全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽優(yōu)秀報(bào)告

7/7全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽優(yōu)秀報(bào)告精心整理全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽訓(xùn)練項(xiàng)目

設(shè)計(jì)報(bào)告

題目數(shù)控通用直流電源

3．1基本功能(12)

3．2發(fā)揮功能部分(15)

四、總結(jié)(15)

五、

③擴(kuò)展輸出電壓種類（比如三角波、梯形波等）；

④可實(shí)現(xiàn)雙電源同步調(diào)節(jié)或分別調(diào)節(jié)。

一、方案論證與比較

通過對(duì)題目的任務(wù)、要求進(jìn)行分析，我們將整個(gè)設(shè)計(jì)劃分成兩個(gè)部分：穩(wěn)壓電源部分和數(shù)控部分。

1.1穩(wěn)壓電源部分方案比較

方案一：三端穩(wěn)壓電源

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可以采用三端穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)輸出系統(tǒng)所需的三種直流電壓：固定+5V和兩組可調(diào)輸出。其中，用7805實(shí)現(xiàn)固定5V的輸出，LM317實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出（控制輸出電壓為1.2~37V）。

電路原理圖如下：

圖1固定5V輸出

7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源,它的輸出電壓為5v。

圖2LM317可調(diào)電源模塊

在綜合考慮LM317的輸出電壓范圍1.25～37V和其最小穩(wěn)定工作電流不大于5mA的條件下保證R1≤0.83KΩ，R2≤23.74KΩ,就能保證LM317穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定工作。輸出電壓：V

O

=1.25(1+R2/R1),在LM317輸出范圍為1.25～37V的條件下，R2/R1范圍為：0～28.6。

優(yōu)點(diǎn)：線性電源工作穩(wěn)定，輸出紋波小，且不需做過多調(diào)整，使用較為方便，工作安全可靠，適合制作通用型、標(biāo)稱輸出的穩(wěn)壓電源。缺點(diǎn)：線性穩(wěn)壓電路的內(nèi)部功耗大，效率低，散熱問題較難解決。

方案二：晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路

晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖3所示，該電路中，輸出電壓UO經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓UI發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓UO為恒定值（穩(wěn)壓值）。

圖3晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路方框圖

方案三：開關(guān)電源

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可選用開關(guān)電源來完成設(shè)計(jì)。LM2596為電路設(shè)計(jì)核心。

調(diào)整管

取樣

誤差放大

基準(zhǔn)電壓

輔助電源

UIUO

圖4開關(guān)電源原理圖

當(dāng)反饋線（即4腳）上不接電阻時(shí)，電路固定輸出5V，當(dāng)R1和R2比值一定時(shí)則可控制輸出電壓值。

優(yōu)點(diǎn)：功耗小，效率高；由于調(diào)整管上的耗散功率大幅度降低后，省去了較大體積的散熱片，使得設(shè)計(jì)的開關(guān)穩(wěn)壓電源體積小，使用較為方便，且穩(wěn)壓范圍大，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也比較多。濾波效率比較高，電路形式多樣化，能滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

1.2穩(wěn)壓電源方案選擇

電源技術(shù)特別是穩(wěn)壓電源技術(shù)在工程技術(shù)方面使用性很強(qiáng)，在各個(gè)行業(yè)里得到了廣泛的應(yīng)用。直流穩(wěn)壓電源的電路形式有很多種,有串聯(lián)型、開關(guān)型、集成電路、穩(wěn)壓管直流穩(wěn)壓電源等等。目前使

,會(huì)使

。

并且,

1.3

采用FPGA作為控制器完成數(shù)控部分、鍵盤、顯示器接口控制。輸出部分采用D/A0832與運(yùn)算放大器UA714，輸出電壓波形由FPGA的輸出數(shù)據(jù)控制，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出。顯示數(shù)據(jù)由FPGA提供。

采用FPGA作為控制器。具有速度快，且自帶512字節(jié)的EEPROM，不需要另外接擴(kuò)展的EEPROM的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是，我們對(duì)FPGA的使用不太熟悉，價(jià)格比較貴。

方案三：采用各類數(shù)字電路來組成的數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案

采用各類數(shù)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)處理，如選用CPLD等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)處理比較困難。

