全国电子设计大赛优秀报告

7/7全国电子设计大赛优秀报告精心整理全国电子设计大赛训练项目

设计报告

题目数控通用直流电源

3．1基本功能(12)

3．2发挥功能部分(15)

四、总结(15)

五、

③扩展输出电压种类（比如三角波、梯形波等）；

④可实现双电源同步调节或分别调节。

一、方案论证与比较

通过对题目的任务、要求进行分析，我们将整个设计划分成两个部分：稳压电源部分和数控部分。

1.1稳压电源部分方案比较

方案一：三端稳压电源

根据设计要求，可以采用三端稳压器来实现输出系统所需的三种直流电压：固定+5V和两组可调输出。其中，用7805实现固定5V的输出，LM317实现可调输出（控制输出电压为1.2~37V）。

电路原理图如下：

图1固定5V输出

7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5v。

图2LM317可调电源模块

在综合考虑LM317的输出电压范围1.25～37V和其最小稳定工作电流不大于5mA的条件下保证R1≤0.83KΩ，R2≤23.74KΩ,就能保证LM317稳压块在空载时能够稳定工作。输出电压：V

O

=1.25(1+R2/R1),在LM317输出范围为1.25～37V的条件下，R2/R1范围为：0～28.6。

优点：线性电源工作稳定，输出纹波小，且不需做过多调整，使用较为方便，工作安全可靠，适合制作通用型、标称输出的稳压电源。缺点：线性稳压电路的内部功耗大，效率低，散热问题较难解决。

方案二：晶体管串联式直流稳压电路

晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图3所示，该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。

图3晶体管串联式直流稳压电路方框图

方案三：开关电源

根据设计要求，可选用开关电源来完成设计。LM2596为电路设计核心。

调整管

取样

误差放大

基准电压

辅助电源

UIUO

图4开关电源原理图

当反馈线（即4脚）上不接电阻时，电路固定输出5V，当R1和R2比值一定时则可控制输出电压值。

优点：功耗小，效率高；由于调整管上的耗散功率大幅度降低后，省去了较大体积的散热片，使得设计的开关稳压电源体积小，使用较为方便，且稳压范围大，实现稳压的方法也比较多。滤波效率比较高，电路形式多样化，能满足不同的应用场合。

1.2稳压电源方案选择

电源技术特别是稳压电源技术在工程技术方面使用性很强，在各个行业里得到了广泛的应用。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。目前使

,会使

。

并且,

1.3

采用FPGA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FPGA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。显示数据由FPGA提供。

采用FPGA作为控制器。具有速度快，且自带512字节的EEPROM，不需要另外接扩展的EEPROM的优点；缺点是，我们对FPGA的使用不太熟悉，价格比较贵。

方案三：采用各类数字电路来组成的数控直流电源设计方案

采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。

采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。

1.4控制方案选择

比较以上三种方案的优缺点，采用STC89C52作为控制器。完成整个数控部分的功能，也便于系统功能的扩展。且技术比较熟练，使用广泛，价格便宜，而且功能上也完全满足本系统的要求。但因为本系统对单片机的速度要求不是很高。经过比较，我们选用方案一并且用数字电位器Ｘ9318的分档来计算输出电压.。电源采用数字控制，具有以下明显优点：

1.采用先进的智能控制策略和控制方法，与传统直流稳压电源相比，具有新颖性、独创性和先进性,体现出电源模块的高程度智能化，更加完美性能。

2.系统升级方便，控制比较灵活，只需修改控制算法，而不必改动硬件线路。

)，采

而且可

2.2.1开关稳压电源模块

1）LM2596电源降压调整器原理图

图6LM2596降压调整原理图

LM2596系列开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路

2）开关稳压电源原理分析

开关稳压电源原理：电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成

图7电源方框图及波形图

a整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。

b稳压电路：由于得到的输出电压U4受负载、输入电?压?和?温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压U0。

3）开关稳压电源原理图

图8开关稳压电源原理图

220V市电（实际供电电压为238V）经过变压器转换后得到双24.5V电压，再经过桥式整流滤波电路，得到24.5*1.2=29.4(V)电压。其中+29.4V电压根据公式Uout=Vref*(1+R2/R1)接入恰当比值的电阻经过LM2596稳压得到稳定+5v电压。

2.2．2单片机控制模块

1）STC89C52芯片资料

如图9所示。该芯片正常工作电压为5V，支持的最高时钟频率为80MHz，Flash程序存储器为8KB,RAM数据存储器为512B,内置看门狗电路，支持ISP/IAP[6]。本单片机具有以下优点：

