自动化专业——毕业设计——数字可调稳压电源设计毕业论文.doc
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1、毕业设计报告(论文)题目: 数字可调稳压电源设计 所 属 系 电子工程系 专 业 自动化 学 号 XX 姓 名 XX 指导教师 XX 起讫日期 2010.3-2010.6 设计地点 东南大学 毕业设计报告(论文)诚信承诺本人承诺所呈交的毕业设计报告(论文)及取得的成果是在导师指导下完成,引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷,本人将承担一切责任。 学生签名:日 期东南大学毕业设计报告基于AT89C51单片机的数字可调稳压电源设计摘 要随着现代科技的发展,特别是自动化技术的发展,传统意义上许多由模拟电路或数字电路来实现的系统现在我们都可以用微控制器来实现。由于微控制器控制
2、功能强、市场需求大,因而反而价格低廉。这种设计理念正渐渐为人们所接受,并广泛的应用于各个领域。本系统以 AT89S52 单片机作为系统的核心,由D/A数字模拟转换模块、按键、LED显示等模块组成一个数控电源。该系统实现了 输入交流电压: 220V,输出直流电压:范围0 +24V,步进1V,纹波不大10mV;输出电流:500mA;输出电压值由数码管显示;由“”、“”两键控制输出电压步进增减 。输入模块的按键按下之后,对单片机就有了一个输入,单片机将输入的数字一方面给显示模块,让它们在数码管中显示出来;另一部分输给DAC0832,让它转化为模拟量电流输出,通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压,
3、这电压经过放大后控制ZTX45的控制端,从而实现输出电压的控制。关键词:AT89S52 单片机 数控电源 D/A 直流电源28Intelligent Water Level Detection Design System Based on AT89S52 MCUAbstractWith the development of modern science and technology, in particular the development of automation technology, many systems that is builded by analog circuits or
4、 digital circuits in traditional sense can be now achieved by using micro-controller. Microcontroller has a great advantage in control abilities. so it is easy to think that it has a strong market demand, these makes it more cheaper and then has a greater competitiveness compared to other design met
5、hods. This design concept was gradually accepted and widely used in various fields. The AT89S52 SCM is the heart of the NC Power, which is made up of Digital-analog converter module, key module and LED display module. The Output voltage of the system is between 0Vand +24V, Stepped by 1V, the ripple
6、is not more than 10mV, and the output current is 500mA, The value of Output voltage is displayed by Digital control, and the stepping change in output voltage is controlled by +and -keys. When you press the button of the input module, the SCM will have an input. On the one hand, the SCM transfers th
7、e figures into the display module, which display the figures, on the other hand, the SCM transfers the rest information into DAC0832, making it into a simulation of output current, By the operational amplifiers the simulation is changed into the appropriate voltage, which is used to control ZTX45-co
8、ntrol, so it is success in the control of output voltage.Keywords:AT89S52 monolithic integrated circuit;numerical control power source;D/A;direct-current power supply 目 录第一章 绪论11.1问提提出11.2选题背景和意义11.3调研报告11.4本文所作工作31.5本文结构安排3第二章 数字可调稳压电源总览及大体方案论证42.1设计软硬件要求42.2方案论证42.2.1方案一42.2.2方案二42.2.3方案比较52.3系统总体
9、结构62.4硬件方案设计62.4.1系统电源模块62.4.2控制器芯片62.4.3控制模块72.4.4显示模块72.5软件方案设计7第三章 数字稳压电源具体硬件设计83.1电压源电路的总设计思路83.2控制器部分83.3 数模转换部分113.4基准电压设定123.5放大器电路设计123.6按键电路部分133.7 LED显示部分133.8系统供电部分163.9硬件电路板实物照片18第四章 数字稳压电源设计过程194.1所用工具介绍194.1.1 Protel简介194.1.2 Protel99SE在仿真方面的特点194.1.3充分的仿真模型库204.2 Protel原理电路图设计204.2.1新
10、建原理图文件204.2.2绘制原理图204.3 PCB的制作234.4 PCB布线原则264.5 PCB板的抗干扰措施26致谢27参考文献(References)28第一章 绪 论1.1问提提出在现代家庭中各种电器的不断出现,并要求着各种不同值的电源出现,使得家庭购买不同值得电源。数字化的也更加贴近人们的生活,因为它更加的直观,易被接受,大家都开始追求数字化的各类电子产品。数控直流电源有着直观,易操作,各种电压集一身, 输出精度和稳定性都较高等优点,所以越来越受广大人们的喜爱。以后家里的电视遥控,电动玩具等都可以共用一个电源。1.2选题背景和意义数字式可调稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛
11、的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多,但均存在一个精确度问题:即输出电压是通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样,当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加,波段开关及电位器难免接触不良,对输出也会有影响。1.3调研报告电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技
12、术革命,给电力电子技术提供了广阔的发展前景,同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用,普通电源在工作时产生的误差,会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果,世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准,才能够进入市场。随着经济全球化的发展,满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的,期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里,数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因
