毕业设计（论文）可编程直流稳压电源的设计.doc

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1、专科毕业论文题 目：可编程开关稳压电源的设 学 院： 电子工程学院 专 业： 应用电子技术 姓 名： 学 号： 班 级： 电子B0911 指导教师： 职 称 教授 完成日期： 毕业设计（论文）诚信承诺书题 目可编程开关稳压电源的设计学生姓名专业电子工程学院学 号指导老师职 称教授诚信承诺本人慎重承诺和声明：在毕业设计（论文）完成过程中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业设计（论文）中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，如有违规行为发生，一切后果均由本人承担。 承诺人（签名）： 2011年 10 月 20 日摘 要电源技术尤其是

2、数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。 【关键词】稳压电源、单片机、稳压、D/A转换 AbstractPower supply technology especially digital power supply technology is a

3、 very practical engineering technology, service in all walks of life. The power electronic technology is the best application technology of electric energy. Modern power supply technology integration of the electrical, electronic, system integration, control theory, material and many other fields. N

4、ew transformation technique and the development of the control theory, various types of special integrated circuit, digital signal processing device application development, to 90 time, already appeared in NC precision achieves 0.05V NC power, power density per cubic inch 50W NC power supply. From t

5、he composition, power can be divided into the device, the main circuit and the control part three. Key words regulated power supply, SCM, regulator, D / A conversion目 录1绪 论2设计方案与思路2.1、设计基本思路.12.1.1、稳压源的技术指标与要求22.1.2、总体设计框图23单元电路设计3.1、电源设计部分33.1.1、直流稳压电源设计思路33.1.2、直流稳压电源原理33.2、数控部分53.2.1、单片机的基本概括53.2

6、.2、单片机对数码管的控制63.3、单片机对模数转换部分73.3.1、单片机控制DAC0832总体概括73.3.2、对DAC0832功能的介绍83.3.3、使用ICL7107作表头93.4、稳压部分103.5、 PCB制板.114制作与调试4.1、硬件电路的布线与焊接.12参看文献.14致谢.151 绪 论随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。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%来自源，因此，电源越来

7、越受到人们的重视。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐步取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家用领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。到21世纪小型电子设备的发展更加迅速和更加普及，但是现在很多的小型电子设备都是依靠电池来供电的，所以开发一种新型的

8、开关电源应用于小型电子设备中就显得非常重要了！直流稳压电源（以下简称直流电源）取代晶体管线性稳压电源（以下简称线性电源）已有30多年历史，最早出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管了作于开关状态后，脉宽调制（PWM）控制技术有了发展，用以控制开关变换器，得到PWM开关电源，它的特点是用20kHz脉冲频率或脉冲宽度调制PWM开关电源效率可达 6570，而线性电源的效率只有3040。在发生世界性能源危机的年代，引起了人们的广泛关往。线性电源工作于工频，因此用工作频率为20kHZ的PWM开关电源替代，可大幅度节约能源，在电源技术发展史上誉为20kHZ革命。 随着ULSI芯片

9、尺寸不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；航天，潜艇，军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提计算机，移动电话等）更需要小型化，轻量化的电源。因此对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量要小。此外要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。2设计方案与思路2.1、设计基本思路根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分：数字控制部分、数字/模拟转换部分（D/A变换器）及稳压电路。数字控制部分用+、- 按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后，去控

10、制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以1V的步进值增或减。2.1.1稳压源的技术指标与要求：1）、电压设定范围为132V，额定电流1A。2）、用液晶显示设定电压和实际电压。下:3）、有过压和过流保护，过流保护2A。2.1.2、总体设计框图1）、设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下：市电220V变压系统电源整流+15V -15V+5V电压调整及过流保护取样 U0取样比较放大D/A转换电压显示AT89C52键盘A/D转换掉电记忆3单元电路设计3.1、电源设计部分3.1.1、直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用

11、电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。3.1.2、直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图3.1。图3.1直流稳压电源方框图其中：（1）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

12、流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）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。（3）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。（4）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。整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3.2所示。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3.3所示。图3.2 整流电路图3.3输出波形在桥式整流电路

13、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，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)。所以通过220V的交流电压由变电器转化所直流电压，然后通过5408进行整波，通过50v的2200UF的电容进行滤波，然后通过78H15和7815转化成+15V和-15V，+15V又通过整波，滤波后通过78H05转化成+5V。这是电源部分如下：3.2、数控部分3.2单片机对模数转换部分3.2.1、单片机的基本概括 （1）AT89C52是51单片机的一型号，它是ATMEL公司生产的。它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K

14、bytes的可反复擦写的Flash只读存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），有4个8位并行I/O口，3个16位的定时器/计数器，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系系统控制应用场合。在数控稳压电源中我们主要采用AT89C52单片机为主体控制部分。（2）时钟电路 时钟电路是计算机的心脏，它是控制着计算机的工作节奏。MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2 分别是反相放大器输入和输出端， 外接定时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单片机内部的各个部件。如下图所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内

