可编程稳压电源.docx
- 文档编号:27235511
- 上传时间:2023-06-28
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:609.30KB
可编程稳压电源.docx
《可编程稳压电源.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《可编程稳压电源.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
可编程稳压电源
可编程稳压电源
学生:
xxx指导老师:
xxx
内容摘要:
在当今社会中所有的电子电路和元器件设备的整机中都必须有直流电源才能正常工作。
随着电子技术高速发展,直流电源应用非常广泛,不同设备对电源的电流、电压、稳定及纹波等精准度要求各不相同。
本文将用芯片控制系统应用于直流稳压电源,实现数控调节。
“可编程”的意思是电源内部主要功能通过芯片设置参数去控制输入电压的大小,设定通讯规约,设定如“最小电压、电流、功率和最大值”等参数,让电路输出达到预定的结果。
关键字:
可编程稳压电源直流电源
Programmableregulatedpowersupply
Abstract:
Intoday'ssociety,allelectroniccircuitsandcomponentsequipmentmachinemusthaveaDCpowersupplyinordertoworkproperly.Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,theDCpoweriswidelyused,andtheaccuracyrequirementsofdifferentdevicesonthepowersupplycurrent,voltage,stability,andrippleofthesame.ThisarticlewillbeappliedtotheDCpowersupplychipcontrolsystem,achieveNCadjust."Programmable"meansthatthemainfunctionoftheinternalpowersupplybychipsetparameterstocontrolthesizeoftheinputvoltage,setthecommunicationprotocoltosetparameterssuchasminimumvoltage,current,power,andthemaximum"circuitoutputreachesa
predeterminedTheresults.
Keywords:
programmableregulatedpowersupplyDCpowersupply
可编程稳压电源
前言
在实验室中直流稳压电源是常用的电子设备。
它能确保在电力网交流电压发生波动或负载发生变化时,输出稳定的直流电压,例如我们较为常用的5V、12V、3.3V直流电源。
这些电源在实验室中我们用一些“直流稳压电源”(如江苏扬中华高仪器设备有限公司生产的HG63303直流稳压电源)就可容易得到,一个低纹波、高精度的稳压源。
然而这种仪器往往价格昂贵,因此为了寻求一种稳定,高效,且价格低廉的稳压直流电源的替代品,我们采用以串联型稳压电路为核心利用深度串联电压负反馈原理来达到稳压目,设计的一款用分立元器件组成的可调直流稳压电源。
该电源在实际控制及应用中有很高的实用价值。
本设计给出的稳压电源的输出电压范围0到12V,额定工作电流为100mA。
并具电压调节功能,此外,还可用LCD1602液晶显示器显示其输出电压值和输出电流值。
1系统设计方案
主要包括三大部分:
数字控制部分、数字/模拟转换部分(D/A变换器)及稳压电路。
电路部分以串联型稳压电路为基础,可通过LCD1602显示数值,然后用ADC采样输入电压计算出接入电路的工作电流值和与之对应的输出电压值。
通过调节电位器,控制接入电路的电压值,从而构成了闭环控制系统。
通过闭环控制就能够得到可控的稳定电压。
最终实现了可调的线性稳压电源。
系统结构框图如下所示:
图1-1可调直流稳压电源系统结构框图
2硬件设计
2.1AT89C51介绍
单片机是一块芯片中集中了CPU\RAM\ROM\定时/计数和多功能I/O口等计算机所需要啊的基本功能部件的大规模集成电路,又称CPU。
AT89C51是一个低电压,具有高性能8位的CMOS单片机,片内含4kbytes的可以反复擦写的只读程序的存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),At89C51采用ATMEL公司的非易失性存储技术、高密度生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是Flash存储器可有效地降低开发成本。
