数控直流稳压电源设计.doc
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1、智控直流稳压电源学 院:电子与信息学院 专 业:信息工程 目 录目录 2要求 3摘要 4Abstract . 4第一章 总论 51.1 作品介绍. 51.2方案论证及比较. 6 稳压部分方案的选择 6变压器的选择.7 稳压电路元件的选择.8 运放的选择.8 调整管的选择.8 分压电阻的选择.8主控芯片的选择.8系统供电的选择.8 LM324供电方式的选择.9 运放电源的选择.9 控制部分的电源选择.9键盘设计的选择.9显示模块的选择.10第二章 硬件电路模块详细设计.102.1主电源部分的总体设计.102.2整流滤波电路的设计.102.3控制部分的整体设计.11矩阵键盘详细设计.11红外遥控的
2、详细设计.12掉电保护的详细设计. 12显示电路的详细设计.13声光报警的详细设计.13PWM电路.14第三章 系统软件设计. 153.1矩阵键盘及键盘锁定. 153.2红外编码.16红外信号传送原理.16红外编码方式.16单片机实现红外线解码.173.3掉电保护.183.4显示模块.193.5 声光报警.203.6 PWM.213.7 中断流程图.223.8 主程序流程.23第四章 系统测试.244.1步进输出电压的测量 .244.2设定输出电压测试.254.3带负载后输出电压测试.254.4掉电保护测量. 264.5红外遥控测试. 274.6按键及1602显示测试. 27附录1参考文献和资
3、料.282总原理图.283作品照片.294源代码.30数控直流稳压电源一、 设计任务设计并制作一个直流可调稳压电源。二、 设计要求1、基本要求:1) 当输入交流电压为220v10%时,输出电压在3-13v可调;2) 额定电流为0.5A,且纹波不大于10mV;3) 使用按键设定电压,同时具有常用电平快速切换功能(3v、5v、6v、9v、12v),设定后按键可锁定,防止误触;4) 显示设定电压和测量电压,显示精度为0.01v。2、扩展要求:1) 输出电压在0-13v连续可调;2) 额定电流为1A,且纹波不大于1mV;3) 掉电后可记忆上次的设定值;4) 两级过流保护功能,当电流超过额定值的20%达
4、5秒时,电路作断开操作;当电流超过额定值的50%时,电路立即断开。具有光提示(如LED);5) 其他创新。摘要: 本系统由整流滤波的串联型稳压电路模块、AVR单片机控制模块、选择模式的按键模块、红外遥控模块、掉电保护模块、过流保护模块、电压电流显示模块,共7个模块组成。 利用AVR的定时计数器输出占空比可以改变的PWM信号,通过改变占空比来调节运放的同相输入端的参考电压,输出不同的电压。 掉电保护接到单片机的外部中断INT0,使系统在掉电前能够将数据保存好,增加了系统的稳定性。在调节模式上我们采取按键控制和远程遥控控制。红外接在单片机外部中断的INT1,按键则采取快速扫描的办法,从而使输出电压
5、工作在以下模式:设定3V、设定5V、设定6V、设定9V、设定12V、步进0.01V、递减0.01V、步进0.1V、递减0.01V、步进0.5V、递减0.5V。为了防止误触,还添加了锁定按键。在过流保护上,我们完全采用软件控制,直接控制参考电压,从而控制输出电压,节省了硬件。在显示上我们采取常用的1602液晶显示,同时显示电流和电压。 本系统功能齐全,不但完成了所有的基本功能和发挥功能,还添加了新的功能,并且具有友好的人机界面,使用方便。Abstract: This system consists of five units : serial voltage regulator,AVR MCU
6、unit , key uint for mode choices , IR mode unit , Power-down protection unit,Over-current protection unit, display unit . Here we apply AVR MCUs PWM signal , whose duty-cycle can be changed. Output Voltage will be controled by changing the duty-cycle. Power-down protection is connected to the ports
7、INT0,which can make the system protect the data in good. It can improve the stability of the system. We have taken in regulating the mode button on the remote control and remote control .IR is connected to the ports INT1, Key is to take a quick scan approach ,which can change the motors working situ
8、ation. So the fans can works under the following elevle modes: Set 3V mode , Set 5V mode , Set 6V mode , Set 9V mode , Set 12V mode , Step 0.01V , Decreasing 0.01V ,Step 0.1V , Decreasing 0.1V ,Step 0.5V , Decreasing 0.5V .Besides, In order to prevent inadvertently, also added a lock button. In the
