【正文】 ARM7畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用百例 [M].北京電子工業(yè)出版社2022 [9] 李海鯤 ,Proteus在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].電 腦知識(shí)與技術(shù) ,2022 年 35期 [10] 樓然苗 ,51單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例 [M].北京：北京航空航天技術(shù)出版社 ,2022 附錄 1 系統(tǒng)總圖 33 。從中能夠加強(qiáng)自我認(rèn)知，認(rèn)識(shí)到自己在哪方面有欠缺，一邊能在日后的學(xué)習(xí)或工作中得到改進(jìn)和提高。 通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到了很大的鞏固，也使我學(xué)習(xí)的各種知識(shí)得到了有機(jī)的整合，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)際的真正意義的結(jié)合。主要的原因是我們平常大多數(shù)時(shí)間是學(xué)習(xí)理論知識(shí)，很少機(jī)會(huì)自己動(dòng)手設(shè)計(jì)電路。本設(shè)計(jì)的輸出電壓精度比較高，而且輸出可調(diào)，可以作 實(shí)驗(yàn)電源使用。但是，經(jīng)過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)我對(duì)知識(shí)的掌握程度有了很大的提高，更是很好地培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力，使我獲益良多。 在此次數(shù)字顯示可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)中，充分的體現(xiàn)出大學(xué)的知識(shí)是綜合性的，是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力靈活運(yùn)用個(gè)方面知識(shí)的具有挑戰(zhàn)性的課題。 體會(huì) 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的奮斗，終于把我的畢 業(yè)設(shè)計(jì)完成了。 30 表 7 輸出電壓 12V時(shí)不同負(fù)載阻值下的電流數(shù)值 電 阻 (Ω) 電 流（ mA） 100 120 140 160 180 5 穩(wěn)壓直流電源的實(shí)物圖 通電后的工作情況 如圖 24所示，電路通電后正常工作，能實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的功能，而其輸出穩(wěn)定，數(shù)顯電壓表正常工作。 表 6 輸出電壓 9V時(shí)不同負(fù)載阻值下的電流數(shù)值 電 阻 (Ω) 電流（ mA） 100 120 140 160 180 將使電源的輸出為 12V，改變變阻器的阻值， 20Ω 為步進(jìn)，測(cè)出電流 的數(shù)值。 29 表 5 負(fù)載阻值 100Ω 時(shí)不同電壓下的電流數(shù)值 電壓（ V） 電流（ mA） 將使電源的輸出為 9V，改變變阻器的阻值， 20Ω 為步進(jìn)，測(cè)出電流 的數(shù)值 。 將變阻器的阻值調(diào)至 100Ω ，使電源的輸出為 5~12V， 1V為步進(jìn) ， 測(cè)出電流 的數(shù)值 。 紋波的示意圖如圖 19所示： 27 圖 19 紋波的示意圖 電源顯示 、 、 圖 2圖 2圖 23所示。 圖 18 測(cè)試數(shù)據(jù)的折線圖 2 紋波是一個(gè)直流電壓中的交流成分。其中系列 1為電源顯示數(shù)值，系列 2為萬(wàn)用表實(shí)測(cè)值 圖 17 測(cè)試數(shù)據(jù)的折線圖 1 26 示波器測(cè)試數(shù)據(jù)的折線圖如圖 18所示。 24 表 3 電源的測(cè)試數(shù)據(jù) 電源顯示數(shù)值（ V） 萬(wàn)用表實(shí)測(cè)值（ V） 最大值 Vmax（ V） 最小值 Vmin（ V） 峰 峰值 Vpp（ V） 600 400 400 400 400 400 400 400 600 400 400 400 400 400 400 400 400 600 600 600 隨機(jī)抽取的幾組數(shù)據(jù)如表 4所示。 4 穩(wěn)壓直流電源的測(cè)試 電源的輸出顯示精確度與紋波測(cè)試 測(cè)試方法為空載狀態(tài)下電源的輸出接萬(wàn)用表和示波器然后將電源的輸出顯示數(shù)值與萬(wàn)用表顯示數(shù)值相比較，在示波器上可以觀察到電源的紋波還有最大值、最小值和峰 峰值。 