【導(dǎo)讀】交流穩(wěn)壓電源能為負載提供穩(wěn)定交流電源的電子裝置。供電系統(tǒng)存在電力欠缺、電網(wǎng)不盡合理等問題。這一切都會導(dǎo)致用電設(shè)備出現(xiàn)工。作不正常、精度下降等問題，甚至造成意外的損壞。交流供電品質(zhì)的改善成了保。證系統(tǒng)正常工作的前提。針對目前交流穩(wěn)壓電源的不足。本文設(shè)計的交流穩(wěn)壓電源具有設(shè)計出一種以。維護、工作可靠、噪音低、抗干擾能力強、并具有延時、過壓、欠壓保護功能。

　　

【正文】 保護電路原理 保護電路原理，如圖 所示。圖中， IC1 是過壓保護比較放大電路， IC2是久壓比較放大電路， T 與 HA, J, LED 是共用的驅(qū)動執(zhí)行電路。交流輸入電壓在額定范圍之內(nèi)時， T 不動作。 當(dāng)輸入電壓高于過壓保 護設(shè)定值時，取樣電壓高于基準(zhǔn)電壓，它接至 IC1的同相輸入端與接在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓進行比較放大后， IC1 輸出為正電平，使 T 導(dǎo)通， J 吸合，其動斷觸頭斷開而切斷輸出。一旦輸出電壓低于過壓保景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 護設(shè)定值時，取樣電莊低于基準(zhǔn)電壓， IC1 輸出為零電平， T 截止， J 釋放，其動斷觸頭復(fù)原，從而使電源恢復(fù)正常的輸出。 輸入電壓 UI經(jīng)變壓器 TC的 N22 繞組， D1D4整流，由電位器 RP1 設(shè)定輸入電壓的上限值，對應(yīng)的電平送至比較器 IC1 的同相端 。由 R5,R6 給 IC1 的反相端設(shè)定基準(zhǔn)電壓。當(dāng)輸入電壓 UI 經(jīng) RP1 形成的反饋電壓 高于基準(zhǔn)電壓時， IC1 輸出正電壓擴晶體管 T導(dǎo)通，繼電器 J 吸合，斷開輸出電路。這時，二極管 LED(紅色 )發(fā)光報警，同時，蜂鳴器 HA 發(fā)出聲音。這時輸出電壓為零，從而防止用電設(shè)備因過壓而攝壞。 由 R7 與 Dz構(gòu)成的二次穩(wěn)壓電路，作為基準(zhǔn)電源。 Dz 選用 DW231，它是帶盤度補償型的精密穩(wěn)壓二極管，主要技術(shù)參數(shù)為 *動態(tài)電阻 Rzl0,電壓溫度系數(shù)Ctv 5*1000000/℃，穩(wěn)定電壓值 Uz =6V，最大穩(wěn)定電流 Izm=,穩(wěn)定工作電流 Iw=。 欠壓保護電路的工作原理與過壓保護相同，只是取樣電壓接至 IC2的反相輸入端，基準(zhǔn)電壓接至同相輸入端，以達到輸出電壓低于欠壓保護設(shè)定值時，使 IC2 輸出為正電平，使 T 導(dǎo)通， J吸合，切斷輸出電壓，從而達到欠壓保護的目的。 過 ,欠壓保護電路的比較放大器分別由 LM324 中的單個運放構(gòu)成?？刂朴美^電器 J 用 JTX 型，線圈工作電壓 12V，線圈電阻 150，觸頭負載 3*5A,本文將三組觸頭并聯(lián)使用。 T選擇 3D325,二極管 D 為 T 的保護二極管，選用 ZCK 型小功率開關(guān)二極管，其反何擊穿電壓大于 2 倍工作電壓。 圖 保護電路 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 輔助直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 +5V 直流 穩(wěn)壓電源 圖 +5伏輸出的直流穩(wěn)壓電源，從圖可見，穩(wěn)壓電源由整流變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓器等環(huán)節(jié)組成。 +12 直流穩(wěn)壓電源 一般應(yīng)用線性集成運算放大器的場合都需要使用 12 伏雙路直流穩(wěn)壓電源。圖 7812的 12 伏穩(wěn)壓電源。 由于 12V， 5V電源的功耗都很小，可以考慮采用串聯(lián)的形式，即 12V電源的輸出作為 5V電源的輸入。這樣對變壓器的要求較小，可以與采樣變壓器合二為一！ 圖 直流穩(wěn)壓電源電路 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 4 單片機系 統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)控制功能需要整個軟件可分為啟動程序，初始化程序，中斷程序和主程序幾部分。 主程流程圖 啟動程序在合適的條件下進入主程序，所以主程序的開始就是啟動程序的接續(xù)，另外，主程序中增加了一部分關(guān)干 CTC0 的操作，這就是在初始化程序中提到的利用 CTC0 定時中斷進行抗干擾的具體實現(xiàn)。 圖 主程序流程圖 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 兩段時間延時的作用是 :Td 為觸發(fā)延時，可防止雙向晶閘管在切換過程中已通管未截止而待通管提前導(dǎo)通所造成的環(huán)流現(xiàn)象。本指令的存在，使得在切換過程中，對待觸發(fā)晶閘管的觸發(fā) 脈沖進行暫時封鎖，封鎖時間就是 Td。 