9、over-current protection, we have full use of software control, direct control of the reference voltage to control the output voltage, less hardware. In the show, we take common LCD 1602, also shows current and voltage. This system fully functional, not only completed all the basic features and funct
10、ion, but also adds new features, and has a friendly interface, easy to use.第一章 总论11 作品介绍本系统由整流滤波的串联型稳压电路模块、AVR单片机控制模块、选择模式的按键模块、红外遥控模块、掉电保护模块、过流保护模块、电压电流显示模块,共7个模块组成。其中每个模块内部又由一些更具体的功能单元或微控制部分组成。系统的主要特色有:1、 功能模式化: 模式1:设定3V 模式2:设定5V 模式3:设定6V 模式4:设定9V 模式5:设定12V 模式6:步进0.01V 模式7:递减0.01V 模式8:步进0. 1V 模式9:
11、递减0.1V 模式10:步进0.5V 模式11:递减0.5V 模式12:锁定 另外,加上红外功能和1602显示界面,使系统更人性化。将各种功能模式化,有机统一起来2、 AVR单片机协调和控制各个模块单元:3、 丰富友好的人机交界面: 1602显示当前的电流和电压值 过流时蜂鸣器和发光二极管报警4、 高效的软件算法: 功能模式化,程序函数化、模块化 每个功能用相应的函数来实现,形成自上而下的结构,增加可读性和可移植性5、 充分考虑系统的稳定性 单片机部分参照ALmega提供的EMC手册 电源接大滤波电容、小瓷片电容滤掉高频 红外部分接上防干扰电容6、 良好的PCB工艺: 良好的元件布局:数字模块
12、和模拟模块分离 变压器电源部分模块远离单片机 良好的布线:单点着地减少模块间的干扰大线宽提高稳定性减少布线的环路面积12方案论证与比较 下面就总体方案和子系统方案进行论证与比较,从而得出可靠的方案。1.2.1稳压部分方案的选择: 方案一:采用LM317,其输出电压至少为1.25V,所以采用外接偏压电路,使采用输出电压从零调起。(1) 采用恒流源,通过电阻产生负的偏置电压。通过二极管D,使Q1的基极电压为-0.7V,从而通过调节R5来改变射级电流,继而改变集电极电流,从而使R4上有从上到下的电流流过,通过R3、R4、R5的配合,使LM317的调整端电位为-1.25V,则输出即可从零起调。 (2)
13、通过运放的的负反馈产生的电流来产生负的偏置电压。 利用单片机的PWM产生方波,通过调节占空比,经过整流滤波来输出不同的电压值给同相输入端,从而使反相输入端的电压值也不同。则通过R18、R19的电流也不同,通过逐渐调节此电流,使输出电压也逐渐变化。方案二:采用串联型稳压电路,通过PWM的方波来控制输出电压。 利用单片机产生PWM方波,通过调节占空比使输出电压逐渐变化,从而使LM324的同相输入端电压不断变化,所以其反相输入端的电压也逐渐变化。利用分压原理,其输出的电压也是逐渐变化的,并且满足线性关系。方案比较:方案一(1):所用元件少,价格低廉,稳定性也比较好,但是其调节比较困难,电阻之间的协调
14、比较麻烦,而且不利于与软件结合。 方案一(2):很好地利用了软件控制方法,但是LM317的温漂难以抑制,而且其输出与同相输入端的电压不成比例,不利于智能控制。 方案二:采用功能强大的AVR单片机Atmega16对电路进行智能控制,与软件很好地结合起来。采用串联型稳压电路,当电阻选定以后能够很好地抑制温漂,并且减少误差。而且其输出与运放的同乡输入端的电压成正比,易于按键控制。 通过对比,很明显方案二无论是在稳定性上还是准确度上还是智能性上都优于方案一,故选择方案二。1.2.2变压器的选择 题目要求额定电流为1A,故变压器的输出电流至少要为1A,考虑到要留有余量,应大于1A。而稳压输出电压的最大值
15、要求是13V,故其变压器电压应大于12V,再结合运放的供电,我们选择15V的变压器。为了系统的散热,我们加了一个风扇上去,其会消耗一定的电压。所以其额定功率至少要为二十几瓦,但是市场上没有15V、二十几瓦的变压器,所以我们选择15V/40W的变压器。1.2.3 稳压电路元件的选择 (1)运放的选择 LM324的电源电压范围宽,静态功耗小,共模抑制比高,价格低廉,是各方面性能都比较好的一种运放,所以我们选用LM324. (2)调整管的选择方案一:9013 方案二:8050 方案二:TIP41 方案比较:9013属于低功率三极管,最大电流比较小,一般为0.1A,放大倍数约为150倍。8050三极管
16、为中功率三极管,最大工作电流1.2A,放大倍数一般为几十倍。TIP41是大功率三极管,最大输出电流大于1.5A,但是其驱动需要一个比较大的电流,故我们接两个调整管。第一个为9013,其用来放大电流并驱动TIP41,第二个为TIP41。 (3)分压电阻的选择 分压电阻既要起到分压的作用,又要不影响后面的电流和电压输出,故采用大的电阻。但是电阻如果过大,比如兆级的电阻,其稳定性不好,会有很大的波动,这会给后面的AD转换显示带来很大的误差。故我们选用510K和150K的电阻来分压。1.2.4 主控芯片的选择 方案一:采用AT89S52单片机作为主控芯片。优点:AT89S52作为一种比较成熟的单片机型
17、号,广范应用于各领域技术比较熟练,价格相对便宜。缺点:其内部集成资源偏少,功能不够强大,中断源和定时器较少,且没有PWM可调占空比波形输出。方案二:采用Amega16单片机作为主控芯片。优点:AVR是51的升级版。Amega16单片机功能强、高速度是其主要的优点,内部集成了较多的中断源和定时器资源及EEPROM的优点,多种模式的PWM波形输出,很好地满足了本系统设计的要求。缺点:价格较AT89S52单片机高。考虑到以上两种方案的优缺点,因本系统对单片机内部硬件资源的要求比较高,需要采用高速和功能强大的单片机型号。经比较,我们采用了方案二。1.2.5 系统供电的选择 我们选择输出电压为15V的变
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