直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)

aaaa驊鬱設(shè)職計(jì)院題目：直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與制作系部：電子與通信系專業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)單位:~~電子與通信系四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院 專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信承諾書(shū)本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（題目：直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。作者簽名：楊志勇2013年9月10日（學(xué)號(hào)）：1102010237摘要直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置是由MSP430單片機(jī)、LCD12864液晶顯示屏、直流供電模塊、電壓取樣模塊、預(yù)穩(wěn)壓模塊、高精度低壓差穩(wěn)壓源模塊、漏電保護(hù)裝置模塊等等組成。MSP43。系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令。MSP430單片機(jī)的功能是用來(lái)控制題中要求的功率測(cè)試及顯示等功能，液晶顯示屏采用LCD12864顯示，直流供電模塊和預(yù)穩(wěn)壓模塊、高精度低壓模塊在一起構(gòu)成了直流穩(wěn)壓電源，電壓取樣模塊的作用是用來(lái)取樣輸出電壓的大小，再把電壓信號(hào)反饋回單片機(jī)，通過(guò)程序控制顯示出功率的大小，漏電保護(hù)裝置主要的作用是檢測(cè)出漏電流的大小。預(yù)穩(wěn)壓和穩(wěn)壓模塊的亮點(diǎn)在于穩(wěn)壓部分采用了P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管IRF964。，而不是常用的N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)阻可降至500毫歐以內(nèi)，因此可以在極低的壓差下正常工作。從而可以完成輸入為5.5V時(shí)，輸出為5V的功能。在穩(wěn)壓前級(jí)模塊中，采用了預(yù)穩(wěn)壓電路，并實(shí)現(xiàn)了高電壓與低電壓的良好對(duì)接，同時(shí)能減輕了后級(jí)穩(wěn)壓電路的負(fù)擔(dān)，保證了輸出精度。在取樣電路中，采用了高精度基準(zhǔn)電壓源TL431，既保證了電路所要求的精準(zhǔn)度又簡(jiǎn)化了電路。關(guān)鍵字：MSP430單片機(jī)、低壓差線性穩(wěn)壓源、電壓采樣電路、顯示模塊、預(yù)穩(wěn)壓電路、漏電保護(hù)目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章引言 1\o"CurrentDocument"1.1關(guān)于直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置 1\o"CurrentDocument"第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊 2\o"CurrentDocument"2.2單片機(jī)模塊 2\o"CurrentDocument"2.3直流輸入供電模塊 2\o"CurrentDocument"2.4漏電保護(hù)裝置模塊 3\o"CurrentDocument"2.5方案選擇 3第三章硬件設(shè)計(jì) 43.1MSP430單片機(jī)簡(jiǎn)介 4\o"CurrentDocument"3.2預(yù)穩(wěn)壓模塊 5\o"CurrentDocument"3.3穩(wěn)壓模塊 6\o"CurrentDocument"3.4漏電保護(hù)模塊 7\o"CurrentDocument"3.5液晶顯示模塊 8\o"CurrentDocument"3.6系統(tǒng)功能綜述 8\o"CurrentDocument"第四章軟件設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"4.1功率/電壓/漏電流顯示 10第五章Proteus仿真及調(diào)試 11aaaa5.1關(guān)于Proteus 11\o"CurrentDocument"5.2仿真圖設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"5.3設(shè)計(jì)成品調(diào)試 125.3.1軟件調(diào)試 125.3.2硬件調(diào)試 135.3.3調(diào)試結(jié)果 