO2)/(IO1×100%)=(19.98-19.92)/(19.98×100%)=0.3%次數(shù)12 3負(fù)載220260300輸出電流19.9819.9919.923.2.3.DC-DC變換器各項(xiàng)指標(biāo)測試1.輸出電壓在電路輸出端接10千歐負(fù)載情況下,調(diào)節(jié)輸入電壓在9-12V之間變化,測得輸出電壓VO=100V。2.電壓調(diào)整率在9-12V之間調(diào)節(jié)輸入電壓,用電壓表測輸出電壓數(shù)據(jù)如下:則電壓調(diào)整率為(|VO1-VO2|100%)/10

38、0=(|99.90-99.99|100%)/100=0.09%。次數(shù)12輸入電壓9.000V12.000V輸出電壓99.9099.993.負(fù)載調(diào)整率在輸入電壓為12V時,測得負(fù)載RL為空載和滿載時的輸出電壓數(shù)據(jù)如下表,負(fù)載調(diào)整率為(|VO1-VO2|100%)/100=0.08%。次數(shù)12負(fù)載無窮大1千歐輸出電壓100V99.924.紋波電壓在輸入9V電壓切滿載時用示波器測量紋波電壓值為60mV。5效率在輸入端用萬用表測得輸入電壓為12V，輸入電流為1.21A。輸出端用萬用表測得輸出電壓為100V，輸出電流為100.0mA。計算效率為=68.87%。4. 結(jié)論本系統(tǒng)以AT89S52芯片為核心部

39、件，硬件可實(shí)現(xiàn)電壓、電流的穩(wěn)定輸出,軟件可實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)一個電壓值，在穩(wěn)壓與穩(wěn)流之間通過按鍵自動切換，用數(shù)字顯示輸出電壓和電流。在設(shè)計過程中，力求硬件線路簡單，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，來滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。因?yàn)闀r間有限而且才剛剛接觸專業(yè)課，理論知識和實(shí)踐能力都有欠缺.該系統(tǒng)還有許多值得改進(jìn)的地方：LM317調(diào)整管的效率只能剛好達(dá)到40%。系統(tǒng)輸出實(shí)際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)輸出電流、電壓穩(wěn)定，不隨負(fù)載和環(huán)境溫度變化，并具有很高的精度。在本次設(shè)計過程中,遇到了許多突發(fā)事件和各種困難,設(shè)計制作曾一度中斷,但通過仔細(xì)分析和自我狀態(tài)調(diào)整后解決了問題.在這個過程中我們深刻體會到共同協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神的重要性,

40、提高了自己解決問題的能力。參考文獻(xiàn)1 .黃智偉 .全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程.北京：電子工業(yè)出版社,2005年2. 余錫存,曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2000年 3. 求是科技.8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計完全手冊. 北京：人民郵電出版社,2006年4. 全新實(shí)用電路集粹叢書編輯委員會.電源應(yīng)用電路集粹.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年5趙亮，侯國銳.單片機(jī)C語言編程與實(shí)例.北京：人民郵電出版社，2003年6 .劉高漅.單片機(jī)實(shí)用技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2004年7. 何希才.新型電子電路應(yīng)用實(shí)例.北京：科技出版社，20058. 李方明.電子設(shè)計自動化

41、技術(shù)與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2006年9. 周潤景，張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006年附錄附錄1 主要元器件清單單片機(jī)89S52：1個ADC0809：1個DAC0832：1個LM317：5個大功率LM317：1個LM337：1個LM324：2個74164：4個4024：1個12MHZ 晶振：1個變壓器：1個共陰數(shù)碼管 2025：4個4×4矩陣鍵盤：1個5K電位器：7個電容：4700uF 5個，100uF 5個，0.01uF 10個貼片電容: 0.01uF 3個二極管:LN4007 25個三極管:8550 3個電阻:4

42、70K 4個,10K 兩個,4.9K 2個,1K 4個,200 5個，50 1個貼片電阻：470 8個排線若干附錄2 程序清單#include<reg51.h> unsigned char s=10,a4=10,10,10,10;k=0;unsigned char code_h; /鍵盤的行值unsigned char code_l; /鍵盤的列值char code seg7_anti_order1=0xfd,0x61,0xdb,0xf3,0x67,0xb7,0xbf,0xe1,0xff,0xf7,0x00 ; char code seg7_anti_order=0xfc,0x60

43、,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0x00;sbit P0_0=P00;sbit P0_1=P01;sbit P0_2=P02;sbit P0_3=P03;sbit P0_4=P04;sbit P0_5=P05;sbit P0_6=P06;sbit P0_7=P07;sbit P1_0=P10;sbit P1_1=P11;sbit P1_2=P12;sbit P1_3=P13;sbit P1_4=P14;sbit P1_5=P15;sbit P1_6=P16;sbit P1_7=P17;sbit P2_0=P20;sbit P2_1=P21;sb

44、it P2_2=P22;sbit P2_3=P23;sbit P2_4=P24;sbit P2_5=P25;sbit P2_6=P26;sbit P2_7=P27;sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;sbit P3_2=P32;sbit P3_3=P33;sbit P3_4=P34;sbit P3_5=P35;sbit P3_6=P36;sbit P3_7=P37;unsigned char key_scan(void)unsigned char i;P0=0xf0;/P0口發(fā)掃描碼 ，此時若有鍵按下高四位中必有一位1變?yōu)? if(P0&0xf0)!=0xf0) f

45、or(i=0;i<200;i+) ; /延遲用于鍵盤去抖 if(P0&0xf0)!=0xf0) /判斷是否有鍵按下 for(i=0;i<200;i+) ; code_h=1; /掃描第1列P0=0xf7;/P0口發(fā)掃描第1列時的代碼while(code_h<5)/判斷是不是最后一列if(P0&0xf0)!=0xf0)code_l=P0&0xf0;if(code_l=0x70) code_l=4; break; else if(code_l=0xb0) code_l=3; break; else if(code_l=0xd0) code_l=2; bre

46、ak; else if(code_l=0xe0) code_l=1; break; /通過比較得到列值，else code_h+; P0=(P0>>1)|0x80;/若不為此行，行值加1，得到相應(yīng)的代碼 return 1;return 0;unsigned char convert(void) /鍵值轉(zhuǎn)換 unsigned char s; switch(code_l) case 1: switch(code_h) case 1:s=1;break; case 2:s=2;break; case 3:s=3;break; case 4:s=10;break; break; case 2: switch(code_h) case 1:s=4;break; case 2:s=5;break; case 3:s=6;break; case 4:s=11;break; break; case 3: switch(code_h) case 1:s=7;break; case 2:s=8;break; case 3:s=9;break; case 4:s=12;break;break; case 4: switch(code_h) case 1:s=14;break; case 2:s=0;break; case 3:s=15