.PAGE.....題號(hào)：DXX理工大學(xué)第三屆電工電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽設(shè)計(jì)報(bào)告題目：可編程數(shù)控直流穩(wěn)壓電源〔D題參賽者：孔景良學(xué)院__信息工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)0802班評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：項(xiàng)目滿分得分基本要求論文結(jié)構(gòu)完整性10理論分析與計(jì)算20硬件電路設(shè)計(jì)與器件選擇20仿真建模方法與結(jié)果30分析及軟件算法10創(chuàng)新特色10總分100摘要：2Abstract:31系統(tǒng)方案選擇和比較41.1方案一：41.2方案二42理論分析43電路設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)框圖53.2電壓轉(zhuǎn)換模塊63.3數(shù)控穩(wěn)壓模塊63.4單片機(jī)及外圍模塊73.5采樣電路8４程序設(shè)計(jì)9４.１程序流程圖95仿真測試105.1仿真儀器105.2測試方案105.3測試結(jié)果10５.４仿真圖示11５.５結(jié)果分析12６.０總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄1系統(tǒng)總體電路圖14可編程數(shù)控直流穩(wěn)壓電源〔D題摘要：采用AT89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心,滿足可以輸出0~30V直流電壓,0~3A直流電流；具有電壓預(yù)置與電壓步進(jìn)功能,電壓0.1V步進(jìn)微調(diào),1V步進(jìn)粗調(diào)；輸出具有短路保護(hù)功能；可編程數(shù)控直流穩(wěn)壓電源具有人機(jī)界面顯示功能,實(shí)時(shí)顯示輸出的電壓電流,并計(jì)算負(fù)載功率,電壓顯示精度0.001V,電流顯示精度0.001A。關(guān)鍵詞：單片機(jī)數(shù)控直流電壓源Abstract:AT89C52microcontrollerasthecontrollingcore,canachievetheoutput0~30VDCVoltage,0~3ADCcurrent;withthepresetvoltageandvoltagestepfunction,voltage0.1Vstepfine-tuning,1Vstepcoarse;outputShortcircuitprotection;programmableCNCDCPowerSupplywithman-machineinterfacedisplay,real-timedisplayoutputvoltageandcurrent,andcalculatetheloadpower,voltagedisplayprecision0.001V,currentdisplayprecisionof0.001A.

Keywords:microcontrollerDCvoltagesource1系統(tǒng)方案選擇和比較1.1方案一：線性穩(wěn)壓電源：線性穩(wěn)壓電源原理簡單,制作方便。選擇好適當(dāng)?shù)淖儔浩?經(jīng)變壓濾波穩(wěn)壓后便可輸出穩(wěn)定的電壓。但由于可調(diào)穩(wěn)壓芯片CW××系列輸出電流最大1.5A,非可調(diào)系列穩(wěn)壓芯片,如78××,79××輸出最大電流達(dá)不到電流輸出要求。另外,線性穩(wěn)壓電源效率利用率低,不易實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制等功能。1.2方案二基于開關(guān)電源的方案：開關(guān)電源的主要控制方式是由PWM脈沖控制,由單片機(jī)直接產(chǎn)生PWM脈沖波,對(duì)開關(guān)電源的主電路進(jìn)行控制,電路簡單,控制方便,輸出功率大,可以滿足題目的要求。另外,開關(guān)電源具備效率高,小型化等優(yōu)點(diǎn)。