基于51單片機(jī)恒壓恒流源的設(shè)計(jì)

1、恒壓、恒流源的設(shè)計(jì)學(xué) 校: 專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化帶隊(duì)教師: 參賽隊(duì)員: 第一章 前言3第二章 方案論證4第三章 整體設(shè)計(jì)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(hù)電路4)、時(shí)鐘芯片DS1302輔助電路5)、1602液晶顯示模塊第五章 軟件設(shè)計(jì)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(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的使用。

2、是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)中不可缺少的產(chǎn)品。但是，若使用不當(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(gè)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(jìn)行簡單的恒壓或者恒流充電，以致充電時(shí)間很長，充電效率降低。另外，充電即將結(jié)束時(shí)，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(jì)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

3、較1.1控制器的選擇方案1：采用AT89S52單片機(jī)，該單片機(jī)做為經(jīng)典單片機(jī)，方便使用，價(jià)格便宜，較長使用；但其功能單一，使用中需要外加多個(gè)其他電路，增加外圍電路的設(shè)計(jì)及成本；方案2：選擇STC12C5A60S2單片機(jī)，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(jì)且價(jià)格適中，開發(fā)周期短，編程及調(diào)試環(huán)境簡單，容易實(shí)現(xiàn)；方案3：選擇PIC16F1829單片機(jī)，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、LM

4、317等。此種拓?fù)湫问降姆€(wěn)壓電路可控性較差，控制精度較低；方案2：采用分離式元件，如大功率達(dá)林頓、場效應(yīng)管等。電路較復(fù)雜，但性能指標(biāo)可通過自己設(shè)計(jì)其大小，利于根據(jù)單片機(jī)的需要設(shè)置工作環(huán)境，如短路保護(hù)定值，負(fù)載電流的測量等。綜上所述，選擇方案2；第三章 整體設(shè)計(jì)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(fù)載電網(wǎng)電壓主電路框圖2）、整體框圖交流220V輸入單片機(jī)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(jìn)行整流，然后通過C1濾波，所得到的電壓V=15V同時(shí)提供給BUCK變

5、換器和7805，7805三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后的輸出為單片機(jī)提供5V的直流工作電源。若電源準(zhǔn)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 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(hù)，能達(dá)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(shí)，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(dá)到最大值時(shí)

6、，確定充電已滿，調(diào)整PWM輸出占空比，充電器自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電狀態(tài)，并發(fā)出聲光報(bào)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(hù)電路過載檢查及短路保護(hù)電路4.4時(shí)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(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)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

7、，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)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(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，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(dòng)置高電平來啟動(dòng)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，

8、RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，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(xì)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(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指

9、示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)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(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，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(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。4.4.4 DS1302的寄存器 DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)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(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一

10、次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)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(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。4.4.5設(shè)計(jì)該模塊完成的任務(wù)用于為系統(tǒng)提供精確的時(shí)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(jì)算器的顯示板，為什么會(huì)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

11、，其分子排列很有秩序，顯得清澈透明，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(diǎn)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(jì)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(jì)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(jì)的主體部分。Q4為大功率達(dá)林頓管，在此作為調(diào)整管，Q3選

12、用2N5551，最為對調(diào)整管的一級驅(qū)動(dòng)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(yùn)放的放大到單片機(jī)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(shí)鐘的時(shí)鐘芯片，它右側(cè)是晶振電路，它的功能是給它提供時(shí)鐘頻率作為DS1302的工作頻率。51單片機(jī)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(chǔ)時(shí)鐘鬧鈴的。6.1實(shí)物圖6.2使用方法本設(shè)計(jì)通過液晶顯示當(dāng)前輸出電壓、電流

13、值，并通過外界兩點(diǎn)觸按鈕實(shí)現(xiàn)電壓的高低調(diào)節(jié)，使用簡單。電路設(shè)計(jì)過流保護(hù)，自動(dòng)控制電流上限。6.3 性能測試1）紋波大?。y試環(huán)境：負(fù)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(jì)以來經(jīng)過分析問題，查找資料，制作實(shí)物，編寫程序階段工作，直到系統(tǒng)成型，一共經(jīng)過了四個(gè)多月的時(shí)間，其間嘗試了兩種主電路設(shè)計(jì)（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(jī)控制，驅(qū)動(dòng)電路的選擇（用不用驅(qū)動(dòng)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(jī)作為控制芯片，三極管放大電路作為驅(qū)動(dòng)電路作為最終的方案。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一種智能恒

14、壓恒流電源，不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能卓越。本設(shè)計(jì)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(gè)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(jià)值。由于水平有限，并且時(shí)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(jì)，它讓我接觸更多平時(shí)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(yàn)，同時(shí)我也發(fā)現(xiàn)自己在這方面很多不足之處。體會(huì)到理論知識(shí)對實(shí)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(jì)出合乎實(shí)際需要的硬件電路。(2) 電路的硬件設(shè)計(jì)能力有待進(jìn)一步提高。

15、(3) 軟件編程能力有待進(jìn)一步提高。 （4）本設(shè)計(jì)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(gè)階段充電。參考文獻(xiàn)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(jī)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(jī)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(jì)競賽組委會(huì)，全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)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

16、供單片機(jī)詳情介紹8龔運(yùn)新，單片機(jī)C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(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)，北京大學(xué)出版社，2008第一版。10王水平等，單片機(jī)開關(guān)電源集成電路應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例，人民郵電出版社，2008第一版。11網(wǎng)絡(luò)資料。附頁：#include <reg52.h> #include <intrins.h>#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_r

17、w_port = P22; /*定義LCD控制端口*/sbit lcd_en_port = P23; /*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(shí)程序*/void init() /* 串口定時(shí)器外部中斷初始化 */ /T

18、MOD = 0x21; /TH1 = 0xfd; /TL1 = 0xfd; /* 9600 */TR1 = 1; /SCON = 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(shí)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_CO

19、NTR&=0xef;shijiliu=ADC_RES;shijiliu<<=2;shijiliu+=ADC_RESL;yu=(float)shijiliu*2.2; /換算到毫安數(shù)/DA功能即PWM功能的實(shí)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, 0x

20、08|DisplayMode);#define LCD_AC_UP0x02#define LCD_AC_DOWN0x00 / default#define 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(diǎn)陣LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); /開啟顯示, 無光標(biāo)LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); /清屏LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE); /AC遞增, 畫面不動(dòng)void Go