基于51单片机恒压恒流源的设计Word文档格式.docx
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单元电路…………………………………………7
1)、充电电流取样检测电路
2)、充电电压取样检测电路
3)、检查及保护电路
4)、时钟芯片DS1302辅助电路
5)、1602液晶显示模块
第五章软件设计…………………………………………13
第七章
结论………………………………………………14
附页
前言
铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源,该产品具有良好的可逆性,电压特性平稳,使用寿命长,适用围广,原材料丰富(且可再生使用)及造价低廉等优点而得到了广泛的使用。
是社会生产经营活动中不可缺少的产品。
但是,若使用不当,其寿命将大大缩短。
影响铅酸蓄电池寿命的因素很多,而采用正确的充电方式,能有效延长蓄电池的使用寿命。
研究发现:
电池充电过程对电池寿命影响最大,放电过程的影响较少。
也就是说,绝大多数的蓄电池不是用坏的,而是“充坏”的。
由此可见,一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用。
而且,传统充电器的充电策略比较单一,只能进行简单的恒压或者恒流充电,以致充电时间很长,充电效率降低。
另外,充电即将结束时,电池发热量很大,从而造成电池极化,影响电池寿命。
针对上述问题,设计了一种智能充电器,尽量延长铅酸蓄电池的使用寿命。
第二章方案论证
一、方案论证与比较
1.1控制器的选择
方案1:
采用AT89S52单片机,该单片机做为经典单片机,方便使用,价格便宜,较长使用;
但其功能单一,使用中需要外加多个其他电路,增加外围电路的设计及成本;
方案2:
选择STC12C5A60S2单片机,此款作为本控制器自身带有AD转换、捕捉、PWM等功能,可减少外围设计且价格适中,开发周期短,编程及调试环境简单,容易实现;
方案3:
选择PIC16F1829单片机,本款控制器功能齐全,属于当前高端的8位MCU,其工作速度快,功耗低,可靠性高,但其开发调试环境都需要专门的调试器,不利于任务的完成。
综上所述,选择方案2;
1.2稳压电路选择
采用集成稳压模块,如LM7805、LM317等。
此种拓扑形式的稳压电路可控性较差,控制精度较低;
采用分离式元件,如大功率达林顿、场效应管等。
电路较复杂,但性能指标可通过自己设计其大小,利于根据单片机的需要设置工作环境,如短路保护定值,负载电流的测量等。
第三章整体设计思路
1)整体主电路框图
主电路框图
3、电源主体
3.1、辅助电源
直流电源部分的工作原理:
交流220V的市电经变压器TI降压、桥式整流电路进行整流,然后通过C1滤波,所得到的电压V=15V同时提供给BUCK变换器和7805,7805三端稳压器稳压后的输出为单片机提供5V的直流工作电源。
若电源准就绪,备发光二极管发亮,显示电源正常。
3.2、主电路
主控电路部分主要由开关型电流控制回路、检测取样电路、液晶显示电路组成。
主电路
4控制电路
4.1、主控电路
主控电路
第四章
单元电路
4.1、充电电流取样检测电路
该电路设置了过流保护,能达到恒流充电目的。
电流取样放大电路,是把取样后的电流以电压形式送回到PWM比较器中去比较,从而决定输出的占空比。
如图2.5所示:
图2.5电流取样检测电路
4.2、充电电压取样检测电路
当接入电池时,检测到电池两端有电压,充电器开始充电。
当检测到电池端电压已经达到最大值时,确定充电已满,调整PWM输出占空比,充电器自动转入浮充电状态,并发出声光报警。
如图2.6所示:
图2.6电压取样检测电路
4.3、检查及保护电路
过载检查及短路保护电路
4.4时钟芯片DS1302辅助电路
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V~5.5V。
采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302部有一个31×
8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
DS1302是DS1202的升级产品,与DS1202兼容,但增加了主电源/后背电源双电源引脚,同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
[6]
4.4.1引脚功能及结构
在DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源,VCC2为主电源。
在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。
当Vcc2大于Vcc1+0.2V时,Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于Vcc1时,DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源,外接32.768kHz晶振。
RST是复位/片选线,通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST输入有两种功能:
首先,RST接通控制逻辑,允许地址/命令序列送入移位寄存器;
其次,RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。
当RST为高电平时,所有的数据传送被初始化,允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中RST置为低电平,则会终止此次数据传送,I/O引脚变为高阻态。
上电运行时,在Vcc≧2.5V之前,RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平。
I/O为串行数据输入输出端(双向),后面有详细说明。
SCLK始终是输入端。
4.4.2DS1302的控制字节
DS1302的控制字符表示。
控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入DS1302中,位6如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;
位5至位1指示操作单元的地址;
最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作,为1表示进行读操作,控制字节总是从最低位开始输出。
4.4.3数据输入输出(I/O)
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从低位即位0开始。
同样,在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据,读出数据时从低位0位到高位7。
4.4.4DS1302的寄存器
DS1302有12个寄存器,其中有7个寄存器与日历、时钟相关,存放的数据位为BCD码形式。
此外,DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器容。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:
一类是单个RAM单元,共31个,每个单元组态为一个8位的字节,其命令控制字为C0H~FDH,其中奇数为读操作,偶数为写操作;
另一类为突发方式下的RAM寄存器,此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节,命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。
4.4.5设计该模块完成的任务
用于为系统提供精确的时间
4.51602液晶显示屏
4.5.1液晶显示的原理
液晶显示材料最常见的用途是电子表和计算器的显示板,为什么会显示数字呢?