Tg 的設(shè)置，確定了切換的最小時間間隔，解決了頻繁切換所造成的輸出電壓變化可能過于劇烈的問題。這樣雖然延長了調(diào)整時間，但可使輸出電壓變化更加平緩，有利于用電設(shè)備的安全。 采樣子程序流程圖 其流程圖如圖 所示，子程序清單如下 : 圖 采樣子程序流程圖 SAMP:MOV Ro， 2CH。采樣值始址送 Ro MOV R2,03H。 采樣次數(shù)初值送 R2 MOV DPTR,03F8H SAMP:MOV DPTR, A。 啟動 ADC0809 工作 MOV R3， 20H。 DLY: DJNZ R3， DLY。延時 HERE:JB ， HERE。等待 AD 完成 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 MOVX A, @DPTR。采樣值送 A MOV @Ro, A。存放采樣值 INC Ro DJNZ R2， SAM 1。若采樣未完，則 SAM1 RET 。若 已采樣完，則返回 數(shù)字濾波程序流程圖 用于濾除來自控制現(xiàn)場對采樣值的干擾。數(shù)字濾波程序的算法頗多，中值濾波法是其中一種。它是由涂基于 1971 年發(fā)明的一種非線性處 理方法。由于它在實際運算過程中，使用起來比較方便，因而得到非常廣泛的應(yīng)用 [2l]。本文采用了中值濾波法。中值濾波法原理很簡單，只需對 ZCH、 ZDH和 ZEH 中的三次采樣值進行比較，取中間值存放到 ZAH 單元內(nèi)，以作為數(shù)據(jù)比較處理時使用。 圖 為中值濾波程序框圖： 圖 數(shù)字濾波流程圖 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 電壓采樣電路 ADC0809 的特性 選用不同分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器將直接影響對模擬量的近似程度，進而影響測量值的 準(zhǔn) 確性。理論上應(yīng)選用高分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器，因為分辨率越高，可能產(chǎn)生的量 化誤差越小。 對 A/D 轉(zhuǎn)換器位數(shù)的另一點考慮，是因為本文采用的微處理機是 8位的，采用 8 位以下的 A/D 轉(zhuǎn)換器，其接口電路最簡單。因為絕大部分 A/D 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出都具 TTL 電平，而且數(shù)據(jù)輸出寄存器具有可控三態(tài)輸出功能，可以直接掛在數(shù)據(jù)總線上。如果采用 8位以上的轉(zhuǎn)換器，就要加緩沖器接口，數(shù)據(jù)要分兩次讀出。 所以，在實際設(shè)計中，考慮到系統(tǒng)的性能要求應(yīng)該選用 8 位分辨率以上的A/D 轉(zhuǎn)換器。最后選用了 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度高于系統(tǒng)的總體精度。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器的電路原 理圖，如圖 。其主要原理為 :將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號 Uin 與一個推測信號 Ui 相比較，根據(jù)推測信號大于還是小于輸入信號來決定增大還是減小該推測信號，以便向模擬輸入信號逼近。推測信號由 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出獲得，當(dāng)推測信號與模擬信號相等時，向D/A 轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字就是對應(yīng)模擬輸入量的數(shù)字量。其推測值的算法如下 :使二進制計數(shù)器中 (輸出鎖存器 )的每一位從最高位起依次置 l 每接一位時，都要進行測試。若模擬輸入信號 Uin 小于推測信號 Ui，則比較器輸出為零，并使該位清零 。若模擬輸入信號 Uin 大于推測信號 Ui，比較器輸出 為 1，并使該位保持為19無論哪種情況，均應(yīng)繼續(xù)比較下一位，直到最末位為止。此時， D/A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入即為對應(yīng)模擬輸入信號的數(shù)字量。將此數(shù)字量輸出，就完成了入。轉(zhuǎn)換過程。 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 A/D轉(zhuǎn)換器電路原理圖 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能 片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 路模擬多路開關(guān)，可對 8 路 05V 的輸入模擬電壓信號分時進儲換，片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器、 256R 電阻 T型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器 SAR、控制與時序電路等。