數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設計畢業(yè)設計

西安工業(yè)大學北方信息工程學院系別：電子信息系專業(yè)：電氣工程及其自動化畢業(yè)設計(論文)任務書系別電子信息系專業(yè)電氣工程及其自動化班級B12030數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，期間過程中，選擇1～2個單元電路使用仿真軟件(例如Multisim2001等)進行仿真調(diào)試。用計算機繪制所有的電路圖。參數(shù)指標要求：輸出電壓范圍0-30v,步進值為0.1V具有過流4.設計的基本要求及進度安排(含起始時間、設計地點):第10~12周進行計算機繪制所有電路圖5.畢業(yè)設計(論文)的工作量要求*①實驗(時數(shù))或實習(天數(shù)):90天*②圖紙(幅面和張數(shù)):A4③其他要求：論文字數(shù)1.5萬字左右；外文翻譯：3000字以上系(教研室)主任審批：年月日2帶*項可根據(jù)學科特點選填。I數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設計該電源以51系列單片機為控制單元，以數(shù)模轉換器DAC0832輸出電壓為參考電壓，通過電壓轉換模塊LM317輸出0～30V之間的任意數(shù)值的直流outputstability,stepadjustableDCvoltage.fieldsofmoderncommunications,aerospace,bisupports,itisknownastheheartofelectronictechnologyequipmentneedsforoutputvoltageofthereferencevoutputvoltagetoanyvaluebetween0～30V.Thepowersupplyissmall,lightweight,KeyWords:Microcontroller;PowerElectronicsTechnology;Digital 11.2國內(nèi)外研究情況 2 31.4數(shù)控電源優(yōu)點 41.5主要研究的內(nèi)容 42系統(tǒng)設計方案 52.2方案比較與選擇 2.2.1數(shù)控部分 2.2.2輸出部分 3系統(tǒng)的硬件設計 3.1系統(tǒng)硬件原理框圖 8 9 3.2.2時鐘復位電路 3.3數(shù)模轉換電路 3.3.1DAC0832芯片 163.2.2數(shù)模轉換電路 3.5放大與功率輸出電路 3.6直流穩(wěn)壓電源電路 213.6.1穩(wěn)壓芯片LM317 22 4.2仿真軟件Proteus 24 5結論 26參考文獻 27 V畢業(yè)設計(論文)知識產(chǎn)權聲明 畢業(yè)設計(論文)獨創(chuàng)性聲明 附錄1源程序 附錄2硬件原理圖 1了更高的要求。在我國，以電力電子學為核心技術的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀60能化、網(wǎng)絡化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10—15年，尤其在實現(xiàn)直流恒流都電子科技大學和廣州華南理工大學，主要是利用單片機和可編程系統(tǒng)器件 及其配件的生產(chǎn)銷售企業(yè)有4000家以上，產(chǎn)值由300—400億元，但國內(nèi)企業(yè)銷售的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源大多是代理日本和臺灣的產(chǎn)品，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的直流現(xiàn)多組數(shù)值預置?？傮w來說，國內(nèi)直流恒流源技術在實現(xiàn)智能化等方面相對落2接并入直流母線，給后端的用電設備提供能過DC/CD變換器講電能儲存在蓄電池中，而當蓄電池作為通訊系統(tǒng)的后備電源DC/CD變換器中恒流控制的好壞直接影響用電設備和蓄電池的使用壽命。隨著數(shù)字信號處理器(DSP)技術的成熟，越來越多的功率電路采用了數(shù)字式控制。與模擬控制相比，數(shù)字控制具有性價比高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。另外，通過對控制中對不同大小電流的采樣問題。通過對DSP軟件的編程，還可以實現(xiàn)對電路的恒流、恒壓以及恒功率等控制功能。針對蓄電池系統(tǒng)控制方案。而且數(shù)字化智能電源模塊是針對a.高頻化技術：隨著開關頻率的提高，開關變換器的體積也隨之減少，功率高，開關元件和無源元件損耗的增加，高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI等新的問題b.軟開關技術：為提高變換器的變換效率，各種軟開關技術應運而生，具有代表性的是無源軟開關技術和有源軟開關技術，主要包括零電壓開關/零電流開關(ZVS/ZCS)諧振、準諧振、零電壓/零電流脈寬調(diào)制技術(ZVS/ZCS-PWM)以及有效的降低開關損耗和開關應力，有助于變換器變換效率的提高。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)31.3研究歷程數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始路、數(shù)字信號處理器件的研制應用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達到0.05V的數(shù)控電源，功率密度達到每立方英寸50W的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)a.易于采用先進的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更4電壓調(diào)整率Sv<0.05%V;電流調(diào)整率Si<0.03%A;具有過流保護和短路保護功能；用數(shù)字顯示輸出電壓。52.1系統(tǒng)功能概述及方案器完成系統(tǒng)的控制功能，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為輸出輸出EPROMD/A轉換十進制計數(shù)器方案2:由于電網(wǎng)提供的交流電一般為220V或380V,而各種電子設備所需壓增加減小按控。顯示部分用LED顯示，參考電壓比較電路由TL431與一個1kΩ流電壓經(jīng)穩(wěn)定可調(diào)的電壓芯片輸出可調(diào)的0～30V的電壓。