135.3.3.1輸出電壓測(cè)試 135.3.3.2電壓調(diào)整率 145.3.3.3負(fù)載調(diào)整率 145.3.4其他發(fā)揮部分測(cè)試 155.3.4.1漏電及保護(hù)測(cè)試 155.3.4.230MA電流誤差 155.3.4.3保護(hù)裝置的接入功耗 155.3.4.4其他測(cè)試 15\o"CurrentDocument"第六章結(jié)論 16\o"CurrentDocument"七參考文獻(xiàn) 17\o"CurrentDocument"致謝 18\o"CurrentDocument"附錄 19附錄1C語(yǔ)言程序 19附錄2PCB與原理圖的設(shè)計(jì) 252.1LT1083正可調(diào)穩(wěn)壓器相關(guān)的設(shè)計(jì) 252.2漏電流保護(hù)裝置電路圖 272.3直流穩(wěn)壓電源模塊電路圖 28附錄3元器件清單 28第一章引言1.1關(guān)于直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，精確大動(dòng)態(tài)范圍的電源得到了廣泛的應(yīng)用，精密的的電源在科研和工作中是不可或缺的。本題要求我們自制一個(gè)低壓差直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置,當(dāng)輸入電壓在5.5V~25V變化時(shí)，要求輸出電壓為5±0.05V,當(dāng)輸入電壓在5.5V?7V變化時(shí)，要求輸出電壓為5±0.05V,并達(dá)到相應(yīng)的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率都要小于1%。同時(shí)制作功率顯示裝置與漏電保護(hù)裝置。直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的設(shè)備，常見(jiàn)的直流穩(wěn)壓電源，大都采用串聯(lián)式反饋式穩(wěn)壓原理，通過(guò)調(diào)整輸出端取樣電阻支路中的電位器來(lái)調(diào)整輸出電壓。由于電位器阻值變化的非線性和調(diào)整范圍窄，使普通直流穩(wěn)壓電源難以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確調(diào)整。本文主要分六大部分：引言、總體方案、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，Proteus仿真波形截圖，總結(jié)。引言，首先對(duì)課題研究背景和所涉及的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了介紹；第一章對(duì)系統(tǒng)所要完成的功能和可擴(kuò)展的功能進(jìn)行描述，確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要參數(shù)計(jì)算，第二章對(duì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和各部分組成作了簡(jiǎn)要的介紹和講解；第三章是硬件部分，主要介紹了MSP430單片機(jī)簡(jiǎn)介和供電模塊、預(yù)穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓模塊、漏電保護(hù)模塊液晶顯示模塊。第四章是顯示功率、輸入電壓模塊,這部分重點(diǎn)介紹了主程序的流程框圖及各個(gè)子程序的流程框圖。第五章是仿真的截圖。最后對(duì)整篇文章進(jìn)行了總結(jié)。第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊整個(gè)直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、直流輸入供電模塊（供電模塊、預(yù)穩(wěn)壓模塊、穩(wěn)壓模塊）、漏電保護(hù)裝置模塊、顯示模塊構(gòu)成。此裝置主要是為了能檢測(cè)出瞬間電流的大小，能適用于供電站，用來(lái)檢測(cè)供電區(qū)域瞬間電流的大小，如果過(guò)大，就直接斷開(kāi)，能保護(hù)送電裝置。如圖2-1圖2-1直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置系統(tǒng)框圖2.2單片機(jī)模塊方案一、如果利用LM324和P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管設(shè)計(jì)本體，單片機(jī)就可以直接選擇89C51，其優(yōu)點(diǎn)是電路成熟可靠，電路簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)。