原来这种液态光电显示材料,利用液晶的电光效应把电信号转换成字符、图像等可见信号。
液晶在正常情况下,其分子排列很有秩序,显得清澈透明,一旦加上直流电场后,分子的排列被打乱,一部分液晶变得不透明,颜色加深,因而能显示数字和图象。
4.5.2基本用途
该点阵的屏显成本相对较低,适用于各类仪器,小型设备的显示领域。
4.5.3设计该模块的作用
用于显示当前系统信息,即输出电压、电流。
第五章软件设计
主流程图
第五章proteus仿真电路图
5.1仿真电路图
图5-1主电源仿真图
图5-1是本设计的主体部分。
Q4为大功率达林顿管,在此作为调整管,Q3选用2N5551,最为对调整管的一级驱动电路。
由上图可知,供电12V,调节2N5551的输入电压即可改变输出大小的电压。
图5-2电流检测放大电路
图5-2为电流检测放大电路,通过采集RV2上的电压,通过运放的放大到单片机AD转化后即可知道回路中的电流值,从而判断当前电路是否过载。
图5-4DS1302仿真电路图
U3是DS1302是该电子时钟的时钟芯片,它右侧是晶振电路,它的功能是给它提供时钟频率作为DS1302的工作频率。
51单片机不停的从DS1302中读取信息然后在1602液晶显示上显示出来。
EEPROM,它是用来存储时钟闹铃的。
6.1实物图
6.2使用方法
本设计通过液晶显示当前输出电压、电流值,并通过外界两点触按钮实现电压的高低调节,使用简单。
电路设计过流保护,自动控制电流上限。
6.3性能测试
1)纹波大小(测试环境:
负载20Ω/50W)输出12V纹波
输出波形
空载纹波
带载纹波
结论
自申请本设计以来经过分析问题,查找资料,制作实物,编写程序阶段工作,直到系统成型,一共经过了四个多月的时间,其间尝试了两种主电路设计(一是mos管作为开关电路,二是三极管作为开关电路),尝试了avr、51等系列的单片机控制,驱动电路的选择(用不用驱动芯片,光耦隔离)等,最后我们选择了TIP41作为开关电路,51单片机作为控制芯片,三极管放大电路作为驱动电路作为最终的方案。
本设计以单片机为核心设计一种智能恒压恒流电源,不但电路简单,结构紧凑,价格低廉,性能卓越。
本设计程序稍加修改便能够实现对铅酸蓄电池的快速充电,慢充以及涓流三个阶段充电。
输出电压采用数字显示,输人采用按键方式,操作使用方便,具有较高的使用价值。
由于水平有限,并且时间不足,有许多技术与算法都没有深入的研究,需要在以后继续研究中不断的完善,总结如下:
(1)、经过这次设计,它让我接触更多平时没有接触过的科学仪器设备、元器件以及获得相关的仪器调试经验,同时我也发现自己在这方面很多不足之处。
体会到理论知识对实践有很大的指导作用,她让我知道,只有在正确的理论指引下,才能设计出合乎实际需要的硬件电路。
(2)电路的硬件设计能力有待进一步提高。
(3)软件编程能力有待进一步提高。
(4)本设计程序稍加修改便能够实现对铅酸蓄电池的快速充电,慢充以及涓流三个阶段充电。
参考文献
[1]康华光等,电子技术基础模拟部分,:
高等教育,1999,第四版,106-111。
[2]康华光等,电子技术基础数字部分,:
高等教育,2000,第四版,40-57
[3]全利,单片机原理及接口技术,:
高等教育,2004.1。
[4]毅刚等,单片机原理及应用,:
高等教育,2004。
[6]全国大学生电子设计竞赛组委会,全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编(第一届~第五届),
:
理工大学,2004,12-50。
[7]STC12C5A60S2官方提供单片机详情介绍
[8]龚运新,单片机C语言开发技术:
清华大学2206.10。
[9]唐颖,单片机原理与应用及C51程序设计,大学,2008第一版。
[10]王水平等,单片机开关电源集成电路应用设计实例,人民邮电,2008第一版。
[11]网络资料。
附页:
#include<
reg52.h>
intrins.h>
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#defineNop()_nop_()
sbitlcd_rs_port=P2^
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- 基于 51 单片机 恒压恒流源 设计
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