【正文】 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院題 目： 基于單片機(jī)的直流可調(diào)電源的設(shè)計(jì)系部名稱： 航空電子電氣工程系 專業(yè)班級： 電 氣0902班 學(xué)生姓名：王中林 學(xué) 號： 200900012037 指導(dǎo)教師： 周彩霞 教師職稱： 講 師 2012年 5月 20日摘 要隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,直流電源應(yīng)用非常廣泛,其好壞直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能,目前,市場上各直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同，主要都包括交流電源、交流變壓器(有時可以不用)、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等。因此對穩(wěn)壓直流電源的工作原理的理解非常必要。本文運(yùn)用了將單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于開關(guān)穩(wěn)壓電源的方法和原理，提出的開關(guān)電源可調(diào)穩(wěn)壓輸出的觀點(diǎn)。認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的數(shù)控調(diào)節(jié)，并通過分析穩(wěn)壓工作原理、電壓調(diào)節(jié)方法、AD芯片和單片機(jī)的工作原理，使輸出電壓下實(shí)現(xiàn)了0V~18V步進(jìn)調(diào)節(jié)并具有“+”、“”步進(jìn)調(diào)節(jié)。經(jīng)過調(diào)節(jié)的電源電壓進(jìn)過A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理，用相應(yīng)的顯示設(shè)備直觀的顯示出來，最終得出了直流開關(guān)電源在單片機(jī)的控制下能夠輸出穩(wěn)定的、可調(diào)的直流電壓的結(jié)論。該可調(diào)穩(wěn)壓電源不僅具有開關(guān)電源體積小，損耗低，效率高的優(yōu)點(diǎn)，還具有線性電源輸出電壓紋波小，輸出特性好的優(yōu)點(diǎn)。并且引入單片機(jī)控制，使其在功能上具有一定智能化，能夠滿足一般低限度場合的供電需要。具有一定的的研究意義及實(shí)用價值。關(guān)鍵字: 穩(wěn)壓電源，單片機(jī)，AD芯片AbstractWith the rapid development of electronic technology, the DC power supply is widely used, its quality directly affects the electrical device or control the working performance of the system, at present, the market of the direct current power supply the basic link of roughly the same, mainly includes the AC power, the AC transformer ( sometimes can not), a rectification circuit, a filtering voltage stabilizing circuit. So the regulated DC power supply, the working principle of the understanding is necessary.This paper discusses the application of the single chip microputer control system applied in switching power supply method and principle, put forward switching power supply adjustable voltage regulator output point of view. That can realize switching power supply control regulation, and through the analysis of the working principle of voltage, voltage regulation method, A / D chip and the principle, so that the output voltage to achieve ~ 15V step regulator. Finally draw the conclusion that the DC switching power supply under the control of singlechip microputer can output stable, adjustable DC voltage to the conclusion.The adjustable regulated power supply not only has the switching power supply has the advantages of small volume, low loss, also has the advantages of small output ripple voltage of linear power supply, output characteristics of good advantages. And the introduction of SCM control, its function has certain intelligence, can satisfy the general low limit the power needs of occasions. Has certain research value and practical significance.Keywords: Regulated Power Supply SCM A/D Chip目錄摘 要 2Abstract 3目錄 4第1章 緒論 6 穩(wěn)壓電源的發(fā)展和現(xiàn)狀 6 線性穩(wěn)壓電源 6 開關(guān)穩(wěn)壓電源 7 穩(wěn)壓電源的應(yīng)用 7第2章 電源設(shè)計(jì)方案論證 9 