内部设置功能强大的微型计算机为AT89C51提供了高性价比的解决方案。
AT89S51是一个有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时AT89S51内含2个外中断口,2个全双工串行通信口,2个16位可编程定时计数器,高性能低功耗单片机。
AT89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
图2.1-1单片机AT89C51结构图
2.2AT89C51主要管脚说明
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口一个漏级开路8位双向I/O口,每个管脚可吸收8TTL门流可被每个管脚可吸收。
当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻态输入。
P0可以被定义为数据/地址的第八位,能够用于外部程序数据存储器。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部有拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高阻态,可用作输入,由于内部上拉,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流。
P1口作为第八位地址接收当其被用作FLASH编程和校验时。
P2口:
P2口是一个设有内部上拉电阻的8个位的双向I/O口,P2口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流,当给P2口写1时,内部上拉电阻把其管脚拉高,并且用作输入。
当P2口被用作输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流,是因为其内部的上拉电阻。
当P2口用于16位地址外部数据存储器或进行存取时,P2口将输出地址的高八位。
在给出地址1时,其利用内部上拉优势,当外部八位地址数据存储器被读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
应当注意的是当P2口的几位作为地址使用时,剩下的P2口线不能作为I/O口线使用。
P3口:
P3口管脚是内部带有8个上拉电阻的双功能I/O口,可以接收或者输出4个TTL门电流。
当给P3口写1时,其用作输入端口,它们被内部上拉为高电平。
当用作输入时,因为外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于内部被上拉。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
在应用中,P3口的各位如果不被设定为第二功能,则系统会默认其为第一功能,在更多情况下,根据需要把几条口线设为第二功能,剩下的口线可以被用作第一功能(I/O)使用,此时宜采用位操作形势。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示:
◆P3.1TXD(串行输出口)
◆P3.2/INT0(外部中断0)
◆P3.3/INT1(外部中断1)
◆P3.4T0(记时器0外部输入)
◆P3.5T1(记时器1外部输入)
◆P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
◆P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
RST/Vpd:
功能一,复位信号输入。
功能二,Vcc掉电后,此引脚可接备用电源,低功耗条件下保持内部RAM中的数据。
PSEN:
程序存储器允许。
输出读外部程序存储器的选通信号。
取指令操作期间,PSEN的频率为震荡频率的1/6;若在此期间有外部数据存储器的操作,则有一个机器周期中的PSEN信号将不出现。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA=0,单片机只访问外部程序存储器。
对8031此引脚必须接地。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
接外部晶体的一个引脚。
CHMOS单片机采用外部时钟信号时,时钟信号由此脚引入。
XTAL2:
接外部晶体的一个引脚。
CHMOS单片机采用外部时钟信号时,外部时钟时钟信号由此脚引入。
2.3模块设计
2.3.1单片机震荡电路
单片机要正常工作不可缺少最小系统之一的震荡电路。
在单片机内部有一个其输入端引脚为XTL1,输出端为引脚XTL2,高增益反向放大器。
而在其内部,XTL1和XTL2之间跨接晶体振荡器和微调电容,可以构成一个稳定的自激震荡器。