方案二設計原理圖如6穩(wěn)壓穩(wěn)壓芯片輸出數(shù)模轉換1單片機放大穩(wěn)壓電路濾波電路交流降壓整流電路2.2.1數(shù)控部分方案一采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號繁瑣，中間相互關聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單便于系統(tǒng)功能的擴展。這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響，而方案二中使用運算放大器作前級的運算放大器，由于運算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小2.2.3顯示部分方案一中的顯示輸出是對電壓的量化值直接進行譯碼顯示輸出，顯示值為D/A轉換的輸入量，由于D/A轉換與功率驅動電路引入的誤差，顯示值與電源西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)73系統(tǒng)硬件設計83系統(tǒng)硬件設計和頻率的選擇。單片機AT89C51輸出所需波形和頻率的二進制數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)模穩(wěn)壓穩(wěn)壓個數(shù)模轉換放大參考電壓單片機交流降壓穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路按鍵電路輸出圖3.1原理圖框圖控制部分以AT89C51單片機為核心控外圍電路與單片機連接為：晶振連接到單片機18、19管引腳，這是單片機工作必須具備的外圍電路；LED顯示外接芯片接32至39管腳；單片機的P3.79鍵盤采用常用的2個按控鍵盤，接單片機的P3.0和P3.1通過單片機進行查詢按鍵，從而執(zhí)行相應命令。按鍵主要任務是完成人工交互。K2和K3為電壓AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和128bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可提供高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。因此，在這里我選用AT89C51單片機來完成。AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM,定時/計數(shù)器，串行通信口及終斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。(2)4K字節(jié)可重擦寫Flash閃存存儲器(3)1000次擦寫周期(5)三級加密程序存儲器(6)128x8字節(jié)內(nèi)部RAM(7)32個可編程I/O口線(8)2個16位定時/計數(shù)器PO口：PO口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)輸入口，當FIASH進行校驗時，PO輸出原碼收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1輸出4個TTL門電流，當P2VCCVCC40P3.89/EA/VPP:當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 (0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體的頻率為12MHz,電容值為15PF,電路。電容采用10PF的，電阻采用10K的。復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電DDDP2.p37P0.P0P0.3P2 P2.發(fā)位D圖3.3單片機最小系統(tǒng)圖晶振的頻率取值在1.2MHz～12MHz之間。對于外接時鐘電路，要求XTAL1接脈沖寬度，時鐘頻率低于12MHz即可。晶體振蕩器的振蕩信號從XTAL2端送(1)指令時序：我們將單片機的基本操作周期稱作機器周期，一個期由6個狀態(tài)組成，每個狀態(tài)由兩個時相P1和P2構成，故一個機器周期可依次表示為SIP1,S1P2,..,S6P1,S6P2,即一個機器共有12個振蕩脈沖。為了大家便于分析CPU的時序，在此先對以下幾個概念作一介紹。a.振蕩周期：振蕩周期指為單片機提供定時信號的振蕩源的周期或外部輸入時鐘的周期。(2)時鐘周期：時鐘周期又稱作狀態(tài)周期或狀態(tài)時間S,它是振蕩周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍，通常在P1節(jié)拍完成算術邏輯操作，在P2節(jié)(3)機器周期：一個機器周期由6個狀態(tài)組成，如果把一條指令的執(zhí)行過b.復位電路工作原理影響單片機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的因素可大體分為外因和內(nèi)因兩部分：(1)外因射頻干擾，它是以空間電磁場的形式傳遞在機器內(nèi)部的導體(引(2)內(nèi)因振蕩源的穩(wěn)定性，主要由起振時間頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決在電路圖中，電容的的大小是10uf,電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍(單片機的電源是5V,所以充電到0.7倍即電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內(nèi)，單片機系統(tǒng)在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V,這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V,RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)圖3.4復位電路開關“加”是電壓“+”增大的，鏈接單片機10引腳。開關“減”是電壓“-”減小的，鏈接單片機11引腳。按鍵電路圖圖3.5所示。V圖3.5按鍵電路西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)在電路圖中，電容的的大小是10uf,電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍(單片機的電源是5V,所以充電到0.7倍即為3.5V),需要的時間是10K*10UF=0.1S。候10K電阻兩端的電壓為從5~1.5V減少(串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓)。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右)。那么單片機10口從內(nèi)部來看，由于上拉電阻R的存在，所以是一個高電平。