設(shè)計(jì)方案的分析 9 9 10 方案選擇 11第3章 電源系統(tǒng)硬件介紹 12 AT89S52單片機(jī)的介紹 12 13 13 控制或與其他電源復(fù)用引腳RST，ALE,VPP 13 輸入/輸出引腳 14 AT89S52內(nèi)部電路框圖 15 數(shù)碼管顯示 16 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理 16 數(shù)碼管顯示方式 18 TLC1543AD轉(zhuǎn)換芯片 19 TLC1543芯片的工作時序 20 TLC1543的軟硬設(shè)計(jì)要點(diǎn) 21 TLC1543芯片的應(yīng)用 22 TIP41芯片 22 DAC0832轉(zhuǎn)換芯片 23 DAC0832引腳功能說明 23 D/A轉(zhuǎn)換原理 25 D/A轉(zhuǎn)換器性能參數(shù) 28 DAC0832的工作方式 29第4章 電源硬件電路設(shè)計(jì) 30 30 31 系統(tǒng)電源模塊硬件電路設(shè)計(jì) 32 系統(tǒng)供電模塊電路設(shè)計(jì) 32 34 D／A轉(zhuǎn)換模塊 35 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 36 鍵盤電路設(shè)計(jì) 37 38 74LS373芯片 38 74ls138芯片 39 40 41 時鐘電路 42 硬件電路PCB圖 42 43第5章 電路軟件設(shè)計(jì) 44第6章電路板的焊接及調(diào)試 45 45 45結(jié) 論 47參考文獻(xiàn) 48致 謝 49附錄一 系統(tǒng)原理圖 50附錄2 程序源代碼 51第1章 緒論隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,直流電源應(yīng)用非常廣泛,其好壞直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高、效率低。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。 穩(wěn)壓電源的發(fā)展和現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們對如何提高電源的轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)對電網(wǎng)的適應(yīng)性，縮小體積，減輕重量進(jìn)入了深入的研究。開關(guān)電源應(yīng)運(yùn)而生。七十年代，便應(yīng)用于電視機(jī)的接收，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于彩電，錄像機(jī)，計(jì)算機(jī)，通訊設(shè)備，醫(yī)療器械，氣象等行業(yè)。其中電源是電子設(shè)備的心臟部分，其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性，而且電子設(shè)備的故障60%來自電源，因此作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)元件，電源受到越來越多的重視。現(xiàn)代電子設(shè)備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類。 線性穩(wěn)壓電源所謂線性穩(wěn)壓電源，是指在穩(wěn)壓電源電路中的調(diào)整管是工作在線性放大區(qū)。將220V、50Hz的工頻電壓經(jīng)過線性變壓器降壓以后，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓，輸出一個直流電壓。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點(diǎn)是：電源穩(wěn)定度及負(fù)載穩(wěn)定度較高；輸出紋波電壓??；瞬態(tài)響應(yīng)速度快；線路結(jié)構(gòu)簡單，便于維修；沒有開關(guān)干擾。缺點(diǎn)是：功耗大、效率低，其效率一般只有35~60%；體積大、質(zhì)量重、不能微小型化；必須有較大容量的濾波電容。其中，交換效率低下是線性穩(wěn)壓電源的重要缺點(diǎn)，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。在這種背景下，開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)運(yùn)而生。任何電子設(shè)備均需直流電源來供給電路工作。特別是采用電網(wǎng)供電的電子產(chǎn)品。為了適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動和電路的工作狀態(tài)變化，更需要具備適應(yīng)這種變化的直流穩(wěn)壓電源。 開關(guān)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，主要優(yōu)越性是交換效率可高達(dá)70~95%。開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性還體現(xiàn)在：功耗小、效率高。晶體管在激勵信號的激勵下，交替的工作在導(dǎo)通截止的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右。開關(guān)晶體管的功耗很小，電源的效率可以大幅度的提高，達(dá)到80%以上。體積小、重量輕。開關(guān)穩(wěn)壓電源里沒有采用笨重的工頻變壓器。調(diào)整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了較大的散熱片。而且穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來控制，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能保證有效的穩(wěn)定輸出電壓。開關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，靈活的選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源。電路形式靈活多樣。穩(wěn)壓電源的主要問題是電路比較復(fù)雜。輸出紋波電壓較高，瞬態(tài)響應(yīng)差，并且存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾。當(dāng)今，開關(guān)穩(wěn)壓電源的進(jìn)一步推廣應(yīng)用的困難是它的制作技術(shù)難度大，維修麻煩和成本較高。穩(wěn)壓電源的效率是與開關(guān)管的變換速度成正比的。開關(guān)穩(wěn)壓電源中采用了開關(guān)變壓器，使之由一組輸入，得到極性，大小各不相同的多組輸出。要進(jìn)一步提高效率，必須提高電源的工作頻率。但是，當(dāng)頻率提高以后，對整個電路元器件的要求，有了進(jìn)一步的提高。這是需要解決的第二個問題。工作在線性狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開關(guān)干擾，且紋波電壓輸出較小。但是，在開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和輸出電流會通過電路中的元器件產(chǎn)生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾。這些干擾會進(jìn)入市電電網(wǎng)，影響鄰近的電子設(shè)備的正常工作?？朔@一缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高它的使用范圍，是要解決的第三個問題。直流穩(wěn)壓電源是常用的電子設(shè)備，它能保證在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載發(fā)生變化時，輸出穩(wěn)定的電壓。一個低紋波、高精度的穩(wěn)壓源在儀器儀表、工業(yè)控制及測量領(lǐng)域中有著重要的實(shí)際應(yīng)用價值。本設(shè)計(jì)給出的穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍為0～18V，并具有+、步進(jìn)電壓調(diào)節(jié)功能。此外，還可用數(shù)碼管顯示器顯示其輸出電壓值。 穩(wěn)壓電源的應(yīng)用直流穩(wěn)壓電源已廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中(如電焊、電鍍或直流電機(jī)的調(diào)速等)，需要用到大量的電壓可調(diào)的直流電源，他們一般都要求有可以方便的調(diào)節(jié)電壓輸出的直流供電電源。目前，由于開關(guān)電源效率高，小型化等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源、晶閘管穩(wěn)壓電源逐步被直流開關(guān)穩(wěn)壓電源所取代。開關(guān)電源主要的控制方式是采用脈寬調(diào)制集成電路輸出PWM 脈沖控制電壓的輸出，采用模擬PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行脈寬調(diào)制，這種控制方式，存在一定的誤差和延滯性，而且電路比較復(fù)雜。本文設(shè)計(jì)了一種以高性能單片機(jī)為控制核心的輸出電壓大范圍連續(xù)可調(diào)的功率開關(guān)電源，由單片機(jī)和電源電壓調(diào)制電路產(chǎn)生PWM脈寬，對開關(guān)電源的主電路執(zhí)行數(shù)字控制，電路簡單，功能強(qiáng)大。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對學(xué)生在校所學(xué)的專業(yè)知識的運(yùn)用有很大的意義，不僅會加強(qiáng)我們的動手能力也是一次實(shí)踐，為以后走入社會奠定基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨(dú)立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。研究方法方面為日后的畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)主要適用于自動化、電氣工程及其自動化、測控與儀器等專業(yè)，要求學(xué)生們具備數(shù)字電路、模擬電路、電路基礎(chǔ)、自動控制、電力電子、 C語言、電氣控制相關(guān)課程的知識，并具備一些基本的實(shí)踐操作水平，為以后的就業(yè)打好一定的基礎(chǔ)。第2章 電源設(shè)計(jì)方案論證電源有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源，兩者有優(yōu)、缺點(diǎn)。前者穩(wěn)定度高、輸出電壓連續(xù)可調(diào)、輸出紋波?。蝗秉c(diǎn)是功耗大、效率低，為了解決散熱問題須加散熱片，增加了電源體積和重量。另外抗干擾能力較差。其原因是調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，管子集電極電流和管壓降都很大，耗散功率=很大。后者是利用晶體管工作在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時，管耗很小。開關(guān)電源指調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。因此開關(guān)電源效率高，小型化等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)方案的分析可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)可以通過幾種方法實(shí)現(xiàn)，根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，通過比較論證來確定我們到底要用哪個方案。采用模擬的分立元件，通過電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，電網(wǎng)供給的交流電壓u1（220V，50Hz）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓u2，在經(jīng)過穩(wěn)壓電路。實(shí)現(xiàn)線性穩(wěn)壓電源穩(wěn)定輸出正、負(fù)5V、15V等并能通過變阻器可調(diào)輸出0～18電壓，但由于模擬分立元件的分散性較大，各電阻電容之間的影響很大，因此所設(shè)計(jì)的指標(biāo)不高，而且使用的器件較多，連接復(fù)雜，體積較大，供耗也大，效率低等。給焊接帶來了麻煩，同時焊點(diǎn)和線路較多，使成品的穩(wěn)