但是存在的缺點(diǎn)是功耗較大，運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，功能不齊全，需要外加設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換。方案二、直接采用MSP43。單片機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是速度高，功耗低，節(jié)能環(huán)保,功能齊全，程序簡(jiǎn)明，自帶A/DD/APWMPID等功能。2.3直流輸入供電模塊方案一、利用LM324和P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管IRF9640設(shè)計(jì)的線性直流電源,輸出電流大，能滿足額定輸出電流為1A的直流穩(wěn)壓電源，其外圍元器件較少，但是，精度不高，需要為電路外加一個(gè)電源，或者可以用一個(gè)穩(wěn)壓管來(lái)代替電源,但就不能精確的達(dá)到5V，那么對(duì)后面的輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)，紋波系數(shù)較大，可能對(duì)直流穩(wěn)壓電路產(chǎn)生不良影響，不能達(dá)aaaa到題目要求方案二、采用LT1083,其有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、調(diào)試方便、價(jià)格便宜等顯著優(yōu)點(diǎn)，而且能提供的最大電流可達(dá)到7A,更重要的是，實(shí)驗(yàn)室存在大量LT1083拆機(jī)件，可以充分利用資源，達(dá)到節(jié)約的目的。2.4漏電保護(hù)裝置模塊方案一、利用一個(gè)RCV42。電流環(huán)接收器芯片，用來(lái)檢查R和R1之間的電流差值是否達(dá)到30MA，在利用一個(gè)運(yùn)放LM324做一個(gè)電壓比較器，最后把比較器的輸出端接入一個(gè)可控硅開(kāi)關(guān)，讓電路能自鎖，滿足電路的要求。方案二、利用一個(gè)繼電器，和兩個(gè)IAN194芯片，然后直接用軟件來(lái)控制漏電保護(hù)裝置的要求，同時(shí)也能達(dá)到自鎖的要求。2.5方案選擇首先單片機(jī)選擇，兩個(gè)方案相之對(duì)比，方案一雖成熟、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是速度較低，能耗高，精度較低，缺乏所需的AD轉(zhuǎn)換功能。方案二則能滿足題目所需的功能，因此選擇了MSP430單片機(jī)然后，直流輸入供電部分，兩個(gè)方案相對(duì)比，因?yàn)榉桨付芡耆珴M足題中的要求，所以我們選擇了方案二。漏電保護(hù)裝置模塊，為了電路簡(jiǎn)單，容易控制，方便調(diào)制，所以我們選擇了方案二。第三章硬件設(shè)計(jì)3.1MSP430單片機(jī)簡(jiǎn)介MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（IT）1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集RISC的混合信號(hào)處理器（MixedSignalProcessor）。稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片機(jī)”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中處理能力強(qiáng)：MSP43。系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。運(yùn)算速度快:MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如FFT等）。超低功耗：MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V電壓。因而可使其在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在165卩A左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1卩A。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在MSP430系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（32.768kHz）DT-26ORDT-38[4]，也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4）。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá)2.5卩A，在RAM保持模式下，最低可達(dá)0.1卩A。

