電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽報(bào)名方案

報(bào)告1基本信息學(xué)校名稱揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)參賽學(xué)生1鄭巍Emai1135916263@參賽學(xué)生2陳丹Emai2553616558@參賽學(xué)生3吳旭Emai1027923720@指導(dǎo)教師1龍?zhí)咸螮mai12963339@指導(dǎo)教師2李金奎Emai35995294@獲獎(jiǎng)等級(jí)江蘇賽區(qū)一等獎(jiǎng)指導(dǎo)教師簡(jiǎn)介（500字內(nèi)）龍?zhí)咸希?，講師，揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心主任，主要從事電子和通信類課程的理論和實(shí)踐教學(xué)，組織和指導(dǎo)學(xué)生參加“2015全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”，指導(dǎo)的學(xué)生獲得全國(guó)一等獎(jiǎng)。李金奎，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院教師，從事應(yīng)用電子學(xué)科的理論和實(shí)際教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)多次在“江蘇省大學(xué)生優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)”評(píng)比中獲獎(jiǎng)。設(shè)計(jì)方案工作原理預(yù)期實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位制作一個(gè)LED閃光燈電源，以DC-DC穩(wěn)電源轉(zhuǎn)換器為核心，能將電池的電能轉(zhuǎn)換為恒流輸出，驅(qū)動(dòng)高亮度白光LED,具有連續(xù)輸出和脈動(dòng)輸出兩種模式，并具有輸出電壓限壓保護(hù)和報(bào)警功能的裝置。作品采用UC3842將輸入的3.0-3.6V電壓升壓至恒定值，通過(guò)TL431得到一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，然后通過(guò)按鍵和AT89C52單片機(jī)來(lái)控制輸出的電流，再通過(guò)數(shù)碼管將輸出電流的值顯示出來(lái)。本電路還具備等效直流負(fù)載電阻過(guò)大時(shí)，電路中LED控制報(bào)警，并使輸出電壓值不高于10.5V的功能。2.技術(shù)方案分析比較（1）啟動(dòng)電路模塊選擇：方案1：選用UC3842,UC3842可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET,具有管腳數(shù)量少，外圍電路簡(jiǎn)單，安裝與調(diào)試簡(jiǎn)便，性能優(yōu)良，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。方案2：PT4105是一款大功率LED驅(qū)動(dòng)用18V降壓轉(zhuǎn)換器。它包含一個(gè)PWM控制器、一個(gè)高精度的能帶隙參考源、一個(gè)誤差放大器、相位補(bǔ)償電路、軟啟動(dòng)電路、保護(hù)電路、IC使能電路、輸入電壓檢測(cè)電路、邏輯控制電路和功率MOS管。PT4105采用固定功能以避免在輸出過(guò)載對(duì)器件造成損害。由于任務(wù)要求升壓電路的制作，無(wú)其他附帶功能，因此UC3842更符合我們的任務(wù)要求，所以我們選擇了方案1。（2）設(shè)定電路模塊選擇：方案1：采用LM336,LM336典型輸出電壓為2.49V時(shí)，其輸出電壓的波動(dòng)范圍為2.39-2.59V。方案2：采用TL431,TL431是一種具有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源，其典型輸出電壓為2.5V時(shí)，其輸出電壓的波動(dòng)范圍為2.47-2.52V。本設(shè)計(jì)中參考電壓要求恒定于2.5V,TL431電壓穩(wěn)定性高于LM336，所以我們選擇了方案2。（3）控制電路模塊選擇：方案1：采用可編程邏輯器件CPLD,CPLD可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，體積小，穩(wěn)定性高，價(jià)格也高，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。方案2：采用Atmel公司的AT89C52,低功耗，高性能，但其本身功能較小，因此需要增加較多的外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)中僅要求控制電源模塊參考電壓，AT89C52更適合我們電路設(shè)計(jì)的要求，所以我們選擇了方案2。（4）鍵盤模塊選擇:方案1：選用獨(dú)立按鍵，編程簡(jiǎn)單，但浪費(fèi)IO口（適用于按鍵在6個(gè)內(nèi)的場(chǎng)合）。方案2：選用矩陣按鍵，編程復(fù)雜，節(jié)省IO口。（適用于按鍵大于6個(gè)的場(chǎng)合）。由于我們所需的按鍵在6個(gè)內(nèi)，所以選擇了方案1。顯示模塊選擇：方案1：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管耗能低，電壓低，壽命長(zhǎng)，同時(shí)采用二進(jìn)制編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用少，操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。方案2：采用LCD1602液晶顯示。1602一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，但不能顯示漢字。考慮到成本問(wèn)題以及本系統(tǒng)沒(méi)必要輸出太多字母和漢字，所以選擇了方案1。（6）報(bào)警裝置模塊選擇：方案1：采用LED控制，LED易于控制，硬件和軟件的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，成本低。方案2：采用蜂鳴器報(bào)警裝置，蜂鳴器噪音太大。LED不但功能達(dá)到了題目的要求，而且無(wú)噪音，所以我們選擇了方案1。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工作原理根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)可劃分為啟動(dòng)電路模塊、設(shè)定電路模塊、控制電路模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、報(bào)警裝置模塊，系統(tǒng)總體方框圖如圖1：圖3啟動(dòng)電路圖4設(shè)定部分電路測(cè)量控制分析處理控制電流輸出值我是采用單片機(jī)加按鍵來(lái)控制的。