电子设计竞赛报名方案(DOC)

报告1基本信息学校名称扬州职业大学参赛学生1郑巍Emai1135916263@qq参赛学生2陈丹Emai2553616558@qq参赛学生3吴旭Emai1027923720@qq指导教师1龙滔滔Emai12963339@qq指导教师2李金奎Emai35995294@qq获奖等级江苏赛区一等奖指导教师简介（500字内）龙滔滔，男，讲师，扬州职业大学电工电子实验实训中心主任，主要从事电子和通信类课程的理论和实践教学，组织和指导学生参加“2023全国大学生电子设计大赛”，指导的学生获得全国一等奖。李金奎，扬州市职业大学电子工程学院教师，从事应用电子学科的理论和实际教学，指导学生毕业设计多次在“江苏省大学生优秀毕业设计”评比中获奖。设计方案工作原理预期实现目标定位制作一个LED闪光灯电源，以DC-DC稳电源转换器为核心，能将电池的电能转换为恒流输出，驱动高亮度白光LED,具有连续输出和脉动输出两种模式，并具有输出电压限压保护和报警功能的装置。作品采用UC3842将输入的3.0-3.6V电压升压至恒定值，通过TL431得到一个2.5V的基准电压，然后通过按键和AT89C52单片机来控制输出的电流，再通过数码管将输出电流的值显示出来。本电路还具备等效直流负载电阻过大时，电路中LED控制报警，并使输出电压值不高于10.5V的功能。2.技术方案分析比较（1）启动电路模块选择：方案1：选用UC3842,UC3842可直接驱动MOSFET,具有管脚数量少，外围电路简单，安装与调试简便，性能优良，价格低廉等优点。方案2：PT4105是一款大功率LED驱动用18V降压转换器。它包含一个PWM控制器、一个高精度的能带隙参考源、一个误差放大器、相位补偿电路、软启动电路、保护电路、IC使能电路、输入电压检测电路、逻辑控制电路和功率MOS管。PT4105采用固定功能以避免在输出过载对器件造成损害。由于任务要求升压电路的制作，无其他附带功能，因此UC3842更符合我们的任务要求，所以我们选择了方案1。（2）设定电路模块选择：方案1：采用LM336,LM336典型输出电压为2.49V时，其输出电压的波动范围为2.39-2.59V。方案2：采用TL431,TL431是一种具有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，其典型输出电压为2.5V时，其输出电压的波动范围为2.47-2.52V。本设计中参考电压要求恒定于2.5V,TL431电压稳定性高于LM336，所以我们选择了方案2。（3）控制电路模块选择：方案1：采用可编程逻辑器件CPLD,CPLD可实现各种复杂的逻辑功能，体积小，稳定性高，价格也高，适合作为大规模控制系统的控制核心。方案2：采用Atmel公司的AT89C52,低功耗，高性能，但其本身功能较小，因此需要增加较多的外围电路来实现。本设计中仅要求控制电源模块参考电压，AT89C52更适合我们电路设计的要求，所以我们选择了方案2。（4）键盘模块选择:方案1：选用独立按键，编程简单，但浪费IO口（适用于按键在6个内的场合）。方案2：选用矩阵按键，编程复杂，节省IO口。（适用于按键大于6个的场合）。由于我们所需的按键在6个内，所以选择了方案1。显示模块选择：方案1：采用数码管显示。数码管耗能低，电压低，寿命长，同时采用二进制编码显示数字，程序编译容易，资源占用少，操作简单、经济。方案2：采用LCD1602液晶显示。1602一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式，驱动简单，但不能显示汉字。考虑到成本问题以及本系统没必要输出太多字母和汉字，所以选择了方案1。（6）报警装置模块选择：方案1：采用LED控制，LED易于控制，硬件和软件的设计非常简单，成本低。方案2：采用蜂鸣器报警装置，蜂鸣器噪音太大。LED不但功能达到了题目的要求，而且无噪音，所以我们选择了方案1。系统结构工作原理根据题目要求，本系统可划分为启动电路模块、设定电路模块、控制电路模块、键盘模块、显示模块、报警装置模块，系统总体方框图如图1：图1系统总体方框图考虑到模块多，我们最终把控制电路模块、设定电路模块、键盘模块、显示模块、报警装置模块这几个模块整合，集成在一个电路板上，启动电路模块集成在另外一个电路板上，共两个集成电路板。功能指标实现方法启动部分电路（图3）输入电压为3-3.6V，供给升压变换。UC3842的工作电压为7.5V,T1是另一路升压电路，主要是给UC3842供电的，工作原理也是利用电感电容的充放电来升压的。待电压升至7.5V时将前级升压电路断开用第一路升压电路输出的电压给UC3842供电。开关管以UC3842设定的频率周期开闭，使电感L储存能量并释放能量。开关管导通时，电感以V1／L的速度充电，把能量储存在L中。当开关截止时，L产生反向感应电压，通过二极管D把储存的电能以(Vo-Vi)／L的速度释放到输出电容器C9中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。