时钟电路产生的震荡脉冲经过触发器进行二分频之后,成为单片机的时钟脉冲信号。
图2.2.1-1震荡电路图
2.3.2单片机复位电路
复位是单片机的初始化操作,其主要功能是把PC初始化为0X0000,使单片机从用的0X0000单元开始执行程序,并使其他功能单元处于一个确定的初始状态。
本复位电路采用的是按键复位,它是通过复位端通过电阻与VCC电源接通而实现的,即按下按键就执行复位,它兼具上电自动复位功能。
图2.3.2-1复位电路图
2.3.3按键控制电路设计
当按下或松开按键时,按键会产生机械抖动。
一般持续几到十几毫秒,抖动时间随按键的结构不同而不同。
在扫描键盘过程中,必须想办法消除按键抖动,否则会引起错误。
用硬件电路可以实现消除抖动的效果,也可以利用专用消抖电路来实现消抖效果。
用软件延时方法来消除按键的抖动是较为简单的方法,也就是说,一旦发现有键按下,就延时20ms以后再测按键的状态。
这样就把按键发生抖动的那一段时间避开,使CPU能可靠地读按键状态。
在编制键盘扫描程序时,只要发现按键状态有变化,即无论是按下还是松开,程序都应延时20ms毫秒以后再进行其他操作。
图2.2.3-1键盘控制电路
2.4电源设计部分
2.4.1直流稳压电源设计思路
◆使用电源变压器将电网电压(交流220V)降低获得所需的交流电压。
◆降压后的交流电压,经过整流电路变成单向直流,但其幅度变化大(即脉动大)。
◆将所得的电压经过滤波器,使脉动大的直流电压变成平滑,脉动小的滤除交流成分,保留直流电压。
◆滤波后的直流电压,再经过稳压电路稳压,便可得到稳定直流电压输出,供给负载。
2.4.2直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
图2.4.2-1直流稳压电源方框图
电源变压器采用降压变压器,将电网交流电压220V变换成需要的交流电压。
此交流电压,经过整流后,可获得电子设备所需要的直流电压。
整流电路利用单相桥式整流电路,把50Hz的交流电变换为方向不变,但大小仍有脉冲波动的直流电。
其优点是电压较高、纹波电压较小,变压器的利用率高。
本设计应用整流桥RS808做全桥整流,最大电流可达8A,配合大滤波电容,使得本电源的瞬时大电流的供电特性好、噪声小、反应速度快、输出纹波小。
滤波电路采用电容滤波电路,将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。
电路采用4700μF/50V的大电容C17。
C18使输出电压更加平滑,电源瞬间特性好,适合带感性负载,如电机的启动。
电路图如图2.4.2-2所示。
图2.4.2-2系统可调稳压源电路
2.4.3变压器
变压器电路图如图2.2.1-1所示
图2.4.3-1变压器
变压器的原理图比较简单,但实际设计中变压器是把220V/50HZ的交流电转换成16V交流电输出。
2.4.4整流桥
整流桥电路图如图2.4.4-1所示
图2.4.4-1整流桥
在桥式整流电路中,每半个周期只有两个二极管导通,即每个二极管都只工作半个周期。
所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半,电路中的每只二极管承受的最大反向电压为
(U2是变压器副边电压有效值)。
整流桥将正弦波整流为只有正半周期的电压,频率变为之前的2倍。
2.4.5滤波器
滤波电路图如图2.4.5-1所示
图2.4.5-1滤波器
滤波电路,是用来消除干扰,将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。
对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。
2.4.6比较放大电路
比较放大电路图如图2.4.6-1所示
图2.4.6-1比较放大
采用S9013/NPN型三极管构成反相放大电路,控制电压大于参考电压与Vbe之和,三极管工作在放大状态才能起控制作用,控制电压控制Vout的输出电压大小。
2.4.7电压采样
电压采样电路图如图2.4.7-1所示
图2.4.7-1电压采样
2.4.7输出波形
输出波形如图2.4.7-1
图2.4.7-1输出波形
3软件设计
3.1keil软件介绍
单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件,我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法,一种是手工汇编,另一种是机器汇编语言,现在已经很少使用手工汇编的方法了。
通过汇编软件将源程序变为机器码就是机器汇编,早期的A51MCS-51是单片机的汇编软件,随着单片机开发技术的不断发展,编程语言也从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发。
