【正文】 ............... 21 軟件仿真 ............................................................................................ 22 硬件調(diào)試 ........................................................................................................ 23 調(diào)試出現(xiàn)的問(wèn)題 ................................................................................ 23 數(shù)據(jù)測(cè)量 ....................................................................................................... 24 數(shù)據(jù)測(cè)量值 ......................................................................................... 24 誤差分析 ........................................................................................................ 25 第 4 章 結(jié) 論 ..................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 28 附錄一 元器件明細(xì)表 ....................................................................................... 29 附錄二 仿真電路圖 ............................................................................................ 30 附錄三 電源實(shí)物圖 ............................................................................................ 31 附錄四 源程序代碼 ............................................................................................ 33 附錄五 中英文文獻(xiàn) ............................................................................................ 40 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 1 頁(yè) 共 54 頁(yè) 前 言 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今電器化電子產(chǎn)品對(duì)電源的可靠性和精確性提出了更高的要求。一個(gè)高性能和高精度的供電電源是智能化系統(tǒng)正常工作必不可少的組成部分。設(shè)計(jì)一個(gè) 高精度、精確跟蹤輸出、高穩(wěn)定性、良好的人機(jī)界面的簡(jiǎn)易數(shù)控電源，能減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性，智能化和產(chǎn)品一致性等問(wèn)題，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的維護(hù)性。 電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。普通的直流穩(wěn)壓電源品種有很多，但均存在一下二個(gè)問(wèn)題：輸出電壓是通過(guò)粗調(diào)（波段開(kāi)關(guān)）及細(xì)調(diào)（ 電位器）來(lái)調(diào)節(jié) [2]。另外，隨著使用時(shí)間的增加，波段開(kāi)關(guān)及電位器難免接觸不良，對(duì)輸出會(huì)有影響。 電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn) [3]: 1)易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。 3)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對(duì)不同的系 統(tǒng) (或不同型號(hào)的產(chǎn)品 )，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對(duì)控制軟件做一些調(diào)整即可。單片機(jī)（ 51 系列）數(shù)字控制技術(shù)以及數(shù)字顯示技術(shù)。 0～ 可調(diào)； ，并且調(diào)整方便； 500mA； 5%； 電壓大小精確到小數(shù)點(diǎn)右邊一位； 總體設(shè)計(jì)方案 方案 1：采用模擬的分立元件，利用純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，通過(guò)電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)壓電源 可調(diào)輸出 012 V 電壓，電路方框圖見(jiàn)圖 11 所示 [4]。 2 2 0 V 輸 入變壓器負(fù)載整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路1U 2U 3U 4U 5U 圖 11 方案一電路方框圖 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 3 頁(yè) 共 54 頁(yè) 方案 2 : 此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套雙計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，其中二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)過(guò) D /A 變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出步進(jìn) [3]。其電路框圖如圖 12所示。采用單片機(jī)后，還可以用軟件實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，要擴(kuò)展其他的功能也非常容易。 通過(guò)多方面考慮和實(shí)用性，精確度， 單片機(jī)進(jìn)行處理，具有低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ， 故選擇方案 3。 圖 21 穩(wěn)壓電源電路原理圖 集成穩(wěn)壓電源的原理圖如圖 21所示，只要接線正確，一般能良好地實(shí)現(xiàn)它的功能。因?yàn)檎n題不需要用到 20V 以上的電壓，所以應(yīng)該選用 18V24V 的變壓器，這樣可以降低 LM317 集成芯片的功耗，達(dá)到低功耗，高效率的要求。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路。 在工作時(shí)，電路中的四只二極管都是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，當(dāng)正半周時(shí)，二極管 V V3導(dǎo)通（ V V4截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周；當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管 V V4導(dǎo)通（ V V3截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周 。 