基于51單片機恒壓恒流源的設(shè)計

1、恒壓、恒流源的設(shè)計學(xué) 校: 專 業(yè)：電氣工程及其自動化帶隊教師: 參賽隊員: 第一章 前言3第二章方案論證4第三章整體設(shè)計思路51）、整體主電路框圖2)、整體框圖3)、電源主體4）、控制電路第四章單元電路71)、充電電流取樣檢測電路2)、充電電壓取樣檢測電路3)、檢查及保護電路4)、時鐘芯片DS1302輔助電路5)、1602液晶顯示模塊第五章 軟件設(shè)計13第七章 結(jié)論14附頁前言鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，該產(chǎn)品具有良好的可逆性，電壓特性平穩(wěn)，使用壽命長，適用范圍廣，原材料豐富（且可再生使用）及造價低廉等優(yōu)點而得到了廣泛的使用。是社會生產(chǎn)經(jīng)營活動中不可缺少的產(chǎn)品。但是，若使用

2、不當(dāng)，其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，而采用正確的充電方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。研究發(fā)現(xiàn)：電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響較少。也就是說，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見，一個好的充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。而且，傳統(tǒng)充電器的充電策略比較單一，只能進行簡單的恒壓或者恒流充電，以致充電時間很長，充電效率降低。另外，充電即將結(jié)束時，電池發(fā)熱量很大，從而造成電池極化，影響電池壽命。針對上述問題，設(shè)計了一種智能充電器，盡量延長鉛酸蓄電池的使用壽命。 第二章 方案論證一、方案論證與比較1.1控制器的選擇方案1：采用AT89S52單

3、片機，該單片機做為經(jīng)典單片機，方便使用，價格便宜，較長使用；但其功能單一，使用中需要外加多個其他電路，增加外圍電路的設(shè)計及成本；方案2：選擇STC12C5A60S2單片機，此款作為本控制器自身帶有AD轉(zhuǎn)換、捕捉、PWM等功能，可減少外圍設(shè)計且價格適中，開發(fā)周期短，編程及調(diào)試環(huán)境簡單，容易實現(xiàn)；方案3：選擇PIC16F1829單片機，本款控制器功能齊全，屬于當(dāng)前高端的8位MCU，其工作速度快，功耗低，可靠性高，但其開發(fā)調(diào)試環(huán)境都需要專門的調(diào)試器，不利于任務(wù)的完成。綜上所述，選擇方案2；1.2穩(wěn)壓電路選擇方案1：采用集成穩(wěn)壓模塊，如LM7805、LM317等。此種拓撲形式的穩(wěn)壓電路可控性較差，控制

4、精度較低；方案2：采用分離式元件，如大功率達林頓、場效應(yīng)管等。電路較復(fù)雜，但性能指標可通過自己設(shè)計其大小，利于根據(jù)單片機的需要設(shè)置工作環(huán)境，如短路保護定值，負載電流的測量等。綜上所述，選擇方案2；第三章 整體設(shè)計思路1）整體主電路框圖變壓器整流器濾波器器穩(wěn)壓器負載電網(wǎng)電壓主電路框圖2）、整體框圖交流220V輸入單片機降壓、整流、濾波電源主電路電壓采樣電流采樣蓄電池液晶顯示按鍵控制3、電源主體3.1、輔助電源直流電源部分的工作原理：交流220V的市電經(jīng)變壓器TI降壓、橋式整流電路進行整流，然后通過C1濾波，所得到的電壓V=15V同時提供給BUCK變換器和7805，7805三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后的輸出為

5、單片機提供5V的直流工作電源。若電源準就緒，備發(fā)光二極管發(fā)亮，顯示電源正常。3.2、主電路主控電路部分主要由開關(guān)型電流控制回路、檢測取樣電路、液晶顯示電路組成。主電路4 控制電路4.1、主控電路主控電路5鉛酸蓄電池智能充電器 2012年3月 第四章 單元電路4.1、充電電流取樣檢測電路該電路設(shè)置了過流保護，能達到恒流充電目的。電流取樣放大電路，是把取樣后的電流以電壓形式送回到PWM比較器中去比較，從而決定輸出的占空比。如圖2.5所示：圖2.5 電流取樣檢測電路4.2、充電電壓取樣檢測電路當(dāng)接入電池時，檢測到電池兩端有電壓，充電器開始充電。當(dāng)檢測到電池端電壓已經(jīng)達到最大值時，確定充電已滿，調(diào)整P