輸出具有 TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機 數(shù)據(jù)總線上。 ①主要指標(biāo) 分辨率為 8位 。 最大不可調(diào)誤差小于士 1LSB。 單 +5V 供電，模擬輸入范圍為 05V。 具有鎖存控制的 8 路模擬形狀 : 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與， TTL 兼容 。 功耗為 15mw。 不必進行零點和滿度調(diào)整 。 轉(zhuǎn)換速度取決于芯片的時鐘頻率。時鐘頻率范圍 :101280kHz，當(dāng) CLK =5OOkHz時，轉(zhuǎn)換速度為 128us。 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) ②引腳 ADC0809 采用 DIP 雙列直插式封裝，共有 28個引腳。 1) IN0IN7(8 條 ) 用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓 。 2)地址輸入和控制 ((4 條 ) ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 為高電平時， ADDA,ADDB 和 ADDC三條地址線上的地址信號得以鎖存，經(jīng)譯碼后控制八路模擬開關(guān)工作。 ADDA, ADDB 和 ADDC:地址輸入線，用于選擇 IN0IN7,加哪一路模擬電壓送給比較器進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 3)數(shù)字量輸出及控制線 (11 條 )START:“啟動輸入脈沖”輸入線，該線上正脈沖由 CPET 送來，寬度應(yīng)大于 00ns，上升沿清零 SAR，下降沿啟動 ADC 工作。 EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示 A心轉(zhuǎn)換己結(jié)束，數(shù) 字量已鎖入“三寄輸出批存器”。 4)電源線及其它 (5 條 ) CLK:時鐘輸入線，用于為 ADC0809 提供逐次比較所需的 64OKHz 時鐘脈沖序列。 VCC: +5V 電源輸入線。 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 GND:地線。 REF(十 )和 REF():參考電壓輸入線，用于給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。一般 REF(+)與 Vcc 連接， REF()接地。 (3) ADC0809 與單片機的接口設(shè)計 本文采用的硬件接口是查詢方式，如圖 所示。 鎖存端 LE 由高變低時，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 LE 端再次有效。 74LS273 是 8D 觸發(fā)器，當(dāng) CLK 端上升沿到來時，將 D 端的數(shù)據(jù)鎖存。 CLR 為低電平時被清 0。作為地址鎖存器使用，可將 ALE 反相接 CLK 端， CLR 接 +5V。 圖 ADC0809接口電路 下面程序是采用查詢方法，對模擬信號采樣一次，并依次把結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲區(qū)的采樣轉(zhuǎn)換程序。 MAIN: MOV Rl,data。置數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV DPTR,7FF8H。=0，且指向通道 0 MOV R7,03H。置通道數(shù) LOOP:MOVX @PTR,A。啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 MOV R6,OAH。軟件延時 DLAY:NOP 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 NOP NOP NOP DJNZ R6,DLAY MOVX A @DPTR 。讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV @R1,A。存儲數(shù)據(jù) INC DPTR。指向下一個通道 INC Rl。修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7,LOOP。 采樣電路 如圖 ，輸入電壓 U1經(jīng)采樣變壓器 TC降壓后，通過繞組送至由 D1D4，及 C1 組成的整流濾波電路，經(jīng)過 C1,R1 濾波后輸出端經(jīng)電位器 RP2 調(diào)整，輸出到 ADC0809 的信號輸入端。 ADC0809 的參考電壓為 5V，則可以考慮當(dāng)變壓器輸入電壓為 255V 時，調(diào)整 R 的輸出為 5V，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號為 11111111（ 255），這樣 0~255V就與 0~255（ 00000000~11111111）一一對應(yīng)。 圖 采樣電路圖 系統(tǒng)控制電路 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外