圖3-1MSP43。芯片3.2預(yù)穩(wěn)壓模塊直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，只要是為了滿足題中的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率《1%，然而在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的過(guò)程中最困難的地方在于低壓差的控制，以及電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率要求的精度高。為了達(dá)到題中的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)兩級(jí)電路，因?yàn)閮杉?jí)電路能達(dá)到低壓差的控制，同時(shí)，滿足精度高的要求。因此，我們首先采用了一個(gè)預(yù)穩(wěn)壓電路，該電路先對(duì)高于7V的電壓進(jìn)行降壓，使得后級(jí)電路可以穩(wěn)定輸出5V電壓，此電路的特點(diǎn)在于電壓調(diào)整率非常的好，在測(cè)量的過(guò)程中，基本上沒(méi)有什么變化。同時(shí)，由于主要功耗都耗散在預(yù)穩(wěn)壓電路，所以精確穩(wěn)壓部分功耗較低，大大加強(qiáng)了電路的熱穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)的這個(gè)直流穩(wěn)壓電源是完全滿足這個(gè)題的要求的。aaaaWELL丁G0CS2毛32VLWQL3?KBAL一-mmraVte^tC0K3crtWELL丁G0CS2毛32VLWQL3?KBAL一-mmraVte^tC0K3crt圖3-2預(yù)穩(wěn)壓電路3.3穩(wěn)壓模塊為了達(dá)到電路中要求的低穩(wěn)壓，因此在精密低壓差電路中使用了2只P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管IRF9640,而不是使用的N溝道的增強(qiáng)型效應(yīng)管，因?yàn)镹溝道的Ugs的啟動(dòng)電壓過(guò)高，不能在電源電壓為5.5V,漏極為5V的情況下進(jìn)行工作，所以必須使用P溝道的增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。如圖3-3就是一個(gè)低壓差的精確穩(wěn)壓電路，此電路性能優(yōu)異，電路簡(jiǎn)單，可靠性高，成本低，精準(zhǔn)度高。完全能滿足題中所要求的精準(zhǔn)度，有了預(yù)穩(wěn)壓模塊和穩(wěn)壓模塊，加上供電模塊就直接構(gòu)成了我們題中要求設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源，因?yàn)槲覀冊(cè)谶@一個(gè)模塊的精準(zhǔn)度是非常的高了，因此為后級(jí)電路做好了一個(gè)很好的準(zhǔn)備。圖3-3低壓差精確穩(wěn)壓電路3.4漏電保護(hù)模塊我們?cè)谠O(shè)計(jì)漏電保護(hù)裝置模塊時(shí)，先是用高電壓端和低電壓端兩端測(cè)量電流的方式。當(dāng)高端電流值大于低端電流值時(shí)，那么就證明此時(shí)電路存在漏電電流。就直接檢測(cè)出來(lái)了電路中是否存在漏電流的要求，然后在精確測(cè)得高端與低端的電流差，就可以精確直接的控制漏電保護(hù)系統(tǒng)的作用點(diǎn)。這樣設(shè)計(jì)的電路十分的簡(jiǎn)單就完成了題中漏電保護(hù)裝置的要求，在漏電保護(hù)裝置的后端采用了一個(gè)INA194做為電流取樣，因?yàn)镮NA194芯片的精度高，不容易發(fā)熱，設(shè)計(jì)的電路其特點(diǎn)是取樣精度高，電路簡(jiǎn)單易用，體積小巧，完全能滿足本題要求。在實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中，漏電電流的精度在1mA內(nèi)。當(dāng)漏電電流差大于30mA時(shí)，繼電器K1開(kāi)始工作，K1繼電器的觸頭自動(dòng)斷開(kāi)，同時(shí)完成自鎖，需要人為的按一下K1繼電器，恢復(fù)到正常工作的狀態(tài)，在進(jìn)行之后的實(shí)驗(yàn)。_F-[>皿￡口A_F-[>皿￡口A圖3-4漏電保護(hù)裝置電路圖3.5液晶顯示模塊利用LCD12864液晶顯示屏作為電壓、功率、漏電流的顯示設(shè)備，因?yàn)長(zhǎng)CD12864比LCD1602能顯示更多行和列，能完整的把輸出功率和電壓值，以及漏電流完全顯示在顯示屏上。如圖3-5圖3-5LCD12864液晶顯示屏3.6系統(tǒng)功能綜述當(dāng)直流電源5.5V?25V的電壓輸入直流穩(wěn)壓電源中，通過(guò)供電模塊、預(yù)穩(wěn)壓模塊、穩(wěn)壓模塊之后，使輸出電壓為5V,誤差《1%。