050 基于单片机的直流稳压可调电源样本
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本系统开发工具：单片机/汇编
本设计包含内容：源代码+毕业论文+开题报告+答辩稿
论文大概：
 
 

 

 

 

 

摘  要

    电子技术的迅速发展, 直流电源应用非常广泛, 其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能, 目前, 市场上各直流电源的基本环节大致相同,都包括交流电源、交流变压器(有时可以不用)、整流电路、滤波稳压电路等。本文介绍了将单片机控制系统应用于开关稳压电源的方法和原理,实现了开关电源的数控调节,在宽输出电压下实现了0．1 V步进调节,并分析了稳压工作原理、电压调节方法和中断保护的过程。,该电源不仅具有开关电源体积小,损耗低的优点,还具有线性电源输出电压纹波小,输出特性好的优点。并且引入单片机控制,使其在功能上具有一定智能化。

 

关键词：稳压电源；单片机；高性能

Abstract:
AD Cregulated power source,which combinet ching power supply with linear power supply,and uses voltageranking out put mode,isintroduced.This power supply has not only tiny
volume,low wast age but also good out put char acteristic.The control system which base donSCM,also makes it some what intelligent.

Keywords:regulated powersupply; SCM; highquality

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目  录
第一章  系统设计……………………………………
1.1 设计要求 ………………………………………………
1.2  电源简介………………………………………………
1.3方案比较………………………………………………

第二章 系统的硬件设计与实现

2.1 系统硬件的基本组成部分……………………………………
2.2本电源各部分设计………………………………………………
2.3、电路功放的保护………………………………………………
2.4 单片机控制部分…………………………………………
2.4.1  DA转换输出部分……………………………………
2.4.2  AD采集部分…………………………………………
2.4.3  按键显示部分………………………………………………

第三章  电路制作

3.1 电路实现的基本步骤…………………………………………
3.2 原理图的生成………………………………………………
3.3 板图的生成………………………………………………
3.4 单片机程序烧录………………………………………………

第四章 系统的软件设计与实现

4.1 系统软件的各个部分流程图…………………………………………
4.2 程序清单,并注明解释………………………………………………

结束语………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………

 

 

 

第一章  系统设计

1.1 设计要求

随着电力电子技术的迅速发展, 直流电源应用非常广泛, 其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。
本文介绍有中采用硬件电路和单片机的编程控制,实现了一端15V稳定电压输出,一端0~24V间可调电压输出的双路直流稳压电源。最大输出电流为3A。在最大电流输出时,电压稳定度小于0.01V,控制步进为0.1V,0.5V,1V,要有键盘显示功能和保护功能。
通过四个控制按钮实现两路输出电压,可以对输出电压进行设定,显示值与输出电压值的误差不超过10mv。并可通过按键实现电压设定。具体描述如下：
按键：按键1：输出电压调整,步进为0.1V；
      按键2：输出电压调整,步进为0.5V；
      按键3：输出电压调整,步进为1V。
显示：三位LED显示可调端输出电压值。
参数：电压设定步进：  ,0.5V,1V,
显示误差：      mv
工作区：       输出1：0~24V
输出2：12V。
1.2  电源简介
电源是电子设备的心脏部分,其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性,而且电子设备的故障60%来自电源,因此作为电子设备的基础元件,电源受到越来越多的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。
所谓线性稳压电源,是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大区。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后,经过整流、滤波和稳压,输出一个直流电压。
线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单,便于维修；没有开关干扰。
缺点是：功耗大、效率低,其效率一般只有35~60%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。
其中,交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点,造成了资源的严重浪费。在这种背景下,开关稳压电源应运而生。
任何电子设备均需直流电源来供给电路工作。特别是采用电网供电的电子产品。为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化,更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。
随着电子技术的发展,人们对如何提高电源的转换效率,增强对电网的适应性,缩小体积,减轻重量进入了深入的研究。开关电源应运而生。七十年代,便应用于电视机的接收,现在已经广泛用于彩电,录像机,计算机,通讯设备,医疗器械,气象等行业。
开关稳压电源的调整管工作在开关状态,主要优越性是交换效率可高达70~95%。开关稳压电源的优越性还体现在：功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下,交替的工作在导通-截止的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz左右。开关晶体管的功耗很小,电源的效率可以大幅度的提高,达到80%以上。
体积小、重量轻。开关稳压电源里没有采用笨重的工频变压器。调整管上的耗散功率大幅度降低以后,省去了较大的散热片。
稳压范围宽。开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来控制,在工频电网电压变化较大时,它仍能保证有效的稳定输出电压。
开关稳压电源实现稳压的方法也较多,可以根据实际应用的要求,灵活的选用各种类型的开关稳压电源。电路形式灵活多样。
开关稳压电源的主要问题是电路比较复杂。输出纹波电压较高,瞬态响应差,并且存在较为严重的开关干扰。当今,开关稳压电源的进一步推广应用的困难是它的制作技术难度大,维修麻烦和成本较高。
开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的。开关稳压电源中采用了开关变压器,使之由一组输入,得到极性,大小各不相同的多组输出。要进一步提高效率,必须提高电源的工作频率。但是,当频率提高以后,对整个电路元器件的要求,有了进一步的提高。这是需要解决的第二个问题。
工作在线性状态的稳压电源,具有稳压和滤波的双重作用,因而串联线性稳压电源不产生开关干扰,且纹波电压输出较小。但是,在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态,其交变电压和输出电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰会进入市电电网,影响邻近的电子设备的正常工作。克服这一缺点,进一步提高它的使用范围,是要解决的第三个问题。