UC3842的频率计算公式：F=1.8/(R1×C5)=1.8/(2000×0.015uf)≈50KHZ电感通电时的电压为3V，断电时电压为输出电压加二极管的导通压降减去电源电压（图2）：UL=10.5+0.7-3=8.2V占空比PWM：ton*3V=8.2*toffPWM=ton/(ton+toff)=8.2/11.2导通时间：ton=8.2*（1/50KHZ）/11.2=14.64us电感的平均电流IL:3V*IL=10.5V*0.2AIL=0.7A电感计算公式L:IL*L=V*ton0.7A*L=3V*14.64usL=63uH电感绕制采用外径26mm的铁粉芯环，计算公式为：L=93nH/N²63uH=（93nH/N²）*N²N=26匝图2设定部分电路我们采用线性电流源电路，主要特点是输出端短路时还有电流输出。LM358是一个集成双运算放大器，所以其具有虚短的功能，又因为R25为1Ω，所以根据欧姆定律可知I=U/1Ω，那么我们只要根据LM358的同向输入端的电压就可以调节输出电流。输入电压经过TL431得到基准电压2.5V，那么我们只要调节TL431后面并联的电阻的阻值就可以得到LM358同向输入端需要的电压，从而就调节想要的输出电流。电路如图4所示。图3启动电路图4设定部分电路测量控制分析处理控制电流输出值我是采用单片机加按键来控制的。电路刚启动时的输出电流是600mA，若想得到100mA的电流只需将R7,R26和R20,R12并联即可。同理，可得到150mA，200mA，300mA，450mA，的电流。它的原理是利用电阻分流来得到要求的电流值，再通过三极管可做为开关的原理用单片机来控制。二、核心部件电路设计1.关键器件性能分析UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。该调制器单端输出，能直接驱动双极型的功率管或场效应管。其主要优点是其管脚效应少，外围电路简单，电压调整率可达0.01%，工作频率最高达500KHz，启动电流小于1mA，正常工作电流为5mA，并可利用高频变压器实现与电网的隔离。该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。TL431是由德州仪器生产，所谓TL431就是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。电路结构工作机理因为整个电路的效率要求高，所以启动电路我们采用开关电源电路。利用开关管UC3842不断地给电感和电容充放电来输出想要的稳定电压。设定电路中有个特殊的要求，是要输出端短路时输出电压为0，而输出电流要为起初设定的值，所以我们设定电路采用线性恒流源电路。电路的工作原理是用TL431产生一个2.5V的基准电压，然后用电阻分流输出想要的电流值。3.电路实现调试测试我们先在万用板上搭建一个简单的电路通过调节元器件来调试和测试它的指标，待电路调试出来时再选取元器件的值，最后焊接电路。三、系统软件设计分析程序设计若想得到100mA的电流需按下按键S103，第一位数码管显示1，然后按下S101按键，即可得到100mA的电流。再按下按键S103,第一位数码管显示2,然后再按下按键S101,即可得到150mA的电流。数码管会显示1-6，对应的电流值是，100mA、150mA、200mA、300mA、450mA、600mA。按下S102，第三个数码管可显示1-3，对应的是周期为10ms、30ms、100ms。按下S100,第四个数码管可显示0-6，对应的功能是恒流输出，1-5个脉冲输出，连续脉冲输出。注意每次调整好对应的参数时，要按下S101确认按键。程序流程图如图6：图6程序流程图四、竞赛工作环境条件1.测试方案先测试升压电路，看电路能否达到题目的要求，待升压电路没问题后就测试恒流源电路，最后软硬件联调。2.测试仪器示波器，万用表，直流稳压电源五、作品成效总结分析1.系统测试性能指标输入电压为3.0V-3.6V时,升压电路输出电压可调，按(2)要求调整在10.5V左右，满足基本要求（2），当输出电压调整高于10.5V时，空载（电阻最大）红色LED常量，报警，满足基本要求（4）。加负载测试数据分析，理论电流100mA，实测电流101mA，则此时实测电流相对误差为1-100/101=0.991%，同理根据测得数据可知，实测电流为150mA、200mA时，相对误差分别为0.67%、0%，均低于2%，满足基本要求（3）。发挥部分测试数据分析，理论电流300mA,实测电流298mA，则此时相对误差为0.67%，同理根据测试数据可知，理论电流为450mA、600mA时，相对误差分别为0.44%、0.33%，均小于5%，满足发挥部分要求（2）。别的需要在示波器上测试的题，经测试，基本上都达到了题目的要求。2.成效得失对比分析我们电路最遗憾的是效率没有达到，但是我们别的题包括发挥部分都做出来了，总的来说我们对自己设计的电路很满意。3.创新特色总结展望刚开始时我们做电路板，将打印在覆铜板上的线条镜像后印在覆铜板上，导致做出来的电路板是与实际设计时的电路板相反的。后来在调试电路时发现怎么调节电路都达不到题目要求的参数，经过我们仔细排查，原因是电路板上的8050的三极管封装与我们买的8050三极管封装不同，后来我们换了别的三极管，