通過(guò)一個(gè)康銅絲電阻把采集的電壓信號(hào)通過(guò)MSP430自帶的A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)內(nèi)，再利用一個(gè)INA194電流采樣芯片，同樣通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入430單片，再通過(guò)程序計(jì)算出功率P的大小，P=I*U，在把計(jì)算出來(lái)的值顯示在LCD12864的顯示屏上面，而輸出電壓與漏電流的大小則直接顯示在液晶屏上就可以了。漏電流的檢測(cè)是再利用一個(gè)NA194芯片采集漏電流的大小，同樣通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部通過(guò)程序比較反饋回來(lái)的電流是否大于等于30MA，如果大于30MA，則通過(guò)程序直接控制繼電器工作，斷開(kāi)觸頭，自鎖，而液晶屏上則直接把漏電流的大小顯示出來(lái)。aaaa第四章軟件設(shè)計(jì)4.1功率/電壓/漏電流顯示把輸入的電壓直接接入MSP430單片機(jī)，因?yàn)樵贛SP430單片機(jī)內(nèi)部自帶了A/D轉(zhuǎn)化，然后在通過(guò)一個(gè)康銅絲的采樣電阻，把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，也輸入MSP430單片機(jī)，然后，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)功率的顯示。判斷是否有漏電流》30mA?是否AD/LCD初始化計(jì)算電壓電流功率判斷是否有漏電流》30mA?是否AD/LCD初始化計(jì)算電壓電流功率取樣，AD轉(zhuǎn)換繼電器的觸頭斷開(kāi)，自鎖開(kāi)始圖4-1功率顯示流程第五章Proteus仿真及調(diào)試5.1關(guān)于ProteusProteus軟件是由英國(guó)LabCenterElectronics公司開(kāi)發(fā)的EDA工具軟件。Proteus軟件已有近2。年的歷史，在全球已得到廣泛使用。它除了具有和其他EDA工具一樣的原理編輯、印制電路板（PCB）自動(dòng)或人工布線及電路仿真功能外，最大的特色是其電路仿真是交互的、可視化的。通過(guò)Proteus軟件的VSM（虛擬仿真技術(shù)），用戶可以對(duì)基于微控制器的系統(tǒng)連同所有的外圍接口電子器件一起仿真。針對(duì)微處理器的應(yīng)用，可以直接在基于原理圖的虛擬模型上進(jìn)行編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試；用戶可以實(shí)時(shí)采用諸如引導(dǎo)LCD、鍵盤(pán)，RS232終端等動(dòng)態(tài)外圍設(shè)備模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互可視化仿真，從而看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等可以測(cè)量方針的波形及記錄仿真數(shù)據(jù)。在不需要硬件設(shè)備投入的情況下，Proteus軟件可以建立完整的電子學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境，縮短研發(fā)周期，并降低開(kāi)發(fā)成本。Proteus軟件集成了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此系統(tǒng)的成型得益于多年來(lái)的持續(xù)開(kāi)發(fā)，世界著名的電子雜志《電子世界（EWW）》在關(guān)于PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的文章中將Proteus軟件評(píng)為最好的產(chǎn)品一“TheRoutetoPCBCAD”。Proteus產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù)，用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LCD、鍵盤(pán)、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。其功能模塊:一個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真；ARESPCB設(shè)計(jì)。PROSPICE仿真器的一個(gè)擴(kuò)展PROTEUSVSM，便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤(pán)，開(kāi)關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型。》支持許多通用的微控制器，如PIC，AVR，HC11以及8051。》交互的裝置模型包括：LED和LCD顯示，RS232終端，通用鍵盤(pán)?！窂?qiáng)大的調(diào)試工具，包括寄存器和存儲(chǔ)器，斷點(diǎn)和單步模式。》