毕业设计(论文)基于单片机的数显可调电源系统设计.doc
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1、基于单片机的数显可调电源系统设计 毕业设计 中图分类号: 基于单片机的数显可调电源系统设计 专业名称:应用电子技术学生姓名:导师姓名: 职称 焦作大学机电工程学院2011年 11月 中图分类号: 密级:UDC: 单位代码: 基于单片机的数显可调电源系统设计The Digital adjustable power supply姓 名学制三年专 业应用电子研究方向导 师职称论文提交日期论文答辩日期 目 录第一章 引言 5第二章 方案论证与比较 6 2.1 稳压电源的分类 72.2 稳压电源部分方案 7 2.3 三端集成稳压芯片 8 2.4 数字显示部分 8第三章 可调节直流稳压电源 8 3.1 直
2、流稳压电源的组成 83.2 参数计算 133.3 可调节直流稳压电源原理图 15 3.4 元件的选择 15第四章 5V直流稳压电源(单片机工作电源) 164.1 原理简叙 164.2 5V直流稳压电源原理电路图 164.3 元件的选择 17第五章 数字电压表 175.1 三位半LED显示A/D转换器AD0804 185.2 AD0804引脚名称及作用 185.3 AD0804外围电路图 18第六章 电路的调试与测试 196.1 912V范围的校准 196.2 AD0804的校准206.3 直流稳压电源的测试 20第七章 结论21参考文献 22致谢 23第一章 引言随着电子产品的普及,数显可调直
3、流稳压电源的应用也越来越广泛。它能够更好的控制电流的输入,延长电子产品的寿命。现在社会发展的趋势越来越智能化,电路的控制也更加精确。人们对电子产品的需求也越来越苛刻。电源的控制非常重要,要做到有效的省电,延长寿命,而且要辐射小,对身体的伤害减少。众所周知,许多科学实验都离不开电源,并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求,然而目前实验所用的直流稳压电源大多输出精度和稳定性不高;在测量上,传统的电源一般采用指针式或数码管来显示电压或电流,搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值;使用上若要调整精确的电压输出,又因电位器的阻值特性非线性,在调整时,需要花费一定的
4、时间,况且还要心漂移,使用起来非常不方便。因此,如果直流稳压电源不仅具有良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化,以精确的单片机控制取代许多不精确的人为操作,搭配精确A/D0804模数转换,在实验开始之前就对一些参数进行预设,这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效。因此,直流稳压电源今后的发展目标之一就是不仅要在性能上做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境,还要在功能上力求实现数控化、多功能化、智能化、网络化。关键字:数显可调电源 单片机 A/D0804 数码管 Digital adjustable power supplyWith the popularity
5、 of electronic products, digital display adjustable DC power supply is power supply is applied more and more extensively. It can better control the input current, prolonging the life of electronic products. Now the trend of social development more and more intelligent, more precise circuit control.
6、The people demand for electronic products are also increasingly demanding. Power control is very important, to achieve effective power, prolong life, but also to small radiation, on the body harm reduction.As everyone knows, many scientific experiments are inseparable from the power supply, and in t
7、hese experiments often on electrifying time, voltage, current and dynamic indicators have special requirements, however the present experiments with DC power supply are output precision and the stability is not high; in the measurements, traditional power generally use the pointer type or digital co
8、ntrol to display the voltage or current, with a potentiometer to adjust the voltage and current output value; used to adjust the precise voltage output, should use accurate display instrumentation, and because the resistance of the potentiometer is non-linear, at the time of adjustment, it takes a c
9、ertain amount of time, but also the heart of drift, is very inconvenient to use. Therefore, if the DC regulated power supply not only has good output quality but also has many functions as well as some intelligent, precise microcomputer control replaced many imprecise manual operation, before the ex
10、periments on some parameters are preset, this will give all in the field of experimental research in different extent of convenient and efficient. Therefore, DC regulated power supply is one of the goals for future development should not only in the performance of high efficiency, low noise, achieve
11、 low harmonics, both energy-saving and do not interfere with the environment, but also in the function to realize NC, multi-functional, intelligent, networked.Keywords: digital display adjustable power supply chip A / D0804 digital tube第二章 方案论证与比较21 稳压电源的分类 稳压电源的分类方法繁多,按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源;按稳压电路与