13、此数控电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展,各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用,到90年代,己出现了数控精度达到0。05V的数控电源,功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上,数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面,几乎都为旋纽开关调节电压,调节精度不高,而且经常跳变,使用麻烦。数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的,数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数,有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性
14、等工程问题,极大地提高生产效率和产品的可维护性。电源采用数字控制,具有以下明显优点:(1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略,使电源模块的智能化程度更高,性能更完美。(2)控制灵活,系统升级方便,甚至可以在线修改控制算法,而不必改动硬件线路。(3)控制系统的可靠性提高,易于标准化,可以针对不同的系统(或不同型号的产品),采用统一的控制板,而只是对控制软件做一些调整即可。(4)系统维护方便,一旦出现故障,可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试,故障查询,历史记录查询,故障诊断,软件修复,甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过MODEM远程操作。(5)系统的一致性好
15、,成本低,生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异,所以,其一致性很好。由于采用软件控制,控制板的体积将大大减小,生产成本下降。(6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统,每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制,易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯),从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。在家用电器和其他各类电子设备中,通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中,都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器
16、用于滤去整流输出电压中的纹波,一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成,若由晶体管滤波器来替代,则可缩小直流电源的体积,减轻其重量,且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源,这既降低了家用电器的成本,又缩小了其体积,使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小。因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,特别是在一些高能物理领域,急需电脑
17、或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。国内外研究现状,从上世纪九十年代末起,随着对系统更高效率和更低功耗的需求,电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构,直流/直流电源行业正面临着新的挑战,即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。早在90年代中,半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术,而在当时,这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势,因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注,
18、电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。现今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。1.4本文所作工作本文针对数字稳压电源系统若干关键技术展开研究工作,主要集中在以下几个方面:(1)分析项目要求,介绍以低成本为核心指导思想的数字稳压电源系统的总体方案设计,系统的组成和工作原理,以及这些技术的应用对降低成本的作用。(2)系统的硬件设计,介绍主要硬件的选型及其主要特点,单片机接口电路的设计以及电路的总体设计等。(3)模块功能设计及实现,详
19、细介绍在数字稳压电源系统中应用到的各个模块的功能和应用方法,涉及到各个模块的功能和工作原理,数码显示管的应用以及按键等的实现。(4)系统的总体设计和主要程序模块,程序设计采用汇编语言和C语言模式,并将低成本高精度思想融入其中,介绍的程序模块包括:系统初始化程序,程序的主循环框架,校准程序,LED数码显示程序,并给出了程序的设计流程图和部分程序源代码。(5)总结数字稳压电源系统的设计,介绍了使用现状以及未来的改进和发展方向。1.5本文结构安排第一章 主要介绍数字稳压电源概况和基本原理及其项目的意义。第二章 简要介绍了数字稳压电源系统大体方案及论证。第三章 简要介绍了数字稳压电源的具体设计步骤。第
20、四章 详细介绍了硬件电路设计中,绘图软件ProtelSE99的使用。第二章 数字可调稳压电源总览及大体方案论证2.1设计软硬件要求设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数字可调稳压电源,基本要求如下:(1)完成主电路的设计和控制电路的设计;(2)输入交流电压220V,输出直流电压调节范围024V;(3)输出直流电压能步进调节,步进值为1V;(4)由“+”“-”两间分别控制输出电压步进增和减;(5)制作硬件电路板并调试。2.2方案论证概据课题要求,现拟定出两套方案,通过比较论证来确定我们到底要用哪个方案,分析如下:2.2.1方案一采用模拟的分立元件,通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路,实
21、现稳压电源稳定输出正、负5V、12V、15V并能可调输出024电压。如图一所示。 但由于模拟分立元件的分散性较大,各电阻电容之间的影响很大,因此所设计的指标不高,而且使用的器件较多,连接复杂,体积较大,供耗也大,给焊接带来了麻烦,同时焊点和线路较多,使成品的稳定性和精度也受到影响。方案一如图2-1所示:U4U0u4U3U2U1负载220V变压器整流电路滤波电路稳压电路输入图2-1 方案一示意图2.2.2方案二以一稳压电源为基础,以高性能单片机系统为控制核心,以稳压驱动放大电路、过流检测电路为外围的硬件系统,在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制,通过对稳压电源输出的电流、电压进行数据
22、采样与给定数据比较,从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的。采用单片机作为控制器的简易数控直流电源设计方案如图二所示。设计方案采用单片机作为控制器完成数控部分、键盘、显示器接口控制。输出部分采用DA0832与运算放大器UA741,输出电压波形由单片机的输出数据控制,不仅可以输出直流电平,而且只要预先生成波形的量化数据,就可以产生多种波形输出。利用软件和硬件结合的方法来设计稳压电源,其精度和稳定性都有所提高。方案二如图2-2所示:图2-2 方案二示意图2.2.3方案比较以上两种方案均可以达到输出稳压电源的要求。方案一:是利用纯硬件来实现其功能的,电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、
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