IARC-SPY和KeiluVision2等開(kāi)發(fā)工具的源層調(diào)試?！窇?yīng)用特殊模型的DLL界面提供有關(guān)元件庫(kù)的全部文件。Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí),關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講,是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。相比較其他EDA軟件，Proteus具有以下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7(LPC21xx)、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51、uVision2、MPLAB等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。5.2仿真圖設(shè)計(jì)在這道題中，我們只需要設(shè)計(jì)一個(gè)顯示裝置就可以了，用一個(gè)MSP43。單片機(jī)連接一個(gè)LCP12864液晶顯示屏，設(shè)計(jì)一個(gè)控制顯示電壓、功率、漏電流大小的程序。5.3設(shè)計(jì)成品調(diào)試本設(shè)計(jì)的調(diào)試分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，對(duì)于軟件調(diào)試主要應(yīng)用單片機(jī)仿真軟件(ProteusProfessional)和Keil軟件；硬件調(diào)試則搭接實(shí)際電路加電進(jìn)行調(diào)試5.3.1軟件調(diào)試在Keil軟件中編寫(xiě)原程序代碼，對(duì)代碼進(jìn)行格式語(yǔ)法調(diào)試，將其錯(cuò)誤的進(jìn)行糾正。本設(shè)計(jì)應(yīng)用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序代碼，編寫(xiě)時(shí)參考C語(yǔ)言語(yǔ)法格式編寫(xiě)。應(yīng)用單片機(jī)仿真軟件仿真部分電路，此電路包括，顯示屏LCD12864A/D轉(zhuǎn)aaaa化模塊，采樣模塊。在單片機(jī)仿真軟件中裝載原程序代碼，并運(yùn)行，LCD12864正常啟動(dòng)，通過(guò)反饋回來(lái)的電壓和電流，成功的顯示了功率的大小，以及輸入電壓的大小，漏電流的大小。5.3.2硬件調(diào)試（1） 在不通電的情況下，按照設(shè)計(jì)電路接線圖檢查安裝電路，把安裝的電路按電路圖一一對(duì)照檢查連線；（2） 連線檢查完畢后，直觀檢查電源、地線、元器件接線端之間有無(wú)短路，連線間有無(wú)連接不良，二極管及電解電容的引線端有無(wú)錯(cuò)接、反接，芯片是否安裝錯(cuò)誤；（3） 把經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量的電源電壓接入電路，用電燈代替風(fēng)機(jī)，首先觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，如冒煙、異味、觸摸器件有無(wú)過(guò)熱，電源是否短路等，如有異?，F(xiàn)象立即切斷電源，排除故障后通電；（4） 在硬件調(diào)試測(cè)試中，最主要的是測(cè)量輸出電壓的大小，是否達(dá)到了題中所要求的精準(zhǔn)度，當(dāng)輸入電壓穩(wěn)定在7V時(shí)，在把電流從1A降到0.01A是的電阻調(diào)整率是否能滿足在《1%。當(dāng)輸入電壓在5.5?25V變化時(shí)，輸入電壓的調(diào)整率能否也滿足《1%。5.3.3調(diào)試結(jié)果通過(guò)我和隊(duì)員的認(rèn)真調(diào)試，最后能正常的顯示出功率的大小，輸入電壓的大小，漏電流的大小，利用VICTOR4位半萬(wàn)用表測(cè)試在輸入電壓在5.5V?25V變化時(shí)，輸出電壓在帶載時(shí)間電壓大小。5.3.3.1輸出電壓測(cè)試測(cè)試條件：利用VICTOR4位半萬(wàn)用表按照基本要求第（1）、（2）項(xiàng)，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行檢測(cè)，主要是檢測(cè)直流穩(wěn)壓電源的輸出端，負(fù)載為RL=5Q，直流輸入電壓在5.5V?7V及7V?25V變化，輸出電壓的大小。測(cè)得輸出電壓如表5-1所示。aaaa表5-1輸入/輸出電壓對(duì)比應(yīng)表輸入電壓5.435.566.5791113151719212325輸出電壓4.9634.9875.0005.0115.0125.0165.0165.0165.0165.0165.0165.0175.0175.018結(jié)論：從表5-1測(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)輸入為5.43V時(shí)，就已經(jīng)能達(dá)到題中要求的4.95?5.05V的電壓。