毕业设计(论文)-单片机直流稳压电源设计.doc
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1、泉 州 师 范 学 院 毕业论文(设计) 题目直流稳压电源 物理与信息工程 学院 电子信息科学与技术 专业 2007 级学生姓名 学号 070303026 指导教师 职称 讲师 完成日期 2011年4月 教务处 制直流稳压电源物理与信息科学学院 电子信息科学与技术 指导老师 【摘 要】随着电子技术的不断提高,对电源的要求不断提高。一个可调电压的直流稳压电源,并能显示输出电压数值,能方便人们的生活需要。将电网输出的220V电压经变压器,整流桥,滤波电容,稳压器输出稳定的直流电压。单片机连接TLC549芯片对输出电压进行采集,通过LCD液晶显示屏显示输出电压的数值。 【关键词】电源;变压器;稳压器
2、;单片机引言4第1章 稳压电源的设计41.1 设计要求41.2 设计思路41.3变压电路51.4 整流电路及滤波电路51.5 稳压电路51.6 发光二极管电路7第2章 测量电路的设计82.1设计要求82.2设计思路82.3.主要元件介绍82.4 A/D转换原理112.5电路设计112.6 性能分析12第3章 系统测试123.1稳压电源部分的测试123.2测量部分的测试143.3 系统实现的功能14第4章 总结144.1 作品总结144.2 自我总结14参考文献15Abstract15附录1 主要元器件清单16附录2 作品原理电路图17附录3 作品PCB电路图18附录4 作品的实物图18附录5
3、完成的源程序19引言随着人们生活水平的不断提高,各种随身听,MP4,手机充电器成了我们居家旅行的必备物品。随着电子技术的不断提高,对这些电子设备的电源要求也越来越高。除了少数低电压低功耗的电子设备使用干电池外,大多数电子设备都需要一个稳定的直流电源。稳压电路部分将电网供给的220V交流电通过变压器进行降压,再通过整流桥输出带纹波的直流电,通过电容滤波器滤除纹波,变成纹波小的电压,最后通过稳压芯片7805,7812,LM317输出+5V,+12V和0-20V正可调的直流电压。测量电路部分通过单片机连接TLC549芯片进行电压采集,采集到的电压数值通过LCD1602液晶显示屏显示出来。第1章 稳压
4、电源的设计1.1 设计要求 可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源输出:12V/1A,5V/1A,一组可调正电压0-20V/1A。 具有过流,过压保护功能。 可调电压分辨率小于0.1V。变压电路整流电路滤波电路电源指示部分220V交流输入稳压电路直流电压输出1.2 设计思路稳压电源部分由变压电路,整流电路,滤波电路,稳压电路组成。变压电路是将电网220V的交流电压变成所需要的电压值。整流电路是将交流电压变成脉动的直流电压。滤波电路:由于经过整流的脉动直流电压还含有较大的纹波,因此需要设计滤波电路加以滤除。稳压电路:在电网电压波动、负载和温度变化时,依然维持输出直流电压稳定。 1.3
5、变压电路 电网输入的是220V的交流电压,最后输出的是低压直流电。所以先要一个电源变压器将220V的交流电变为低压交流电。选用一个双18V/25W的电源变压器,中间带抽头,可接地。将输入的220V交流电压U1转变为整流电路所需要的交流电压U2。1.4 整流电路及滤波电路整流电路将交流电压U2通过单向桥式全波整流桥,经整流后变为单方向的直流电。单向桥式整流桥可选用集成整流芯片。由于U2max=1.41418=25.38V,额定工作电流I=1A,所以集成整流桥芯片选择KBP307。1。图1单相桥式整流电路经过整流桥后输出的电压含有较大的纹波,需要通过滤波电路滤去电路中的纹波电压。滤波电路采用电容滤
6、波器,电容在电路中有储能的作用,当电源供给的电压增大时,电容能把能量存储起来;当电源供给电压减少时,电容能把能量释放出来。使得输出电压比较平滑,也就是电容具有平波的作用【10】。电路中滤波电容承受的最高电压1.41418=25.38V,所以选择电容的耐压值应该大于50V,所以选择2200uF/50V的电解电容。2200uF电解电容为大容量电解电容。大容量电解电容有一定的绕制电感分布,易引起自激振荡,形成高频干扰。可以在2200uF电容后面并入瓷质小容量电容来抵消电解电容的电感效应和线路的杂波,抑制高频干扰,这里选用334瓷质电容,另外在其后也需并联一个104瓷质电容。为了更好的消除纹波,在输出