采用中、小規(guī)模器件實(shí)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(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。

1.4控制方案選擇

比較以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用STC89C52作為控制器。完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，也便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。且技術(shù)比較熟練，使用廣泛，價(jià)格便宜，而且功能上也完全滿足本系統(tǒng)的要求。但因?yàn)楸鞠到y(tǒng)對(duì)單片機(jī)的速度要求不是很高。經(jīng)過比較，我們選用方案一并且用數(shù)字電位器Ｘ9318的分檔來計(jì)算輸出電壓.。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

1.采用先進(jìn)的智能控制策略和控制方法，與傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源相比，具有新穎性、獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性,體現(xiàn)出電源模塊的高程度智能化，更加完美性能。

2.系統(tǒng)升級(jí)方便，控制比較靈活，只需修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線路。

)，采

而且可

2.2.1開關(guān)穩(wěn)壓電源模塊

1）LM2596電源降壓調(diào)整器原理圖

圖6LM2596降壓調(diào)整原理圖

LM2596系列開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在±15%的范圍內(nèi)；可以用僅80μA的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電；具有自我保護(hù)電路

2）開關(guān)穩(wěn)壓電源原理分析

開關(guān)穩(wěn)壓電源原理：電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成

圖7電源方框圖及波形圖

a整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動(dòng)電壓U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動(dòng)電壓U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4。

b穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓U4受負(fù)載、輸入電?壓?和?溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓U0。

3）開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖

圖8開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖

220V市電（實(shí)際供電電壓為238V）經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換后得到雙24.5V電壓，再經(jīng)過橋式整流濾波電路，得到24.5*1.2=29.4(V)電壓。其中+29.4V電壓根據(jù)公式Uout=Vref*(1+R2/R1)接入恰當(dāng)比值的電阻經(jīng)過LM2596穩(wěn)壓得到穩(wěn)定+5v電壓。

2.2．2單片機(jī)控制模塊

1）STC89C52芯片資料

如圖9所示。該芯片正常工作電壓為5V，支持的最高時(shí)鐘頻率為80MHz，F(xiàn)lash程序存儲(chǔ)器為8KB,RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為512B,內(nèi)置看門狗電路，支持ISP/IAP[6]。本單片機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.超低功耗

(1)掉電模式：典型功耗為0.5uA,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序。

(2)空閑模式：典型功耗為2mA。

(3)正常工作模式：典型功耗為4mA-7mA。

2.超強(qiáng)抗干擾

(1)I/O口、電源、時(shí)鐘、看門狗、復(fù)位電路都是經(jīng)過特殊處理。

(2)寬電壓，不怕電源抖動(dòng)，工作電壓范圍為3.4–6V。

(3)高抗靜電（高ESD保護(hù)），輕松過2000V?？焖?zèng)_干擾。

圖9STC89C52片引腳圖

控制部分是系統(tǒng)整機(jī)協(xié)調(diào)工作和智能化管理的核心部分，采用STC89C52RC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能是其關(guān)鍵，采用單片機(jī)不但方便監(jiān)控，并且大大減少硬件設(shè)計(jì)。

2）單片機(jī)控制模塊原理圖:

圖10STC89C52最小系統(tǒng)原理圖

2.2.3正、負(fù)輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源模塊

1）數(shù)字電位器X9318功能說明

如圖11所示X9318數(shù)字電位器包含一個(gè)電阻陣列滑動(dòng)開關(guān)一個(gè)控制區(qū)和非易失性存儲(chǔ)器滑動(dòng)端位置由一個(gè)三線接口控制電位器由包含99個(gè)電阻單元的電阻陣列和一個(gè)滑動(dòng)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成在

每個(gè)電阻單元的兩端之間有抽頭點(diǎn)可訪問滑動(dòng)終端滑動(dòng)端的位置由CS、U/D和INC輸入端控制滑動(dòng)端的位置可存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中在上電的操作中可重新被調(diào)用該器件可用作一個(gè)三終端電位器以控制電壓或用作一個(gè)兩終端可變電阻以控制電流,子數(shù)控電位器具備三個(gè)有力應(yīng)用優(yōu)勢(shì):固態(tài)電位器的可變性和可靠性;基于計(jì)算機(jī)數(shù)控的靈活性;用于存儲(chǔ)多個(gè)電位器設(shè)置或數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器的保持性能良好.其應(yīng)用范圍非常廣泛。