橋式整流電路原理圖如圖22所示。由于濾波電容的容量愈大，二極管導(dǎo)通角愈小，通過(guò)二極管脈沖電流的幅度愈大，因此，整流管的幅值電流必須加以考慮。二極管最大反向電壓： 2m a x 22 1 .2d iUU U?? 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 6 頁(yè) 共 54 頁(yè) 式中 U2為電源變壓器次級(jí)電壓有效值， Ui為整流輸出電壓 (即穩(wěn)壓器輸入電壓 )。根據(jù)計(jì)算， 1N4007 的二極管符合設(shè)計(jì)要求，可以用作整流橋。 圖 23 橋式整流電路電壓和電流波形 如圖 23 所示，在交流電壓 u2 的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載 Rl 都有同方向的電流通過(guò)， 故 Rl 上得到單方向全波 脈動(dòng)的直流電壓。 濾波電路 整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。 對(duì)于濾波電路的選擇有兩種方案 [5]： 方案一：采用電感濾波電 路。在電感濾波電路中，整流管的導(dǎo)電角度比較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，但是由于鐵芯的存在，比較笨重，體積比較大，而且容易引起電磁干江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 7 頁(yè) 共 54 頁(yè) 擾。電感濾波電路圖如圖 24所示： V3 V2V4 V1RLL1 圖 24 電感濾波電路 方案二：采用電容濾波電路。電容濾波電路比較簡(jiǎn)單，而且負(fù)載直流電壓比較高，紋波也比較少，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合，也減輕了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作 [6]。 V3 V2V4 V1RLC 圖 25 電容濾波電路 經(jīng)過(guò)分析，最終決定采用方案二。 濾波電解電容 C的選擇原則是：取其放電時(shí)間常數(shù) RLC大于充電周期的 3～ 5 倍，其耐壓值必須大于脈動(dòng) 電壓峰值。 圖 26 橋式整流、電容濾波時(shí)的電壓、電流波形 設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定 t=0 時(shí)接通電路，輸入電壓 U2 為正半周，當(dāng) U 由零上升時(shí)， V V3 導(dǎo) 通， C 被充電，同時(shí)電流經(jīng) V V3 向負(fù)載電阻供電。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，使負(fù)載電壓的波動(dòng)大為減小。常用英文字母的縮寫 MCU 表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片為控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 9 頁(yè) 共 54 頁(yè) 內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來(lái)。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè) 計(jì)出的處理器，當(dāng)時(shí)的單片機(jī)都是 8位或 4位的。因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。在很多方面單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集 成有單片機(jī)。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC 機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多 [7]。如 圖 27 所示。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 第 10 頁(yè) 共 54 頁(yè) 晶振 Y1 和兩個(gè) 電容 C C3 構(gòu)成自激震蕩，連接到單片機(jī)的 X1 和 X2端，電解電容 C電阻 R5 和按鍵 S5 構(gòu)成復(fù)位電路，連接到單片機(jī)的復(fù)位端。 按鍵控制模塊 方案一：采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實(shí)現(xiàn)電壓值的直接鍵入。 由于本數(shù)控電源需要用的按鍵不多，要實(shí)現(xiàn)步進(jìn)為 1V 的設(shè)計(jì)要 求，只需用一個(gè)“ +”和一個(gè)“ ”按鍵，另外再加兩個(gè)按鍵用于實(shí)現(xiàn)固定電壓輸出，按鍵時(shí)可直接輸出相應(yīng)電壓。 該部分主要由四個(gè)鍵組成，分別實(shí)現(xiàn)的是“ +”、“ ”、“開(kāi)始”、“ 切換 ”功能，與單片機(jī)的 、 、 、 口連接，控制 AT89C51 單片機(jī)，達(dá)到對(duì)數(shù)字的控制，可以通過(guò)按鍵對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，按照實(shí)際需要可以通過(guò)按鍵得到所需的電壓，調(diào)節(jié)范圍是 0～ V，步進(jìn) 。 S1~S3 按鍵的作用是通過(guò)程序控制對(duì)輸入的電壓隨時(shí)可調(diào)，且步進(jìn)值能夠?yàn)? 增加或者減少。按鍵與單片機(jī)的連接圖見(jiàn)圖 28。 方案一：選用數(shù)碼管顯示，用普通的數(shù)碼管顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字、符號(hào)、字母。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管 ， 通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。 字符型液晶顯示模塊是專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊 。 雖然 LED 數(shù)碼管在價(jià)格方面占有一定的優(yōu)勢(shì)，但考慮到顯示文字以及美觀自然的效果，選擇 LCD1602 液晶顯示器。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中 : 第 1腳： VSS 為地電源 。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高 。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 15 腳：背光電源正極 。 液晶顯示器 接口信號(hào)說(shuō)明如表 21。 LC1602D 的 8 位數(shù)據(jù)接口與單片機(jī)的 P0 口相連，由于 STC 單片機(jī) P0 口沒(méi)有內(nèi)接電阻，為此外接了 10K 上拉排阻。 1602 的控制端 RS、 R/W、 E 端分別與 STC 的P P2 P22 連接 [9]。 BLA和 BLA+分別為液晶背光源正極和負(fù)極， BLA接地， BLA+接+5V。 +511W223R W 2 10KG N D1+ 5 V2V C O M3RS4R / W5E6D07D18D29D310B L A 16B L A +15D714D613D512D4111602液晶 1602E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122