6、WM輸出占空比，充電器自動轉(zhuǎn)入浮充電狀態(tài)，并發(fā)出聲光報警。如圖2.6所示：圖2.6 電壓取樣檢測電路4.3、檢查及保護電路過載檢查及短路保護電路4.4時鐘芯片DS1302輔助電路DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引

7、腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。64.4.1引腳功能及結(jié)構(gòu)在DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的

8、傳送手段。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK始終是輸入端。4.4.2 DS1302的控制字節(jié) DS1302 的控制字符表示?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0

9、)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。4.4.3數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) 在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。4.4.4 DS1302的寄存器 DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。 此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄

10、存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。4.4.5設(shè)計該模塊完成的任務(wù)用于為系統(tǒng)提供精確的時間4.5 1602液晶顯示屏4.5.1液晶顯示的原理液晶顯示材料最常見的用途是電子表和計算器的顯示板，為什么會顯示數(shù)字呢？原來這種液態(tài)光電顯示材料，利用液晶的電光效應(yīng)把電信號轉(zhuǎn)換成字符、圖像等可見信號。液晶在正常情況下，其分子排列很有秩序，顯得清澈透明

11、，一旦加上直流電場后，分子的排列被打亂，一部分液晶變得不透明，顏色加深，因而能顯示數(shù)字和圖象。4.5.2基本用途該點陣的屏顯成本相對較低，適用于各類儀器，小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域。4.5.3設(shè)計該模塊的作用用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)信息，即輸出電壓、電流。第五章 軟件設(shè)計按 鍵 調(diào) 節(jié)采樣V、A顯示V、A 充滿？結(jié) 束YN 初 始 化采 集 電 池 電 壓 V 0開 始Y有 電 池?zé)o 電 池等 待掃 描 按 鍵有鍵按下？YNN主流程圖 第五章 proteus仿真電路圖5.1仿真電路圖圖5-1 主電源仿真圖圖5-1是本設(shè)計的主體部分。Q4為大功率達林頓管，在此作為調(diào)整管，Q3選用2N5551，最為對調(diào)整管的一級

12、驅(qū)動電路。由上圖可知，供電12V，調(diào)節(jié)2N5551的輸入電壓即可改變輸出大小的電壓。圖5-2 電流檢測放大電路圖5-2為電流檢測放大電路，通過采集RV2上的電壓，通過運放的放大到單片機AD轉(zhuǎn)化后即可知道回路中的電流值，從而判斷當(dāng)前電路是否過載。 圖5-4 DS1302仿真電路圖U3是DS1302是該電子時鐘的時鐘芯片，它右側(cè)是晶振電路，它的功能是給它提供時鐘頻率作為DS1302的工作頻率。51單片機不停的從DS1302中讀取信息然后在1602液晶顯示上顯示出來。EEPROM，它是用來存儲時鐘鬧鈴的。6.1實物圖6.2使用方法本設(shè)計通過液晶顯示當(dāng)前輸出電壓、電流值，并通過外界兩點觸按鈕實現(xiàn)電壓的

13、高低調(diào)節(jié)，使用簡單。電路設(shè)計過流保護，自動控制電流上限。6.3 性能測試1）紋波大?。y試環(huán)境：負載20/50W）輸出12V紋波輸出波形空載紋波帶載紋波結(jié) 論自申請本設(shè)計以來經(jīng)過分析問題，查找資料，制作實物，編寫程序階段工作，直到系統(tǒng)成型，一共經(jīng)過了四個多月的時間，其間嘗試了兩種主電路設(shè)計（一是mos管作為開關(guān)電路，二是三極管作為開關(guān)電路），嘗試了avr、51等系列的單片機控制，驅(qū)動電路的選擇（用不用驅(qū)動芯片，光耦隔離）等，最后我們選擇了TIP41作為開關(guān)電路，51單片機作為控制芯片，三極管放大電路作為驅(qū)動電路作為最終的方案。本設(shè)計以單片機為核心設(shè)計一種智能恒壓恒流電源，不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊

14、，價格低廉，性能卓越。本設(shè)計程序稍加修改便能夠?qū)崿F(xiàn)對鉛酸蓄電池的快速充電，慢充以及涓流三個階段充電。輸出電壓采用數(shù)字顯示，輸人采用按鍵方式，操作使用方便，具有較高的使用價值。由于水平有限，并且時間不足，有許多技術(shù)與算法都沒有深入的研究，需要在以后繼續(xù)研究中不斷的完善，總結(jié)如下：(1)、經(jīng)過這次設(shè)計，它讓我接觸更多平時沒有接觸過的科學(xué)儀器設(shè)備、元器件以及獲得相關(guān)的儀器調(diào)試經(jīng)驗，同時我也發(fā)現(xiàn)自己在這方面很多不足之處。體會到理論知識對實踐有很大的指導(dǎo)作用，她讓我知道，只有在正確的理論指引下，才能設(shè)計出合乎實際需要的硬件電路。(2) 電路的硬件設(shè)計能力有待進一步提高。(3) 軟件編程能力有待進一步提高

15、。 （4）本設(shè)計程序稍加修改便能夠?qū)崿F(xiàn)對鉛酸蓄電池的快速充電，慢充以及涓流三個階段充電。參考文獻1康華光等，電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分，北京：高等教育出版社，1999，第四版，106-111。2康華光等，電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分，北京：高等教育出版社，2000，第四版，40-573李全利，單片機原理及接口技術(shù)，北京：高等教育出版社，2004.1。4張毅剛等，單片機原理及應(yīng)用，北京：高等教育出版社，2004。6全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會，全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品匯編（第一屆第五屆），北京：北京理工大學(xué)出版社，2004，12-50。7 STC12C5A60S2官方提供單片機詳情介紹8龔運新，單片機C

16、語言開發(fā)技術(shù)北京：清華大學(xué)出版社2206.10。9唐穎，單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計，北京大學(xué)出版社，2008第一版。10王水平等，單片機開關(guān)電源集成電路應(yīng)用設(shè)計實例，人民郵電出版社，2008第一版。11網(wǎng)絡(luò)資料。附頁：#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define Nop() _nop_()sbit lcd_rs_port = P21; /*定義LCD控制端口*/sbit lcd_rw_port = P22; /*定義LCD控制端口*/sbit lcd_en_port = P23;

17、 /*定義LCD控制端口*/#define lcd_data_port P0 /*定義LCD控制端口*/sbit DQ =P13; /定義DS18B20通信端口sbit a=P25;sbit b=P26;sbit ALE=P27;sbit EOC=P32;sbit ST=P20;sbit OE=P36;uint info;uchar da=000a000b000c000d000;/*1MS為單位的延時程序*/void init() /* 串口定時器外部中斷初始化 */ /TMOD = 0x21; /TH1 = 0xfd; /TL1 = 0xfd; /* 9600 */TR1 = 1; /SCO

18、N = 0x50; /* 工作在方式1*/P0=0x00;P1=0x00;P2=0x00;P3=0x00;EOC=1;ALE=0;ST=0;OE=0;/AD檢測的實現(xiàn)void initADC()P1ASF=0X03;ADC_RES=0;ADC_CONTR=0XC8; /p00，開電源AUXR1=0X00;void ADC1()ADC_CONTR=0XC9; /p00，開電源AUXR1=0X00;/高八位高放while(ADC_CONTR&0X10=0);ADC_CONTR&=0xef;shijiliu=ADC_RES;shijiliu=2;shijiliu+=ADC_RESL;yu=(floa

19、t)shijiliu*2.2; /換算到毫安數(shù)/DA功能即PWM功能的實現(xiàn)void init_pwm()CCON=0;CCAPM0=0X42;CMOD=0;CL=CH=0;CCAP0H=0X80;CCAP0L=0X80;CR=1;CCAP0H=t1;/t1控制占空比CCAP0L=t1;/1602液晶顯示void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode);#define LCD_AC_UP0x02#define LCD_AC_DOWN0x00 / default#define

20、 LCD_MOVE0x01 / 畫面可平移#define LCD_NO_MOVE0x00 /defaultvoid LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x04|InputMode);#define LCD_CURSOR0x02 #define LCD_SCREEN0x08#define LCD_LEFT0x00#define LCD_RIGHT0x04void LCD_Initial()LcdEn=0;LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); /8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點陣LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); /開啟顯示, 無光標LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SC