圖11X9318引腳配置圖

2）正負(fù)輸出可調(diào)電源原理分析：

正、負(fù)輸出電壓可調(diào)的直流電源。它主要由兩片LM2596電源降壓調(diào)整器（150KHz，3A）構(gòu)成，電路十分簡(jiǎn)單能輸出±15V的電壓，通過滑動(dòng)變阻器可調(diào)節(jié)電壓。由于該設(shè)計(jì)預(yù)定額定電流為1.2A,

R18為

3

圖13

2.3

2.3.1

2.3.2過流保護(hù)序流程

4）以下是可調(diào)電源測(cè)試數(shù)據(jù)

1、當(dāng)輸出最大時(shí)

+15V可調(diào)輸出電壓最大時(shí)（Uo=14.99V）：

過流保護(hù)基本實(shí)現(xiàn)，保護(hù)值為1.24A。實(shí)現(xiàn)人工按鍵控制輸出電壓變化可實(shí)現(xiàn)雙電源同步調(diào)節(jié)或分別調(diào)節(jié)，+15v可調(diào)電源紋波系數(shù)為3.07%；-15v可調(diào)電源紋波系數(shù)為4.48%，可調(diào)電源可以實(shí)現(xiàn)低頻率的三角波、梯形波輸出。

四、總結(jié)

本設(shè)計(jì)基本完成數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的基本功能和發(fā)揮功能，采用LM2596作為電源模塊的核心，使得輸出電壓極為穩(wěn)定。還擴(kuò)展了精調(diào)、粗調(diào)功能。并實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的控制功能，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其他各項(xiàng)功能都比較完美的實(shí)現(xiàn)了。

經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，我對(duì)89C52單片機(jī)及數(shù)字電位器的使用、過流保護(hù)的設(shè)計(jì)等有了更深層次的了解！

五、

sbitk3=P2^2;//電源可調(diào)負(fù)端升/降控制按鍵

sbitk4=P2^3;//電源可調(diào)負(fù)端增加控制按鍵

sbitk5=P2^4;//電源同步升，降控制端

sbitk6=P2^5;//電源同步增加控制端

sbitled1=P2^6;//正電源指示燈

sbitled2=P2^7;//負(fù)電源指示燈

/*

定時(shí)器0

{

EA=1;//

}

定時(shí)器0

{

inti;

//最大值65536即65.536ms所以

TL0=(65536-10000)%256;//直接定時(shí)器不夠用，需要用循環(huán)處理,//定時(shí)10ms，然后循環(huán)500次后輸出10x1000=10s

i++;

if(i==1001)

{

i=0;

SW1=0;//打開LM2596

led1=0;//打開電源指示燈

TR0=0;//定時(shí)器開關(guān)打關(guān)閉

}

}

/*

定時(shí)器1初始化子程序

{

EA=1;//

}

定時(shí)器1

{

intj;

//最大值

TL1=(65536-10000)%256;//直接定時(shí)器不夠用，需要用循環(huán)處理,//定時(shí)10ms，然后循環(huán)500次后輸出10x1000=10s

j++;

if(j==1001)

{

j=0;

SW2=1;//打開LM2596

led2=0;//打開電源指示燈

TR1=0;//定時(shí)器開關(guān)打關(guān)閉

}

}

/*

uS延時(shí)函數(shù)，含有輸入?yún)?shù)unsignedchart，無返回值unsignedchar是定義無符號(hào)字符變量，其值的范圍是0~255

{

}

mS

0~255

{

{

//

DelayUs2x(245);

DelayUs2x(245);

}

}

main()

{

Init_Timer0();

Init_Timer1();

SW1=0;

SW2=1;

led1=0;

led2=0;

while(1)

{

{

}

{

{

UD1=1;//

DelayMs(200);

INC1=0;

DelayMs(200);

INC1=1;

}

/***************************************************************/

if(k2==0)//用k2按鍵控制電源可調(diào)正端降

{

DelayUs2x(20);//去抖

UD1=0;//

DelayMs(200);

INC1=0;

DelayMs(200);

}

{

}

{

DelayMs(200);

INC2=0;