1.3方案比较
1.3.1总体设计方案比较
稳压电源的设计可以通过几种方法实现,根据具体的设计要求,通过比较论证来确定我们到底要用哪个方案。
方案一：采用模拟的分立元件,通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路,实现稳压电源稳定输出正、负5V、12V、15V并能可调输出0～24电压。如图1.1所示。 但由于模拟分立元件的分散性较大,各电阻电容之间的影响很大,因此所设计的指标不高,而且使用的器件较多,连接复杂,体积较大,供耗也大,给焊接带来了麻烦,同时焊点和线路较多,使成品的稳定性和精度也受到影响。
 
图1.1 直流稳压电源基本组成框图
方案二：以一稳压电源为基础,以高性能单片机系统为控制核心,以稳压驱动放大电路、过流检测电路为外围的硬件系统,在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制,通过对稳压电源输出的电流、电压进行数据采样与给定数据比较,从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的。采用单片机作为控制器的简易数控直流电源设计方案如图1.2所示。设计方案采用单片机作为控制器完成数控部分、键盘、显示器接口控制。输出部分采用D/A0832与运算放大器UA714,输出电压波形由单片机的输出数据控制,不仅可以输出直流电平,而且只要预先生成波形的量化数据,就可以产生多种波形输出。利用软件和硬件结合的方法来设计稳压电源,其精度和稳定性都有所提高；
 
图1.2简易数控直流电源设计方案
方案比较：以上两种方案均可以达到输出稳压电源的要求。方案一是利用纯硬件来实现其功能的,方案二是以单片机核心控制器件,采用软硬件结合来实现的。方案一电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。而方案二基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。本电源采用全集成电路设计制成,具有短路过载自动保护功能。精度高,连续可调,可用于多路实验用电。

第二章 系统的硬件设计与实现

2.1系统硬件的基本组成部分
1.1 基本组成
本直流电源由四个基本模块组成：电源部分,控制部分,功率放大部分,数字显示,输出电压电路。采用硬件电路和单片机的编程控制,实现了一端15V稳定电压输出,一端0~24V间可调电压输出的双路直流稳压电源。最大输出电流为3A。在最大电流输出时,电压稳定度小于0.01V。实现传统基本直流稳压电源的突破和创新。
电源变压器：采用降压变压器将电网交流电压220V变换成复合需要的交流电源。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。
整流电路：利用单相桥式整流电路把方向和大小都大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高,纹波电压较小,整流二极管所承受的最大反向交流电流流过,变压器的利用率高。
滤波电路：利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质,采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。
稳压电路：使整流滤波后的直流电压不随交流电网和负载的变化扰动而变化 
控制电路：为适应不同场合的需要而将电压置为可调。
数字显示部分：采用三位的LED数字显示,挺高了精度和准确性,从而克服了模拟表头的造成的读数误差。利用8051单片机控制,可以实现精度。
由于采用大量高性能的集成模块,从而简化了电路的结构,突出了电源变换问题中的关键部分。通过努力的调试与检测,电路整体性能良好,可以较好的实现设计目的。本电源不仅可以单独使用,还可以置于其它电子设备中作为变压稳压或稳流源使用。

2.2电源各部分设计
该部分是电源的基础,也是输出电压能否达到高精度和良好的稳定性的保障。考虑到平时使用的电源大多在0~24V之间,而且LM741的极限电压30V,所以选用电源电压为29V,扣除达林顿管  的压降,则每一路输出为24V。按照输出电流I=3A,则单路最大输出功率：
    P=UI=24×3A=72W
            
单路消耗的总功率为：
    Pi=UiI=29×3A=87W

两路共消耗的功率为
 
考虑其效率,设为
则电源消耗的功率为
 
选用 的变压器。
 ,
 
 
 
        选用 满足要求。

a、电源变压器：采用220W双18V单9V,26V环形变压器降压变压器将电网交流电压220V变换成29V左右的交流电源,主副线圈匝数比约9 ：1。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。
b、整流电路：利用单相桥式整流电路把方向和大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高,纹波电压较小,整流二极管所承受的最大反向交流电流流过,变压器的利用率高。
c、滤波电路：利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质,采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。采用4700uF,50V滤波电容达到较好的滤波效果。

2.3、电路功放的保护
当电流过大,采用三个串连的二极管与三级管并联,三级管达到饱和防止两端电压过高而烧坏。从而达到保护电路的目的。
电路图如下：