在5.5V?25V的變化時(shí)，同時(shí)帶上負(fù)載電阻Rl=5歐，輸出電壓為5土0.037V,輸出電壓的調(diào)整率SUV1%，完全達(dá)到的此題中要求。5.3.3.2電壓調(diào)整率Su=(5.018-4.987)/4.987=0.0062=0.62%結(jié)論：電壓調(diào)整率完全滿足題中第(1)項(xiàng)要求的Su<1%5.3.3.3負(fù)載調(diào)整率按題中第（3）項(xiàng)要求測(cè)試，1A、負(fù)載為5歐時(shí)，輸出的電壓為4.98V,當(dāng)電流為0.01A、負(fù)載為5。。歐時(shí)aaaa，輸出電壓為5V。Sl=0.02/5*100%=0.4%同時(shí)，然后在不接負(fù)載的情況下，可測(cè)得5.01V的輸出電壓。結(jié)論：負(fù)載調(diào)整率也同樣完全滿足題中第（3）項(xiàng)要求的S1V1%。5.3.4其他發(fā)揮部分測(cè)試5.3.4.1漏電及保護(hù)測(cè)試按要求連接電路，lcd12864能同步顯示漏電流大小、輸出功率大小、輸入電壓的大小，當(dāng)漏電到達(dá)30MA時(shí)，繼電器啟動(dòng)保護(hù)并進(jìn)行自鎖，此時(shí)電路中的輸出電壓0V，漏極電路已經(jīng)停止工作了，同時(shí)，在電源的部分，沒(méi)有了負(fù)載，輸出電壓實(shí)測(cè)均在4.866V以上，達(dá)到了發(fā)揮部分第(1)項(xiàng)要求的24.6V。5.3.4.230MA電流誤差因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)電路中用的INA194芯片，電流的誤差小于1MA，所以在實(shí)際測(cè)量的30MA電流誤差絕對(duì)值V1MA，Si=3.3%，滿足了發(fā)揮部分的第(2)項(xiàng)要求的＜5%5.3.4.3保護(hù)裝置的接入功耗本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用取樣電阻測(cè)電流，求漏電流差值的方式測(cè)量漏電流，取樣電阻為0.01和0.02歐的康銅絲電阻，并采用小于10MA的微型繼電器動(dòng)作，以保證消耗很小的功耗，經(jīng)實(shí)際測(cè)量輸出電壓在4.866V以上，能反映出此保護(hù)裝置的接入功耗非常小。5.3.4.4其他測(cè)試、從表5.3.3.1的測(cè)試結(jié)果可以得出，當(dāng)輸入的電壓為5.43V時(shí)，就已經(jīng)能達(dá)到題中所要求的電壓5V，完全超出了題中要求的5.5V輸入電壓范圍。所以我們是超額的完成了要求。、由單片機(jī)MSP430控制的lcd12864，除了顯示題中所要求的輸出功率大小的顯示，還可以顯示輸入電壓、及輸出電流大小。比題中所要求的只顯示功率的大小，多出來(lái)了幾項(xiàng)。第六章結(jié)論在這個(gè)直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置的系統(tǒng)中使用了MSP430單片機(jī)，因?yàn)榇藛纹瑱C(jī)自帶了A/D、D/A、PWM、PID等功能軟件，不需要在另外去設(shè)計(jì)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的電路，減小了工作量。然后利用了P溝道IRF964。的場(chǎng)效應(yīng)管，因?yàn)镻溝道的場(chǎng)效應(yīng)管能在低壓差的情況下進(jìn)行工作，設(shè)計(jì)了一個(gè)預(yù)穩(wěn)壓電路和穩(wěn)壓電路，這兩個(gè)電路構(gòu)成了直流穩(wěn)壓電源模塊，在精度方面完全滿足要求，又利用一個(gè)繼電器設(shè)計(jì)了一個(gè)漏電流檢測(cè)裝置，正好滿足了此題的要求。根據(jù)前面所測(cè)得的數(shù)據(jù)可以得出，本設(shè)計(jì)是完全的滿足此題的要求，在一些地方還比題中所要求的精度更加的高。七參考文獻(xiàn)（1） .模擬電子技術(shù)韋建英徐安靜編華中科技大學(xué)出版社（2010.8）（2） .MSP430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講秦龍編電子工業(yè)出版社（2007.7）（3） .