15、振荡器的震荡频率 fOSC 非常接近晶振频率，一般多在 1.2MHz12MHz 之间选取，这次用的时钟频率是11.0592MHz。图 3.8 中 C7、C8 是反馈电容，其值在 5pF30pF之间选择,其典型值是30Pf。作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用（3）复位电路 系统在启动运行时都要复位，使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态， 并从这状态开始工作。 采用按键复位方式。在按键的瞬间，电容通过电阻充电，就在端出现一定时间的高电平。只要保持 RST 引脚为高电平时间足够长，就可使 CPU 复位。所需高电平时间的长短与 Vcc 上升时间和振荡器起

16、振时间有关。10MHz 时，约1ms；1MHz 时，约10ms。若 Vcc 上升时间小于 20ms，那么从上电时间算起，只要保持 RST 引脚在高电平停留时间不小于 20ms 即可。EA端接VCC,让单片机读取内部存储器的数据。3.2.2、单片机对数码管的控制对于单片机系统我们采用AT89C52对数码管显示的电压进控制，主要将3位数码管并联在一起，采用74LS573的LE引脚对编码的值进行锁存，其中采用二个74LS573，一个锁存所有的LED的段选另一个用来锁存所有的LED的位选，同时在选通时虽然这些字符是在不同时刻显示的，而在同一时刻，只有一个显示，其他各位熄灭，但是由于LED的余辉和人眼的

17、视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时点亮的假象，达到同时显示的效果。数码管有共阳和共阴二种。我们在这里采用共阴数码管。如下图测试：3.2.3、74LS573对数码管的锁存本电路通过按键进行0.1加减同时通过对按键进行自动扫描，在按键闭合和断开时防止抖动。键具有识别功能，即检测是否有键按下，确定按下建所在的行列的位置产生相应的键的代码。还可以进行快速加减同时还可以通过拔码对电压进行预设。这样一来就减少了调节电压的范围。用起来比较方便。如果你确定了那个电压值就可以进行预设，其中的电压测试范围就是0.0v-12.0v.精确度为0.1V.单片机的P0口经过74LS573锁存器后输出

18、数据控制数码管的段选端,74LS573在这里起到锁存数据和增强驱动能力. 采用74LS573的LE引脚对编码的值进行锁存，只有当另一个信号过来时74LS573才会再次选通.下面是74LS573锁存数码管的示意图:3.3、单片机对模数转换部分3.3.1、单片机控制DAC0832总体概括采用AT89C52单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC0832的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过ADC0832进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵

19、活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用51系列单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达0.1V，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（DA0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电流的变化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对恒压源进

20、行实时监控，输出电压经过电流/电压转变后，通过D/A转换芯片，实时把数据量转化为模拟量经单片机分析处理， 通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源.我们可以通过电压表测量实际的模拟电压,然后通过模拟电压与数码管的预设电压进行比较,进行误差的分析最后达到最小误差.3.3.2、对DAC0832功能的介绍DAC0832是8位D/A芯片，与DAC0830、DAC0831同属于DAC0830系列D/A芯片，是美国国家半导体公司的产品，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入05V之间，芯片转换时间仅为32us，使多器件挂接和处理器制变的更加

21、方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。下面是DAC0832 在其中引脚功能：1.DI0DI7：8位数据输入端； 2. ILE：输入数据允许锁存信号，高电平有效； 3. /CS：片选端，低电平有效； 4. /WR1：输入寄存器写选通信号，低电平有效； /WR2：DAC寄存器写选通信号，低电平有效； 5. /XFER：数据传送信号，低电平有效； 6. I OUT1 、I OUT2 ：电流输出端。当输入数据全为0时，I OUT1 =0；当输入信号全为1时，I OUT1 为最大值，I OUT1 + I OUT2 =常数； 7. R FB ：反馈电流输入端； 8. U REF ：基准电

22、压输入端； 9. V CC ：正电源端；AGND：模拟地；DGND：数字地。3.3.3、使用ICL7107作表头本作品通过对ADC0832由数字量转换成模拟量，它需外接基准电压，此基准电压的性能决定了输出电压的性能，要求基准电压具有高稳定度和低纹波，为了实现输出电压的实时测试，对模拟信号的采样一般是使用专用的A/D转换成合适的数字信号，但这样使系统的设计较复杂，用到的集成芯片较多，给设计不便。为了克服以上设计中的缺点，在本系统的设计中采用了高集成度芯片ICL7107作为对模拟信号的采样模块。使得电路设计更加简单，可先靠性大大提高。使用ICL7107搭接的数字电压表对其输出电压采样测量，并输出显

23、示，用户可以从显示器上看见两个电压值，其一为单片机设置的电压值；其二为输出电压的实测值，正常工作时两者相差很小，一旦出现不正常状况，用户可以看出与预置值不符，从而采取相应的措施。 V和V-分别为电源的正极和负极，au-gu,aT-gT,aH-gH：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。Bck：千位笔画驱动信号。接千位LEO显示器的相应的笔画电极。PM：液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。Oscl-OSc3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定： Fosl = 0.45/