電路剛啟動(dòng)時(shí)的輸出電流是600mA，若想得到100mA的電流只需將R7,R26和R20,R12并聯(lián)即可。同理，可得到150mA，200mA，300mA，450mA，的電流。它的原理是利用電阻分流來(lái)得到要求的電流值，再通過(guò)三極管可做為開(kāi)關(guān)的原理用單片機(jī)來(lái)控制。二、核心部件電路設(shè)計(jì)1.關(guān)鍵器件性能分析UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。該調(diào)制器單端輸出，能直接驅(qū)動(dòng)雙極型的功率管或場(chǎng)效應(yīng)管。其主要優(yōu)點(diǎn)是其管腳效應(yīng)少，外圍電路簡(jiǎn)單，電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%，工作頻率最高達(dá)500KHz，啟動(dòng)電流小于1mA，正常工作電流為5mA，并可利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。該芯片集成了振蕩器、具有高溫補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測(cè)比較器、圖騰柱輸出電流、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路。TL431是由德州儀器生產(chǎn)，所謂TL431就是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。電路結(jié)構(gòu)工作機(jī)理因?yàn)檎麄€(gè)電路的效率要求高，所以啟動(dòng)電路我們采用開(kāi)關(guān)電源電路。利用開(kāi)關(guān)管UC3842不斷地給電感和電容充放電來(lái)輸出想要的穩(wěn)定電壓。設(shè)定電路中有個(gè)特殊的要求，是要輸出端短路時(shí)輸出電壓為0，而輸出電流要為起初設(shè)定的值，所以我們?cè)O(shè)定電路采用線性恒流源電路。電路的工作原理是用TL431產(chǎn)生一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，然后用電阻分流輸出想要的電流值。3.電路實(shí)現(xiàn)調(diào)試測(cè)試我們先在萬(wàn)用板上搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的電路通過(guò)調(diào)節(jié)元器件來(lái)調(diào)試和測(cè)試它的指標(biāo)，待電路調(diào)試出來(lái)時(shí)再選取元器件的值，最后焊接電路。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析程序設(shè)計(jì)若想得到100mA的電流需按下按鍵S103，第一位數(shù)碼管顯示1，然后按下S101按鍵，即可得到100mA的電流。再按下按鍵S103,第一位數(shù)碼管顯示2,然后再按下按鍵S101,即可得到150mA的電流。數(shù)碼管會(huì)顯示1-6，對(duì)應(yīng)的電流值是，100mA、150mA、200mA、300mA、450mA、600mA。按下S102，第三個(gè)數(shù)碼管可顯示1-3，對(duì)應(yīng)的是周期為10ms、30ms、100ms。按下S100,第四個(gè)數(shù)碼管可顯示0-6，對(duì)應(yīng)的功能是恒流輸出，1-5個(gè)脈沖輸出，連續(xù)脈沖輸出。注意每次調(diào)整好對(duì)應(yīng)的參數(shù)時(shí)，要按下S101確認(rèn)按鍵。 程序流程圖如圖6：圖6程序流程圖四、競(jìng)賽工作環(huán)境條件1.測(cè)試方案先測(cè)試升壓電路，看電路能否達(dá)到題目的要求，待升壓電路沒(méi)問(wèn)題后就測(cè)試恒流源電路，最后軟硬件聯(lián)調(diào)。2.測(cè)試儀器示波器，萬(wàn)用表，直流穩(wěn)壓電源五、作品成效總結(jié)分析1.系統(tǒng)測(cè)試性能指標(biāo)輸入電壓為3.0V-3.6V時(shí),升壓電路輸出電壓可調(diào)，按(2)要求調(diào)整在10.5V左右，滿足基本要求（2），當(dāng)輸出電壓調(diào)整高于10.5V時(shí)，空載（電阻最大）紅色LED常量，報(bào)警，滿足基本要求（4）。加負(fù)載測(cè)試數(shù)據(jù)分析，理論電流100mA，實(shí)測(cè)電流101mA，則此時(shí)實(shí)測(cè)電流相對(duì)誤差為1-100/101=0.991%，同理根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)可知，實(shí)測(cè)電流為150mA、200mA時(shí)，相對(duì)誤差分別為0.67%、0%，均低于2%，滿足基本要求（3）。發(fā)揮部分測(cè)試數(shù)據(jù)分析，理論電流300mA,實(shí)測(cè)電流298mA，則此時(shí)相對(duì)誤差為0.67%，同理根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，理論電流為450mA、600mA時(shí)，相對(duì)誤差分別為0.44%、0.33%，均小于5%，滿足發(fā)揮部分要求（2）。別的需要在示波器上測(cè)試的題，經(jīng)測(cè)試，基本上都達(dá)到了題目的要求。2.成效得失對(duì)比分析我們電路最遺憾的是效率沒(méi)有達(dá)到，但是我們別的題包括發(fā)揮部分都做出來(lái)了，總的來(lái)說(shuō)我們對(duì)自己設(shè)計(jì)的電路很滿意。3.創(chuàng)新特色總結(jié)展望剛開(kāi)始時(shí)我們做電路板，將打印在覆銅板上的線條鏡像后印在覆銅板上，導(dǎo)致做出來(lái)的電路板是與實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)的電路板相反的。后來(lái)在調(diào)試電路時(shí)發(fā)現(xiàn)怎么調(diào)節(jié)電路都達(dá)不到題目要求的參數(shù)，經(jīng)過(guò)我們仔細(xì)排查，原因是電路板上的8050的三極管封裝與我們買的8050三極管封裝不同，后來(lái)我們換了別的三極管，測(cè)試時(shí)電路達(dá)到了要求?？傮w來(lái)說(shuō)，我們對(duì)自己設(shè)計(jì)的電路還比較滿意，我們電路設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是將單片機(jī)與電源電