全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽教程-基于TI器件設(shè)計(jì)方法黃根春周立青張望先編電子工業(yè)出版社（211.4）aaaa致謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿的完成，得益于老師的指導(dǎo)與自己團(tuán)隊(duì)的辛勤努力，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)上搜索相關(guān)資料，老師的解答與隊(duì)員之間的討論交流解決了很多的問(wèn)題，最后圓滿完成了整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師陳華麗老師，沒(méi)有陳老師不辭辛苦的解答與幫助，僅憑我個(gè)人能力是很難圓滿完成這次畢設(shè)的，在老師的幫助下，我弄懂了LM324、RCV420、IRF9640、ADC/DAC0832等芯片的連接方式與其實(shí)現(xiàn)的功能，學(xué)會(huì)了Proteus軟件的使用以及如何利用VSM進(jìn)行仿真與觀察，最后生成PCB板。在論文撰寫(xiě)過(guò)程中，陳老師細(xì)致的檢查幫我找出許多不當(dāng)之處并提供解決方案，在老師一步一步的教導(dǎo)下完成了此次畢設(shè)，再次感謝陳老師的指導(dǎo)與幫助。另外還要我的隊(duì)友，在這個(gè)過(guò)程中大家相互支持，遇到有問(wèn)題就在一起相互討論，在日常中通過(guò)討論與討教解決了不少的問(wèn)題，此外，我仍需感謝網(wǎng)絡(luò)論壇上的很多前輩幫忙解決問(wèn)題出主意，十分感謝！附錄附錄1C語(yǔ)言程序#include<msp430.h>#include"LCD12864.h"#include"LCD12864.c"#include"12864bc.c"#include"key_16.c"#include"ctype.h"#defineNum_of_Results8#defineCPU_F((double)8000000)#definedelay_us(x) _delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000000.0))#definedelay_ms(x) _delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000.0))#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlongcharm=1;ulonga0,a1,a2,a3;uinta00,a11,a22,a33;uintjs,temp;ucharhh='0';uinti=0;uintj=0;uintsj1[5];floatV5,Vi;〃V5是5V電壓，Vi是下端電流值，Vs是上端電流值，Vcc是輸入電源floatP=0;uintVs,Vcc;ulongV5s,Vis,Vss,Vccs;voidinit_adc(){P6SEL|=BIT5+BIT6;//TurnonADC12,extendADC12CTL0=ADC12ON+MSC+SHT0_15;//TurnonADC12,extendsamplingtimeADC12CTL1=SHP+CONSEQ_3;sequenceADC12MCTL0=INCH_0;ADC12MCTL1=INCH_1;ADC12MCTL2=INCH_2;ADC12MCTL3=INCH_3+EOS;ADC12IE=BIT3;ADC12CTL0|=ENC;ADC12CTL0|=ADC12SC;}voidmain(void){//WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;to~30ms//WDTCTL=WDT_MDLY_32;~30msWDTCTL=WDT_ADLY_1000;IE1|=WDTIE;BCSCTL1&=~XT2OFF;do{//toavoidoverflowofresults//Usesamplingtimer,repeated//ref+=AVcc,channel=A2//以A6作為連續(xù)通道轉(zhuǎn)換結(jié)束位.//EnableADC12IFG.3//Enableconversions//Startconversion//SetWatchdogTimerinterval//SetWatchdogTimerintervalto//EnableWDTinterruptIFG1&=~OFIFG;for(intj=0XFF;j>0;j--);}while((IFG1&OFIFG));aaaaBCSCTL2|=SELM_2+DIVM_0;P4OUT|=0xff;//P6SEL=BIT5+BIT6;//ADC12CTL0=ADC12ON+MSC+SHT0_8;P2DIR|=BIT3+BIT2;//P2DIR|=BIT2;P2OUT=0;InitLcd12864();//gui_clear();Delay_352us(2);Init_Port();init_adc();BIS_SR(CPUOFF+GIE);//LPM0,ADC12_ISRwillforceexit}#pragmavector=PORT1_VECTOR _interruptvoidPORT_ISR(void){Delay_352us(2);hh=KeybmjpProcess();P1IFG=0;}#pragmavector=ADC_VECTOR 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