7、端前再并入一个470uF电解电容。【2】保险丝是用来防止电流过大而设计的,保险丝起到过流保护作用,允许通过的最大电流为2A。1.5 稳压电路由于输出地直流电压会随着负载和温度的变化而变化,所以,为了维持输出直流电压稳定不变,还要加上稳压电路,以提供更加稳定的直流电源。由于电源要求的输出功率较小,为了简化电路并提高电路的稳定性,因此选择集成稳压器。【3】集成稳压器在使用中普遍使用的是三端稳压器,可以分为固定式和可调式。其中可调电源端选用LM317芯片。LM317芯片可以输出可调正电压,它的可调范围为1.237V,最大输出电流为1.5A。图2 LM317实物图+输出端+U1输入端启动电路基准电源调
8、整管放大电路保护电路采样电路U0图1.2三端集成稳压器的组成 可调电源端电路如图所示。输出电压U0可通过精密电位器RP2来调节,在忽略调整端电流Ia(一般为0.005-0.1mA)时,U0与RP2的关系为 :式中1.25是LM317输出端与调整端之间的固定参考电压UREF。【4】此电压作用于电阻R1两端,将产生一个恒定电流通过输出电压来调节电位器RP2,电阻R1取值220欧姆,与RP2并联电容C2可进一步减小输出电压的纹波。为了电路的稳定工作,在一般情况下,还需要接二极管作为保护电路,防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。RP2的值,可通过输出电压最大值Uomax和最小值Uomin,根据式
9、Uo=1.25(1+RP2/R1)分别求出RPmax和RPmin而确定,一般选用精密电位器。【5】 图3 LM317应用电路固定式的集成稳压器选用78XX系列芯片,78XX系列芯片组成稳压电压所需的外围器件比较少,电路内部还有过流,过热和调整管的保护电路,使用起来可靠方便,而且78XX系列芯片价格便宜,芯片耐久可用不易烧坏。图4 78XX系统芯片实物图78XX系列芯片在使用过程中,要求输入电压U1比输出电压U0大2-3V,芯片前面并入电容来消除输入端接线较长时的电感效应,以防止自激振荡,还可减小输入端的高频脉冲干扰。5V电源端采用7805芯片,12V电源端采用7812芯片,通过的最大电流都为1
10、A。由于集成稳压芯片在温度上升时稳压性能变差,甚至烧坏,所以芯片上面要接足够大的散热器,如果是小功率工作可以不用。1.6 发光二极管电路发光二极管可以起到电源指示的作用,将发光二极管串联进电路中。发光二极管正常工作电流为5mA-10mA,压降为1-2V。可在可调电压部分发光二极管后串联2K电阻,5V电源部分发光二极管后串联0.5K电阻,12V电源部分发光二极管后串联1K电阻。 图5 直流稳压电源部分电路原理图第2章 测量电路的设计2.1设计要求 可以显示0-20V的电压值 显示器可以是LCD也可以是LED 测量精度达0.1V 测量系统具备复位功能2.2设计思路测量电路部分由单片机,A/D转换电
11、路,LCD显示电路组成。单片机控制TLC549芯片采集电压在LCD显示屏显示电压数值。2.3.主要元件介绍 2.3.1 STC89C52功能介绍STC89C52系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机,它具有较大的程序存储空间,并且其数据存储空间也能够满足用户的需要,它还易于实现功能拓展,AT89S52 支持串口直接下载程序,这就省去了专用的程序焼写器,从而提高了它的性价比。STC89C52系列单片机与AT89C52相比,增加了一些新的功能,且价格更便宜,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择,最新的D版本内部集成专用复位电路,内部有EEPROM,可以在程序中修
12、改,断电不丢失,还增加了两级中断优先级。【6】图6 STC89C52引脚图图7 STC89C52实物图 2.3.2 TLC549引脚及功能介绍 TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片,可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路,转换时间最长17s,TLC549允许的最高转换速率为40000次/s。总失调误差最大为0.5LSB,典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入,抗干扰,可按比例量程校准转换范围,VREF-接地,VREF+VREF-1V,可用于较小信号的采样。TLC549是8位开关电容