1.超低功耗

(1)掉电模式：典型功耗为0.5uA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。

(2)空闲模式：典型功耗为2mA。

(3)正常工作模式：典型功耗为4mA-7mA。

2.超强抗干扰

(1)I/O口、电源、时钟、看门狗、复位电路都是经过特殊处理。

(2)宽电压，不怕电源抖动，工作电压范围为3.4–6V。

(3)高抗静电（高ESD保护），轻松过2000V。快速冲干扰。

图9STC89C52片引脚图

控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用STC89C52RC单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。

2）单片机控制模块原理图:

图10STC89C52最小系统原理图

2.2.3正、负输出可调稳压电源模块

1）数字电位器X9318功能说明

如图11所示X9318数字电位器包含一个电阻阵列滑动开关一个控制区和非易失性存储器滑动端位置由一个三线接口控制电位器由包含99个电阻单元的电阻阵列和一个滑动开关网络组成在

每个电阻单元的两端之间有抽头点可访问滑动终端滑动端的位置由CS、U/D和INC输入端控制滑动端的位置可存储在非易失性存储器中在上电的操作中可重新被调用该器件可用作一个三终端电位器以控制电压或用作一个两终端可变电阻以控制电流,子数控电位器具备三个有力应用优势:固态电位器的可变性和可靠性;基于计算机数控的灵活性;用于存储多个电位器设置或数据的非易失性存储器的保持性能良好.其应用范围非常广泛。

图11X9318引脚配置图

2）正负输出可调电源原理分析：

正、负输出电压可调的直流电源。它主要由两片LM2596电源降压调整器（150KHz，3A）构成，电路十分简单能输出±15V的电压，通过滑动变阻器可调节电压。由于该设计预定额定电流为1.2A,

R18为

3

图13

2.3

2.3.1

2.3.2过流保护序流程

4）以下是可调电源测试数据

1、当输出最大时

+15V可调输出电压最大时（Uo=14.99V）：

过流保护基本实现，保护值为1.24A。实现人工按键控制输出电压变化可实现双电源同步调节或分别调节，+15v可调电源纹波系数为3.07%；-15v可调电源纹波系数为4.48%，可调电源可以实现低频率的三角波、梯形波输出。

四、总结

本设计基本完成数控直流稳压电源的基本功能和发挥功能，采用LM2596作为电源模块的核心，使得输出电压极为稳定。还扩展了精调、粗调功能。并实现了单片机的控制功能，系统运行稳定，其他各项功能都比较完美的实现了。

经过本次设计，我对89C52单片机及数字电位器的使用、过流保护的设计等有了更深层次的了解！

五、

sbitk3=P2^2;//电源可调负端升/降控制按键

sbitk4=P2^3;//电源可调负端增加控制按键

sbitk5=P2^4;//电源同步升，降控制端

sbitk6=P2^5;//电源同步增加控制端

sbitled1=P2^6;//正电源指示灯

sbitled2=P2^7;//负电源指示灯

/*

定时器0

{

EA=1;//

}

定时器0

{

inti;

//最大值65536即65.536ms所以

TL0=(65536-10000)%256;//直接定时器不够用，需要用循环处理,//定时10ms，然后循环500次后输出10x1000=10s

i++;

if(i==1001)

{

i=0;

SW1=0;//打开LM2596

led1=0;//打开电源指示灯

TR0=0;//定时器开关打关闭

}

}

/*

定时器1初始化子程序

{

EA=1;//

}

定时器1

{

intj;

//最大值

TL1=(65536-10000)%256;//直接定时器不够用，需要用循环处理,//定时10ms，然后循环500次后输出10x1000=10s

j++;

if(j==1001)

{

j=0;

SW2=1;//打开LM2596

led2=0;//打开电源指示灯

TR1=0;//定时器开关打关闭

}

}

/*

uS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0~255

{

}

mS

0~255

{

{

//

DelayUs2x(245);

DelayUs2x(245);

}

}

main()

{

Init_Timer0();

Init_Timer1();

SW1=0;

SW2=1;

led1=0;

led2=0;

while(1)

{

{

}

{

{

UD1=1;//

DelayMs(200);

INC1=0;

DelayMs(200);

INC1=1;

}

/***************************************************************/

if(k2==0)//用k2按键控制电源可调正端降

{

DelayUs2x(20);//去抖

UD1=0;//

DelayMs(200);

INC1=0;

DelayMs(200);

}

{

}

{

DelayMs(200);

INC2=0;