故采用基于開關(guān)電源的方案。2理論分析本電路由開關(guān)電源主電路和單片機(jī)控制電路。主電路主要是電壓轉(zhuǎn)換的功能,控制電路主要實(shí)現(xiàn)數(shù)控的功能。單片機(jī)定時(shí)器位于SM2工作模式時(shí),T1定時(shí)器高8為用于波特率發(fā)生器,用作PWM脈沖波,往T1中賦予不同的初值,則產(chǎn)生的脈沖占空比不同,以此來控制開關(guān)電源的輸出電壓大小。對(duì)開關(guān)電源輸出進(jìn)行A/D采樣,將采樣信號(hào)送往單片機(jī),和預(yù)設(shè)的電壓值進(jìn)行比較以調(diào)整占空比大小,；從而調(diào)整輸出,達(dá)到穩(wěn)壓的目的。此處A/D采用ＡＤＣ08328位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,精度滿足要求ＬＳＢ＝１／２５６＝0.00390625Ｖ＜＜０．１Ｖ。顯示和輸入部分則由單片機(jī)控制1602液晶顯示器和4*4組成的矩陣鍵盤來實(shí)現(xiàn)。3電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)框圖4040V220V數(shù)控穩(wěn)壓電路AT89C521602液晶顯示4*4鍵盤輸入短路保護(hù)輸出0~30V/0~3APWM脈沖電源變換電路A/D采樣反饋電路圖1系統(tǒng)框圖電壓轉(zhuǎn)換電路模塊：將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為40V直流電壓。數(shù)控穩(wěn)壓模塊：采用DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出穩(wěn)定電壓。 單片機(jī)控制模塊：是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,采用AT89C52系列單片機(jī)。AD轉(zhuǎn)換模塊：AD轉(zhuǎn)換模塊采用ADC0832芯片完成電壓量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。顯示模塊：顯示模塊采用1602液晶顯示,由單片機(jī)控制送入顯示,液晶顯示具有直觀、功耗低、方便等特點(diǎn)。按鍵控制模塊：完成測量功能的轉(zhuǎn)換以及標(biāo)稱值的輸入,實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。3.2電壓轉(zhuǎn)換模塊圖2電壓轉(zhuǎn)換原理圖由TR1將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為28V交流電壓,根據(jù)U1/U2=N1/N2,選擇合適的變壓器,∵ N1/N2=220/28=8；所以變壓器原邊與復(fù)邊札數(shù)之比為8.,變壓器功率選90W。經(jīng)變壓后復(fù)邊電壓為28V,再由整流電路BR1對(duì)交流電壓整流,得到脈動(dòng)的直流電,再通過濾波電路使之成為紋波較小的直流電壓,經(jīng)電容濾波后U=U2=40V。濾波電容C1并聯(lián)一個(gè)0.1uf的瓷片電容是為了濾除高頻信號(hào)的干擾。整流橋允許通過最大大流為3A,所以整流橋中二極管選用TS758,耐壓值位800V,允許通過最大電流為6A,滿足要求。3.3數(shù)控穩(wěn)壓模塊圖3穩(wěn)壓模塊原理圖D1選用TS758,輸出端所接電容C3起改善瞬態(tài)響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗的作用,一般取1uF;TRANS1起隔離作用；R1另一端連接單片機(jī)P3^5口,P3^5為定時(shí)器T1的輸出口,在MOD2方式下位波特率輸出端。Q1為開關(guān)管,調(diào)節(jié)其輸入〔R1另一端占空比,輸出電壓隨之改變,Uo=Ui*D;Uo為輸出電壓,Ui為輸入電壓,D為占空比大小。Q1選用LM13007開關(guān)三極管,各項(xiàng)參數(shù)為：Vbr=400V,If=8A,fmax=4MHz。