12、负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源;按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源;按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源,等等。如此繁多的分类方式会让我们摸不着头脑,不知道从哪里入手。我们必须弄清楚各个类别的特点,才能从中选出最佳方案。22 稳压电源部分方案 方案一:简单的并联型稳压电源 并联型稳压电源的调整元件与负载并联,因而具有极低的输出电阻,动态特性好,电路简单,并具有自动保护功能;负载短路时调整管截止,可靠性高,但效率低,尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流,损耗过大。 方案二:输出可调的开关电源 开关电源的功能元件工作在开关状态,因而效率高,输出功率大;且容易实现
13、短路保护与过流保护,但是电路比较复杂,设计繁琐,在低输出电压时开关频率低,纹波大,稳定度差,因而也不能采用此方案方案三:串联型稳压电源并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。而串联稳压电源正好可以避免这些缺点,所以现在广泛使用的一般都是串联稳压电源。而简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节,必须对简易稳压电源进行改进,增加一级放大电路,专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈过程,所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。综合考虑效率,输出功率,输入输出电压,负载调整率,纹波系数,本设计选用方案三,要求较低,因而较易实现
14、.对于效率和纹波的要求可以通过仔细调整磁性元件的参数(L,Q,M等)使其工作在最佳状态,所以我们在选择方案的时候考虑到电路要简单,元件要容易找,还有在电路设计的时候避免遇到某些不必要的问题,所以我们选择了上述的方案中的第三个方案;第三个方案就能够达到我们的要求,所以方案三我们采用了。稳压电路部分可以采用三极管等分立元件来实现,也可以采用集成三端集成稳压芯片。从性价比来说,采用三端集成稳压芯片来实现要好很多,现在的稳压芯片功能强大,且价格低廉,很适合我们此次的设计。2.3 三端集成稳压芯片 方案一: 采用7805三端稳压器电源 固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GN
15、D组成,它的稳压值为+5V,它属于CW78xx系列的稳压器,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好,只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容,如果采用电解电容,则电容量要比其它的数值要增加10倍,但是它不可以调整输出的直流电源;所以此方案不易采用. 方案二:采用LM317可调式三端稳压器电源 LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).由此可见此稳压器的性能和稳
16、压稳定度都比上一个三端稳压电源要好,所以此此方案可选,此电源就选用了LM317三端稳压电源,也就是方案二.LM317其特性参数:输出电压可调范围:1.2V37V输出负载电流:1.5A输入与输出工作压差U=Ui-Uo:340V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。2.4 数字显示部分采用STC89C52单片机为核心的显示及驱动电路STC89C52是高性能,低功耗的8位单片机,参考源和时钟系统,它将高性能和低成本结合在一起。由于内部集成了驱动电路,与简单的外围电路结合后可以很容易实现本次设计中的电压数字显示功能。虽然精度相对方案一要差,不过对于本次设计的要求已经足够了,所以数字显示部分采用
17、方案二。第三章 可调节直流稳压电源3.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。电源变压器:是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。整流电路:利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。312 整流电路整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流;三相半波、三相桥式全波整流等多种电路。以下主要介绍小
18、功率电源中常用的单相桥式。为分析简单起见,我们把二极管当作理想元件处理,即二极管的正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。图2整流电路图3输出波形图单相桥式整流电路:在u2的正半周内,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;u2的负半周内,D3、D4导通,D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。在桥式整流电路中,每个二极管都只在半个周期内导电,所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半,即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。单相桥式整流电路输出电压平均值.(3-1)单相桥式全波整流电路中二极管
19、的平均电流和输出电流:.(3-2)单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高反向电压:(3-3)313 滤波电路一、电路的组成交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流,其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路就是利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联),滤掉整流电路输出电压中的交流成份,保留其直流成份,达到平滑输出电压波形的目的。这一过程称为滤波。单相桥式整流电容滤波电路:全波整流滤波电路(C=100UF)波形图 全波整流滤波电路(C=470UF)波形图全波整流滤波电路(C=1000UF)波形图 全波整流滤波电路(C=3300U
20、F)波形图全波整流滤波电路(C=6800UF)波形图二、电容滤波电路的特点输出电压U0与时间常数RLC有关RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大。一般取 (T为电源电压的周期)近似估算: U0=1.2U2流过二极管瞬时电流很大RLC越大U0越高,负载电流的平均值越大整流管导电时间越短iD的峰值电流越大。一般选管时,取(3-4)通过以上全波整流电容滤波电路的波形图和分析可以看出:并联电容滤波后,输出电压直流成份(即输出电压平均值)提高了;脉动成份降低了(即输出波形平滑)。电容放电时间常数RLC愈大,放电愈慢,输出电压愈高,脉动愈小,滤波效果愈好。输出电压随输出电流(负载电流)增大而下降较快,
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