24、RCCOM ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使 用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地也称“逻辑地”或“数字地”。VREF VREF- ：基准电压正负端。CREF：外接基准电容端。INT：27是积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47F，而2V满刻度是0.047F。BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流(

25、idling current )是100A，而缓冲器与积分器能够供给20A的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。3.4、稳压部分这部分将部分送来的电压控制字数据转换成稳定电压输出。通过DAC0832进行数模转换时会出现电压不稳定，对电压的测量有很大影响，为了使精确度更高，必须采用一个稳压模块，让模拟量通过稳压部分进行稳压，让电压值与数码管的数值相当。它由数/模转换器（DAC0832），集成运放OP-07，LF256，晶体三极管，VT1（TIP122），VT2（TIP127）VT7（9015，）VT8（9014），基准电压源

26、LM336-5组成。电压调整模块的核心部分是NE5534。NE5534生产于美国德州半导体公司，具有共模抑制比高，响应速度快和压摆率高等优点，常用于音响，耳机等设备。由DA及运放转换后的电压U1输入到NE5534的正向输入端，R10 R22 R11组成NE5534的取样电路。由于NE5534 T1 T2及取样电路构成负反馈，由运放的“虚短”特点，NE5534的反向输入端的电压U2为正向输入端的电压大小U1。由于运放还有“虚断”的特点，运放的输入端对流经取样电路的电流不起分流作用，3.5 PCB制板本系统是以AT89c52 单片机为核心控制器，具有电压可预置、可步进调整、输出的电 压信号和预置的

27、电压信号可同时显示的数控直流电源，其硬件原理方框图如图1 所示。系统 由AT89c52 控制电路、键盘电路、电源电路、D/A 电路、功放电路、短路保护及报警电路、 稳压输出电路、LED 显示电路八部分组成。系统通过“开关”、“+”、“-”三个按键来控制预置电压的升降，并通过数码管显示。AT89C52 单片机送出相应的数字信号，在D/A 转换之 后输出电流，经集成运放LM358 转换、三极管放大、RC 网络滤波，最终稳定。同时由LED 数码管显示输出电压；由数字电压表测量实测值。本电路采用51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间

28、接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以经过DAC0832进行数模转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用51系列单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达0.1V，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（DA0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监

29、控，输出电压经过电流/电压转变后，通过ICL7107芯片，实时把模拟量进行显示；经单片机分析处理， 通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。同时还可以对电压进行预计，让你对数码管的调节电压比较方便，对于电流过大时有着过流保护的作用。整个作品准确度比较高，可以测量012V的电压。测出输出电压值，并用数码分别显示预置值和测量值。适用于很多低电子产品。4制作与调试4.1、硬件电路的布线与焊接电路图经过我们在protel中的自动排线和手动排线产生PCB原理图，我们将原理图打印在热印纸上，然后在经过高温，将墨覆到铜板上，产生清晰的电路布线图。由于打印或人为的原因很可能出现断线的结果

30、，所以我们要认真检查，如出现断线我们可用油漆涂上，使断口再次被连在一起。为了能使那些墨都能覆在覆铜板上我们最好把覆铜板在压印机上过两遍。元器件的焊接：焊件必须具有良好的可焊性.不是所有的金属都就有良好的可焊性.焊接时,由于高温是焊件的表面产生氧化膜,影响焊件的可焊性.为了提高焊件的可焊性,一般采用表面镀锡,镀银等措施来防御表面的氧化。为了使焊件和焊锡之间有良好的接触,焊件表面必须保持清洁.在焊接前必须把氧化膜清除干净,否则将无法保证焊接质量。要使用合适的助焊剂.不同的焊接工艺应使用不同的助焊剂.在焊接电子线路板等精密电子产品的时候,卫士焊接可靠稳定,通常采用松香助焊剂.一般使用酒精将松香溶解成

31、松香水使用。焊件加热到适当的温度.需要强调的是,需要强调的是,不但焊锡要加热到熔化,而且应当同时将焊件加热到能够熔化焊锡的温度。参考文献1.胡诗妍，2000：宽调整范围数控直流高压电源公安大学学 。2.曹巧媛，2006：单片机原理及应用 电子工业出版社 。 3.阮忠，2003：综合电子电路应用指南机械工业出版社。 4.何立民，2008： 单片机应用选编4 5 6 北京航空航天出版社。 5.薛永毅，2005： 新型电源电路应用实例电子工业出版社。6.马忠梅，2006： 单片机的C语言应用程序设计航空航天出版社 。7.瞿德福，2000： 数字电路与模拟电路 中国标准出版社 。 8.彭介华，2003

32、：电子技术课程设计指导高等教育出版社。 致 谢大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、我的亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。 感谢我的母校南昌工学院给了我大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢南昌工学院的老师和同学们三年来的关系和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有的这些都让我的三年充满了感动。 这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向文老师求助，而老师每次不管忙活闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。老师平日里工作繁多，但我做毕业论文的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节都给予了我悉心的指导。这几个月以来，在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。