當外部沒有按鍵按下將電平拉低的話，VCC也是+5V,他們之間雖然有2個電阻，廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間lus;單一電源供電(+5V～+15V);CS:片選信號輸入線(選通數(shù)據(jù)鎖存器),低電平有效；WR1:數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖(脈寬應大于500ns)有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1,當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)IOUT1:電流輸出端1,其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2:電流輸出端2,其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC083223456O789電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。所以這個芯片的應用很廣泛，關于DAC0832應用的一些重要資料見下圖：D/A轉換結果采用電流形式輸運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機電路連接。3.3.2數(shù)模轉換電路接線圖如圖3.9,DA的8腳接參考電壓，參考電壓通過調(diào)節(jié)精調(diào)電阻和TL431使基準電壓的輸入電壓為5.12V,輸出為5.12V/256=0.02V(3.1)壓的分辨率為0.02V,也就是說DA輸入數(shù)據(jù)端每增加1,電壓增加0.02V。DAC0832的電壓輸出端接運放LM324的輸入端,放大器的放大倍數(shù)為：輸出到電壓模塊LM317的電壓分辨率：分辨率=0.02V×5=0.1V(3.3)所以，當單片機輸出數(shù)據(jù)增加1的時候，最終輸出電壓增加0.1V,當調(diào)節(jié)電壓的時候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低電壓。ADC0832電路接線圖為圖3.8mXFERND圖3.8DAC0832電路接線圖3.4數(shù)字顯示電路74HC573鎖存器是驅動共陽數(shù)碼管的譯碼驅動器。運行仿真，“撥動開關”數(shù)碼管的顯示結果會隨之變化，電阻在實際應用電路中是一個較為有用的器件。如果沒有這只電阻，數(shù)碼管極易受損。按動按鍵就能觀察顯示值的變化并記錄。顯示電路如圖3.9所示。52圖3.9顯示電路圖LM324系列是低成本的四路運算放大器，具有真正的差分輸入。在單電源以工作于低至3.0V或高達32V的電源電壓，靜態(tài)電流是MC1741的五分之一左右(每個放大器)。共模輸入范圍包括負電源，因此在眾多應用中無需外部偏置元器件。輸出電壓范圍也包括負電源電壓。LM3用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)1245672IN-pOUT4IN+98N4007LM324圖3.11放大電路西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)TpiTpiN火DRCp圖3.12電源主電路圖如圖3.13為該直流電源的接線圖。首先變壓器將220VAC市電進行降壓，從而得到15V左右的交流電壓，再將此交流電壓進行整流，其具體整流的過程為，4只二極管互相接成橋式形式，4個二極管兩兩輪流導通，正負半周內(nèi)都有電流流出供給負載。當在市頻工電的正半周時，二極管D1和D2因加正向電壓U,則一個周期內(nèi)負載上所得到的電壓是其兩倍，即負載上得到2U的壓降。所它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。為了減少這種脈沖成分，在整流電路后3.6.1穩(wěn)壓芯片LM317在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)隨意設定的。首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V—37V(高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是本文中子程序的調(diào)用是通過按鍵來實現(xiàn)的，在取得按鍵相應的高電平后，啟動定時器和相應的中斷服務程序，在直接查詢程序中預先設置數(shù)據(jù)值，通過轉換出相應的電壓，從而形成所需各種波形。主程序流程圖如4.1所示。系統(tǒng)初允許定時器N下調(diào)用顯示處理子程序Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件(該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司)。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件),從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其Proteus軟件具有其它EDA工具軟件(例：multisim)的功能。這些功能是：b.PCB自動或人工布線革命性的特點d.互動的電路仿真部分SPI器件，部分IIC器件。a.通過“KEY2”“KEY3”兩個開關，來改變輸入電流的大小，從而改變數(shù)碼管b.當按下“KEY2”后一直保持住，數(shù)碼管的顯示數(shù)值是一直以0.1的數(shù)值跳動c.按下“KEY3”一直保持住，數(shù)碼管的數(shù)值又會以0.1的大小連續(xù)降低。如圖西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)圖4.5顯示模塊仿真圖35結論量領域中有著重要的實際應用價值。本設計給出的穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍為[11]ClemensRB.ControloptiDohertyamplifierusinganew[13]陳海宴.51單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社2010.致謝畢業(yè)設計(論文)知識產(chǎn)權聲明本人完全了解西安工業(yè)大學北方信息工程學院有關保護知識產(chǎn)權的規(guī)定，即：本科學生在校攻讀學士學位期間畢業(yè)設計(論文)工作的知識產(chǎn)權屬于西安工業(yè)大學北方信息工程學院。本人保證畢業(yè)離校后，使用畢業(yè)設計(論文)工作成果或用畢業(yè)設計(論文)工作成果發(fā)表論文時署名單位仍然為西安工業(yè)大學北方信息工程學院。學校有權保留送交的畢業(yè)設計(論文)的原文或復印件，允許畢業(yè)設計(論文)被查閱和借閱；學?？梢怨籍厴I(yè)設計(論文)的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印