23 圖 16 單電源供電的 ICL7107 電路原理圖 經(jīng)過(guò)考慮，最終選擇了方案三，因?yàn)檫@樣做既節(jié)省成本，又方便焊接且滿足設(shè)計(jì)要求。這樣，在三極管的 “C” 極有放大的交流信號(hào)，把這個(gè)信號(hào)通過(guò) 2只 4u7電容和 2支 1N4148二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負(fù)電壓供給 ICL7107 的 26腳使用。 GNDVDD(5V)IN4148Diode10uFC110uFC212345678ICL7660GNDVO=5V 圖 15 ICL7660+5V轉(zhuǎn) 5V電路原理圖 這種方案也是比較常用的方案，但是缺點(diǎn)也是增加了電路成本。 ICL7660是哈里斯公司采用 CMOS工藝制成的高效率、小功率、低壓直流電源變換器，亦稱(chēng) DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器，國(guó) 產(chǎn)型號(hào)為 5G7660，它不僅能將單電源轉(zhuǎn)換成對(duì)稱(chēng)輸出的雙電源，還能通過(guò)幾片串聯(lián)方式獲得多倍壓輸出，其空 載時(shí)轉(zhuǎn)換效率高達(dá) %，帶負(fù)載后轉(zhuǎn)換效率仍可達(dá) 95%， ICL7660 本身耗電小于 ，卻能向負(fù)載提供 10~20mA 的電流，其外圍電路十分簡(jiǎn)單，只需接兩只電容即可工作。 T R 1T RA N 2 P 3 SC14 7 0 uC24 7 0 uC34 7 0 uC44 7 0 uB R 1K B P C 8 0 0VI2VO3GND1U17 9 0 5VI2VO3GND1U27 9 0 6 圖 14 正負(fù) 5V供電電源原理圖 這種電路時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的雙電源電路，能夠穩(wěn)定提供正負(fù) 5V的直流電壓，但是需要用到7805和 7905穩(wěn)壓模塊，增加了電路成本。 ICL7107 的供電電源 如圖 18所示， ICL7107 芯片需要 +5V和 5V的雙電源供電。這樣，校準(zhǔn)工作就算完 成了。 ICL7107 的校準(zhǔn) 首先，先校準(zhǔn)參考電壓，用萬(wàn)用表測(cè) IC的 35和 36之間的電壓，是否為 100mV，如不是，則需要調(diào)節(jié)電位器 R4使兩端電壓為 100mV。 R1選用 100KΩ的金屬膜電 21 阻， R2選用 2KΩ的多圈可調(diào)精密電阻， R3選用 24KΩ的金屬膜電阻， R4 選用 1KΩ的多圈可調(diào)精密電阻， R5選用 47KΩ的金屬膜電阻， R6選用 100KΩ的金屬膜電阻。 下面以 20V來(lái)進(jìn)行分壓電阻（ Rx）的計(jì)算，這里我們?cè)O(shè)定 R4形成的參考電壓為 100mV， R2為 1KΩ ，落在 R2上的電壓降為 2100mV = ， Rx計(jì)算如下：2 0 0 . 2 990 . 2x URkI ?? ? ? ? 為了方便電阻選擇，選用 100 KΩ 電阻，其誤差可通過(guò)調(diào)整 R2來(lái)彌補(bǔ)。 如果需要需要測(cè)量的電壓大于 200mV，就要通過(guò)分壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 R3用于電壓校準(zhǔn)。 參考電容 ： Cref 1uF C1為參考電容，我們?nèi)?。 積分時(shí)鐘頻率 ： Fclock = Fosc / 4 積分周期 ： Tint = 1000 (4/Fosc) = 1000 (4/48K) = s 滿量程模擬輸入電壓 ： Vinfs = 200mV (典型值 ) 最佳積分電流 ： Iint = 4uA 積分電壓 ： Vint = 2V 積分電阻 ： Rint = Vinfs / Iint = 200 mV/ 4uA = 50KΩ 積分電容 ： Cint = (Tint)(Iint) / Vint = 4uA / 2 = uF 所以， 27腳 C3取 ， 28的 R4取 47KΩ 。 振蕩器頻率 ： fosc = Cosc 50pF 20 Rosc 50KΩ fosc = 48K Hz (典型值 ) 振蕩周期 ： Tosc = RC/ 所以， 38腳的 C4取 100pF， 39腳的 R5取 100KΩ 。 參數(shù)的計(jì)算 系統(tǒng)時(shí)鐘由 IC的 3 3 40腳決定 。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)不需要用到 20V以上的電壓值，所以此數(shù)顯電壓表的量程為 。 19 圖 13 基于 ICl7107的數(shù)顯電壓顯示電路原理圖 ICL7107是一種內(nèi)置程序的芯片，所以可以直接使用，免去了編程的麻煩。ICL7107是應(yīng)用得比較成熟的芯片，二這種三位半的 ADC的顯示精度對(duì)于本設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠了。 