原理：Q1截止期間,Q1相當(dāng)于斷路,輸入電壓對(duì)電容C2充電,D1反相截止,同時(shí)有電壓輸出；在Q1導(dǎo)通期間,Q1相當(dāng)于短路,電容C2放電,給輸出端提供電壓。保證了穩(wěn)定的直流輸出。3.4單片機(jī)及外圍模塊P0口味數(shù)據(jù)輸入輸出端,連接液晶與AD的數(shù)據(jù)端,P2為鍵盤輸入端。CRYStal為12MHZ晶振。外圍電路連接好后,有軟件編程實(shí)現(xiàn)步進(jìn),預(yù)置及顯示等功能。鍵盤為４＊４矩陣鍵盤,由中斷方式下降沿觸發(fā)。圖4單片機(jī)及其外圍電路圖3.5采樣電路圖5ADC0802采樣電路圖運(yùn)算放大器構(gòu)成比例放大器,將采樣得到的電壓經(jīng)過運(yùn)算輸入AD,由AD轉(zhuǎn)換后輸入P0口。；；將采樣得到的電壓縮小十倍以供ＡＤ轉(zhuǎn)換。當(dāng)AD采樣溢出,申請(qǐng)中斷,等待單片機(jī)回應(yīng)。單片機(jī)讀取AD采樣值,即=0；將數(shù)據(jù)讀至單片機(jī)內(nèi),進(jìn)行運(yùn)算處理得到電壓值大小,與鍵盤設(shè)定值進(jìn)行比較,若在0.001V范圍內(nèi),顯示電壓大小。若超出此范圍,則調(diào)整波特率大小,改變占空比,調(diào)整輸出大小,從而穩(wěn)定輸出。４程序設(shè)計(jì)４.１程序流程圖 單片機(jī)控制流程圖如圖所示：開始開始初始化中斷液晶初始化定時(shí)器初始化鍵盤初始化Ｉ／Ｏ初始化鍵盤中斷Ａ／Ｄ設(shè)置鍵值計(jì)算開中斷關(guān)中斷中斷返回結(jié)束波特率輸出調(diào)節(jié)電壓顯示AD中斷關(guān)中斷關(guān)顯示讀取AD計(jì)算電壓大小開中斷開顯示中斷返回禁止讀AD值圖6單片機(jī)控制流程圖5仿真測試5.1仿真儀器 直流電壓表,示波器,直流電流表。5.2測試方案在輸出端加一負(fù)載〔仿真以電阻代替,電壓表與輸出并聯(lián)；開始仿真,觀察電壓表數(shù)值大小,并同液晶顯示值相比較,結(jié)果是否相同,相同則正確；不相同,則分級(jí)測試。 首先,不加數(shù)字電路模塊,給ＰＷＭ控制端加一序列方波,給定幅值大小〔大于開關(guān)管導(dǎo)通的電壓,調(diào)節(jié)占空比的大小,單獨(dú)測量輸出電壓值大小是否與預(yù)計(jì)的相近。相近則說明電源模塊正確,在調(diào)節(jié)其它模塊；否則,改正電源模塊。 其次,測量數(shù)字電路模塊,AD的輸入加一電壓,觀察AD轉(zhuǎn)換值大小〔由液晶顯示,若不相符,觀察電路是否有問題,若無誤,觀察程序是否正確。 若上述無誤,則步進(jìn)調(diào)節(jié)設(shè)定電壓的值,觀察電壓表數(shù)值是否隨之變化。以確定步進(jìn)調(diào)節(jié)功能是否正常。 電流測試時(shí),將電流表串入輸出端,觀察最大電流值是否與液晶顯示相符。5.3測試結(jié)果單獨(dú)測量模擬電路部分,輸出端接入一個(gè)100電阻,給定方波幅值為3V,改變占空比大小,觀察輸出電壓大小。占空比D<%>10405090輸出電壓值<V>3.00211.50014.70026.200輸出電流<A>0.0300.1130.1450.260表1測試電源電壓輸出數(shù)字電路測試,AD輸入端接不同的電壓值〔AD允許輸入范圍內(nèi),觀察顯示電壓電流大小。AD輸入電壓<V>1234顯示電壓<V>1.0002.0003.0004.000顯示電流<A>0.1000.2000.3000.400表２AD測試結(jié)果電壓輸出與數(shù)字電路級(jí)聯(lián)測試。按鍵設(shè)定電壓<V>5102030電壓表顯示<V>5.00110.00020.00130.001電流表顯示<A>0.0050.0100.0200.030液晶電壓顯示<V>5.00010.00020.00030.000液晶電流顯示<A>0.0020.0100.0200.030５.４仿真圖示 以預(yù)置10V電壓為例。圖6液晶實(shí)時(shí)顯示圖圖7電源電壓輸出圖５.５結(jié)果分析由仿真結(jié)果可以得知,電壓輸出部分仿真正常,可以穩(wěn)定輸出,ＡＤ轉(zhuǎn)換和液晶顯示程序也工作正常。精度和范圍達(dá)到題目的要求。６.０總結(jié)本系統(tǒng)以AT89