Keil提供了包括宏汇编、连接器、C编译器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境将这些部份。
KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,但是界面是英文的好多初学者看很多教程都是一头雾水,本站特地制作了一个相对简单的教程。
他能能嵌入汇编语言保留了汇编代码高效,快速的特点。
KEILC51编译器的功能不断增强,使你可以更加贴近CPU本身,及其它的衍生产品,其效率已经达到了相当搞的程度。
C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中,这个集成开发环境包含:
编译器,汇编器,实时操作系统,项目管理器,调试器。
uVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。
3.2系统软件设计流程图
系统主程序流程图如图3.1-1所示。
图3.1-1主程序流程图
3.3单片机对数码管的控制
用AT89C51对数码管显示的电压进控制,主要将3位数码管并联在一起,采用74LS573的LE引脚对编码的值进行锁存,其中采用二个74LS573,一个锁存所有的LED的段选另一个用来锁存所有的LED的位选,同时在选通时虽然这些字符是在不同时刻显示的,而在同一时刻,只有一个显示,其他各位熄灭,但是由于LED的余辉和人眼的视觉暂留作用,设定好频率,只要每位显示间隔足够短,则可以造成多位同时点亮的假象,达到同时显示的效果。
数码管有共阳和共阴二种。
我们在这里采用共阴数码管。
本电路通过按键进行0.1加减同时通过对按键进行自动扫描,在按键闭合和断开时防止抖动键具有识别功能,即检测是否有键按下,确定按下建所在的行列的位置产生相应的键的代码。
还可以进行快速加减同时还可以通过拔码对电压进行预设。
这样一来就减少了调节电压的范围。
用起来比较方便。
如果你确定了那个电压值就可以进行预设,其中的电压测试范围就是0.0v---12.0v.精确度为0.1V.单片机的P0口经过74LS573锁存器后输出数据控制数码管的段选端,74LS573在这里起到锁存数据和增强驱动能力.采用74LS573的LE引脚对编码的值进行锁存,只有当另一个信号过来时74LS573才会再次选通.下面是74LS573锁存数码管的示意图3.3-1:
图3.3-174LS573锁存数码管
3.4控制系统采样电路设计
A/D检测和测量环节的关键。
为了让负载准确工作在不同方式下,设计中对被测电源输出电压以及MOS管的电流进行了实时采样。
采样A/D直接用LM3S8962自带的10位精度的逐次逼近A/D,采样精度为3000mv/1024。
电压采样电路中,因为被测电源电压范围广,电压高,采样前进行分压。
电流采样电路中,使用高精度的0.05欧的模压电阻为采样电阻将电流转化为电压信号进行电流采样,这样电阻上分压小,并且采样精度高。
然后经低噪声,非斩波稳零的OP07两级放大和积分,电路如图3.4-1所示
图3.4-1电流采样电路
4调式、制作与结果
4.1硬件调试
单片机系统的硬件和软件调试是分不开的,许多硬件故章是在软件调试是发现的。
但通常是应先排除系统中明显的硬件故章后才和软件结合起来调试,下面将分别介绍硬件和软件的调试。
常见的硬件故章有逻辑故章、元器件失效、可靠性差、电源故章。
硬件调试方法有脱机调试、联机调试。
硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。
单片机的硬件复位和晶振电路很简单,只通过3根导线与单片机相连,很容易检测到是否出现问题,主要是检测其芯片的引脚,如电源电路等是否和单片机接好。
而电路中的系统控制电路、显示电路、输出控制电路中采用里大量的集成芯片其引脚复杂焊接时有相当大的难度,而采用的都是比较基础的电路设计,检测的时候重点检查电路中是否出现短路、断路、虚焊等现象和检测元器件的性能情况,以确保设计的可靠性。
除了基本的电路硬件调试外我们还可以通过软件来测试硬件,如为了显示电路是否连接正确,可以编写一个简单的显示程序来测试它。
4.2软件调试
软件调试一般分为以下四个阶段:
编写程序并查找程序中的语法错误语句;对程序进行编译连接,并发现存在的错误,改正错误。
在软件调试过程中,对出现的错误进行了认真的分析和修改,多次调试成功后,能够很好的达到既定的设计效果。
4.3制作电路板
电路图经过在protel中的自动排线和手动排线产生PCB原理图,将原理图打印在热印纸上,然后在经过高温,将墨覆到铜板上,产生清晰的电路布线图。
由于打印或人为的原因很可能出现断线的结果,所以我们要认真检查,如出现断线我们可用油漆涂上,使断口再次被连在一起。
为了能使那些墨都能覆在覆铜板上我们最好把覆铜板在压印机上过两遍。
4.4数据测试及结果分析
4.4.1输出电压测试
◆测试条件:
负载为100KΩ–1MΩ变化;Ui=10V。
◆测试仪器:
UNI-T万用表1个;105电位器。
◆测试方法:
给电压源上电,通过电位器设定输出电压值,改变负载阻值,检测电压源自身检测到实际输出电压值以及通过外部电流表测量的电压值。
◆数据测试及结果分析:
表4.4.1-1输出电压测试
负载值(KΩ)
系统测试输出电压(V)
实际测量值(V)
0
10.00
9.99
200
10.00
9.98
400
10.00
9.98
600
10.00
9.98
800
10.00
9.97
结果分析:
从表4.4.1-1可以看出,系统电压输出稳定达到稳压目的,满足题目设计要求。
4.4.2输出电流测试
◆测试条件:
负载为100Ω。
◆测试仪器:
UNI-T万用表2个。
◆测试方法:
加负载并给电压源上电,通过调节电位器改变输出电压值,检测通过外部电流表测量的电压值和电流值。
◆数据测试及结果分析:
表4.4.2-1输出电压测试
电压(v)
3.623
5.196
6.216
7.248
8.149
9.299
10.24
12.46
电流(mA)
0.044
0.056
0.066
0.075
0.083
0.093
0.106
0.125
结果分析:
从表4.4.2-1可以看出,系统输出电流在要求范围之内,满足题目设计要求。
5结束语
在设计制作稳压直流电源的过程中,我深切体会到,实践是理论运用的最好检验。
本次设计是对我所学知识的一次综合性检测和考验,无论是动手能力还是理论知识运用能力都得到了提高,同时加深了我对网络资源认识,大大提高了查阅资料的能力和效率,使我们有充足的时间投入到电路设计当中。
通过这段时间的努力,我终于顺利完成了这次同信原理的课程设计。
这是一个考验我毅力和面对困难的态度的过程。
从选定课题开始到开发工具之的确定、硬件和软件的设计、Proteus软件仿真完成、AltiumDesigner原理图到PCB板的制作,这其中经历了很多困难,但是更重要的是在这个过程中我得到了很大的锻炼。
一方面通过keil软件的编程过程中我除了要有一个明确的编程思想还要更好的学习AT89C51芯片各引脚的功能特性
本系统的研制主要应用到了模拟电子技术、数字电子技术、单片机控制技术、大功率电源设计、电子工艺等多方面的知识,所设计的基于单片机程序控制显示的稳压电源,达到了应用要求。
在数据测试和调试方面,由于仪表存在误差,使得测量数据不是很精确,本系统就此通过软件修正,做到尽量减小误差,使输出电压的误差范围减小到±0.03V,大大提高了系统的精度,与理论计算吻合。
通过本次课程设计,我不仅学到了专业技术方面的许多专业知识,同时也让我感受到老师和同学的帮助是非常重要的。
在本次的课程设计的过程中要感谢我的指导老师孙活老师对我专业知识上的指导和焊接技术上的培训。
我还要感谢王川北老师平时对我单片机知识的辅导,有了平时的积累在课程设计中才能更好的运用。
还要感谢xx和xxx同学在我整个课程设计过程中帮助我更好的使用AltiumDesigner和教会了我制作实物PCB板。
谢谢实验室的同学们在我完成设计期间的大力帮助和支持!
附录1:
单片机采样部分电路原理图
附录2:
PCB显示模块
附录3:
PCB控制模块
附录4:
程序
#include"ADC0832.h"
#include"LCD1602.h"
延时子程序MS秒级
********************************/
voiddelay(unsignedcharx)
{
inty;
for(;x>0;x--)
{
for(y=100;y>0;y--);
}
}
/********************************
获取AD转换结果(0通道)
********************************/
ucharGET_AD_RESULT()
{
uchari;
uchardat1=0;
uchardat2=0;
//起始控制位
CS=0;
CLK=0;
DIO=1;
_nop_();
_nop_();
CLK=1;
_nop_();
_nop_();
//第一个下降沿之前,社DI=1/0
//选择单端/差分(SGL\DIF)模式中的单端输入模式
CLK=0;
DIO=1;
_nop_();
_nop_();
CLK=1;
_nop_();
_nop_();
//第二个下降沿之前,设DI=0/1,选择CH0\CH1
CLK=0;
DIO=0;
_nop_();
_nop_();
CLK=1;
DIO=1;
_nop_();
_nop_();
//第三个下降沿之前,设DI=1
CLK=0;
DIO=1;
_nop_();
_no
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 可编程 稳压电源
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)