這種方法具有精度高和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)而且功能強(qiáng)大，但是手工制作電路的話比較復(fù)雜，而且需要編程。 制作數(shù)字電壓表有很多種方法，現(xiàn)在市面上很多種芯片都可以用作數(shù)字電壓表的核心。數(shù)字電壓表（ Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱(chēng) DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流或交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。 l n( )cocR I R IRC RI? ??? 要使保護(hù)起到作用， uc4 (∞ )必須大于 ，即： 5 I? 顯示電路 在電量的測(cè)量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。電機(jī)短路或堵轉(zhuǎn)后，電流突然增大到短路電流 IS，電容 C4開(kāi)始充電。 根據(jù)圖 15，可得以下公式： 45 4 4 4()cR cduU R C udt? ? 5 4R Ri i i?? 由于 R4 R5，所以 iR5 iR5因此 i約等于 iR5。 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須滿足充電時(shí)間 τ 大于啟動(dòng)時(shí)間 δ ， Q1不導(dǎo)通，電機(jī)才能正常啟動(dòng)。通過(guò)設(shè)定 R C4的值，使充電時(shí)間 τ 大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間 δ ， Q1(9013)處于截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)啟動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流。當(dāng)電源工作時(shí)，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。 電路的過(guò)流保護(hù)原理圖如圖 12所示。 過(guò)流保護(hù)電路首先要有一個(gè)電流取樣環(huán)節(jié)，常用做法是串聯(lián)一個(gè)小電阻或者是霍爾元件來(lái)獲得電流信號(hào)。 但是 ，基于成本的考慮，對(duì)于電源性能要求不是很高的場(chǎng)合，可采用帶有過(guò)流保護(hù)的集成穩(wěn)壓電路，同樣能滿足產(chǎn)品的要求。J M J MAM AMD A dT T T TP R R R?? ?????? 所以器件的最大功耗必須滿足 PDM≤PD。若令 Rθ d 表示散熱片到周?chē)諝獾臒嶙瑁?Rθ ’表示加散熱片后結(jié)到空氣的總熱阻，則 Rθ ’ =Rθ A+Rθ d。穩(wěn)壓器的散熱能力取決于它的熱阻給半導(dǎo)體器件加散熱片后可減小總熱阻。 16 穩(wěn)壓器的最大允許功耗取決于芯片的最高結(jié)溫 TJM,當(dāng) TTJM時(shí)穩(wěn)壓器才能正常工作。一般加散熱片后功耗也不超過(guò) 20W。由于它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。輸出電流不超過(guò) 1A。 輸入至少要比輸出高 2V，否則不能調(diào)壓。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。但是 ,由于并聯(lián)的泄流電阻不能隨輸出電壓的變化而變化 ,如果要保證 317穩(wěn)壓塊在輸出電壓為 ,其輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流 ,則在 317 穩(wěn)壓塊的輸出電壓為 37V時(shí) ,流過(guò)泄流電阻的電流就太大了 ,這樣不僅浪費(fèi)了電能 ,而且增加了 317穩(wěn)壓塊的負(fù)擔(dān) ,不是一種妥當(dāng)?shù)霓k法。 在使用 317穩(wěn)壓塊的輸出 電壓計(jì)算公式計(jì)算其輸出電壓時(shí) ,必 須保證 R1≥ 和R2≤ 兩個(gè)不等式同時(shí)成立 ,才能保證 317 穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。當(dāng) 317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)， LM317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。由于 317 穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于 5mA。 其次是 317穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作