13、逐次逼近模数转换器,有8根引脚,引脚的功能简要说明如下:(1)电源引脚Vcc,8脚:正电源端,一般接+ 5V 。GND ,4 脚:地,REF + ,1 脚: 正基准电压端, 一般接+5V REF-,3脚:负基准电压端,一般接地。(2)控制引脚Cs,5脚:片选端, 由高到低有效, 由外部输入。I/ O CLOCK,7 脚:控制输入输出的时钟,由外部输入。(3)模拟输入引脚AIN,2脚:输入电压范围:0.3V-5V+0.3V(4)转换数据输出引脚DATE OUT,6脚:A/D转换结果输出的3 态串行输出端。图8 TLC549的引脚图2.3.3 LCD1602引脚及功能介绍(1)1602LCD主要技
14、术参数:显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm(2)引脚功能说明:LCD1602采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如下所示:第1脚:VSS为电源地。第2脚:VDD接5V正电源。第3脚:VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚:RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚:R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写
15、操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。第714脚:D0D7为8位双向数据线。第15脚:背光源正极。第16脚:背光源负极。图9 lcd1602实物图2.4 A/D转换原理A/D转换电路由集成电路TLC549及一些外围电路组成,TLC549有片内系统时钟,该时钟与I/O CLOCK是独立工作的,无须特殊的速度或相位匹配。当片选CS为高时, 数据输出(DATA OUT)端口处于高阻状态, 此时I/O CLOCK不起作用。
16、这种片选CS控制作用允许在同时使用多片TLC549时,共用I/O CLOCK, 以减少多路(片) A/D并用时的I/O控制端口。一组通常的控制时序为:(1)将片选CS 置低。 内部电路在测得片选CS 下降沿后,再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后,然后确认这一变化,最后自动将前一次转换结果的最高位(D7)位输出到DATA OUT端上。【11】(2)前四I/O CLOCK 周期的下降沿依次移出第2,3,4位和第5个位(D6、D5、D4、D3), 片上采样保持电路在第4个I/O CLOCK下降沿到来时开始采样模拟输入。(3)接下来的3个I/O CLOCK 周期的下降沿将移出第6、7、8个转换位。
17、(4)最后,片上采样保持电路在第8个 I/O CLOCK 周期的下降沿将移出第6、7、8个转换位。 保持功能将持续4个内部时钟周期, 然后开始进行32个内部时钟周期的A/D转换。第8个I/O CLOCK 后,片选CS必须为高, 或 I/O CLOCK保持低电平, 这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。如果片选CS为低时I/O CLOCK上出现一个有效干扰脉冲,则微处理器/控制器将与器件的I/O 时序失去同步;若片选CS为高时出现一次有效低电平,则将使引脚重新初始化,从而脱离原转换过程。【7】2.5电路设计测量电路选用STC89C52单片机进行控制,LCD1602显示
18、数码输出口接单片机P0口,LCD1602液晶接口接P2.5,P2.6,P2.7。TLC549时钟接P2.4,数据输出接P2.3,片选接P2.2。单片机采用前面稳压输出5V电源进行供电。 图10 电路原理图2.6 性能分析由于单片机为8位处理器,输入电压为+5V时,输出数据为255FFH,可以计算出单片机的最小分辨率为0.02V,又因为本测量电路需测量0-20V电压,所以显示最小分辨率为0.08V。TLC549是8位A/D转换器,满足需求,所以采用TLC549芯片。【8】测量值一般都会与实际值有偏差,这可以通过校正TLC549的基准电压来解决,稳压输出5V电源端不一定是准的5V电压,存在一定偏差
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