电赛报告（定稿） - 图文

中北大学大学生电子设计竞赛

项目总结技术报告

负责人： 学 院、系： 专 业：

联系电话： E＿mail: 项目名称：

李志鹏 学 号： 1001054127

理学院 理工科实验班

理工科实验班 15525467317 969011231@qq.com 数控直流电源 王明泉

指导教师:

2013年 4 月 2 日

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一、项目参加人员、负责内容以及技术特长： 主要人员 李志鹏 郭新雨 杨志 负责内容 单片机软件编程，调试电路 硬件电路设计，调试电路 软件仿真，调试、焊接电路 技术特长 软件编程 硬件电路设计 调试、焊接电路 二、项目背景 本项目“简易数控直流电源”为1994年第一届全国大学生电子设计竞赛A题。我们认真分析讨论后认为，此题综合了模拟电路，数字电路及单片机原理及应用等相关知识而且相对基础，能相对轻松地快速熟悉电子设计的相关流程，团队间的分工与协作。为后续从事较为难，灵活的电子设计打下坚实的基础。 此外本题有多种方案，可都调试比较方案的优劣，进而可以积累丰富的设计实践经验。我们还发现，由于年代较远，相关资料大多都用基本被淘汰的8031微控制器、较复杂的放大电路等。我们完全可以用现今经典实用的51单片机，简化电路实现精度更高，简单实用的数控直流电源。 三、主要研究内容 根据设计要求和使用需要，设计的数控电源具有以下功能： 1.整个电路由自制直流稳压电源(±15V，＋5V)供电； 2.电源的输出范围在0.0-9.9V，步进0.1V,波纹小于10mV，输出电压值由数码管显示，额定输出电流为500mA 3.用户通过以下键盘对电压实施控制： （1）通过“+”，“-”实现电压以0.1V步进； （2选择“扫描”后，再选择“+”，“-”，分别可实现电压正向、负向扫描； （3）选择“方波”后输出电压为扩展的方波； （4）选择“清零”后，电压将置为零； （5）选择“0-9”数值键可设置输出电压的个位和小数点位，并将设置值以数码管显示，再选择“确认”按键后，输出电压将自动调至所设定的值； 4．将输出电压通过A/D转换，并用数码管显示； 1

四、总体思路与研究方案 1. 总体思路 具体见下框图： ±15V，+5V直流电源 数码管（实际电压） 矩阵按键数控 51 单 片 机 数码管（预期电压） A/D D/A U,I放大 输出U 保护电路 2. 实施方案 将上述思路二分为三个部分：供电部分（±15V，+5V直流电源 ）、数控部分（矩阵键盘，51单片机，D/A）、放大输出部分（电压电流放大，保护电路）、显示部分（A/D,数码管）。具体方案如下： A.供电部分 供电部分输入220V，50Hz交流电，经双15V变压器变压，二极管整流桥整流，电解电容滤波，稳压芯片78xx，79xx稳压，最终输出三种电压+5V,+15V和-15V,其电路图见图一。+5V主要给单片机供电和做参考电压。±15V主要用于给运算放大器供电。

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图一、±15V，+5V直流电源电路图 B.数控部分 数控部分的核心为51系列单片机STC89C52最小应用系统。包括提供时钟脉冲的12M晶振，4.7K上拉电阻，复位开关等。其端口使用情况见图二和图五。 采用4×4矩阵按键作为输入控制（见图三），当有按键按下，单片机通过P3口扫描识别是哪一行，哪一列的按键，进而确定该按键。并通过软件延时消除按键抖动，再执行相对应的对数字量的控制操作，包括“＋”、“－”步进0.1V，“扫描”电压，“置数”，扩展的电压波形‘方波’，‘清零’赛题所要求的全部相关功能。其主要工作量是单片机编程和调试。 控制器（单片机）再将数字量输入数模转换器，数模转换器将其转换为模拟量（电压）。D/A选用的是10位串行输入的TLC5615，其输入通过单片机控制总线时序写入10位数字量和二位填充位。其供电电压５Ｖ，参考电压Vref亦为５Ｖ，加上其特性：输出电压 Uo?2DVref210， 其中Ｄ为控制器（单片机）所输入的数字量，Vref为参考电压。 由于能量守恒，故当Ｄ达到512时，若要再增加，其输出均为5V。题目所要求的输出0-9.9V要对应99个数字量，我们选用0，4，8，?392，396这99个数作为输入控制数字量。数字量增减4对应ＤＡＣ输出电压的0.0391V的变化，最大数字量396对应DAC最大输出电压3.8672 V。若将3.8672V放大为9.9V，则步进电压为 9.9?0.0391V=0.1001V，符合设计要求。 3.8672

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图二、STC89C52最小系统和按键接口 图三、4×4矩阵键盘 + - 扫描 清零 方波 确认 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

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C.放大输出部分 通过运算放大器将数模转换器所输出的电压比例放大。然后后接一缓冲器（射极跟随器），以降低输出电阻，提高输出电流，增强带负载能力。 数模转换器最大输出电压为5伏，而题目所要求的最大输出电压为9.9伏，故须进行电压比例放大。我们选用UA741作为比例放大的运放，并外接了部分电阻（如图四），其输入输出电压遵循如下关系： Auf?1?RF， R1其中Auf为电压增益，RF及R1如图四所示。 缓冲器部分采用以运放及晶体管两级搭建的射极跟随器（如图四），其输出电阻为： Rof?ro?rbe100?200//RE?//200?3? (1??)(1?RL)100其中ro为运放开环输出电阻约为100?，rbe为三极管等效输入电阻约为200?，?为三极管放大倍数约为100，RL为负载电阻(求短路电流取为0)，RE为射级的偏置电阻为200?。 故输出端的最大短路电流 IdMax?9.9V?3.3A Rof满足带负载输出电流大于0.5A的要求，故此设计可行。 图四、放大输出部分

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D、显示部分 A/D部分选用10位串行输出的TLC549，其接口见图五。其输出的10位数字量保存在单片机一个数组中，进而单片机通过其P2，P0端口控制数码管显示实际电压输出值。期望电压的显示同理。 5个数码管有2个用于显示期望电压值，另3个用于显示实际输出电压值。 数码管全为共阴管，单片机通过P20，P21,P22端口输出控制信号，再经过74HC138译码选择是5个中哪一个数码管显示，即位选。单片机再通过P0端口输出控制信号，进而通过地址锁存器74HC573控制被选中的数码管所显示的数字，即段选。具体接口电路见下图五。 图五、显示部分

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五、主要研究结果 测量仪器：优利德UT33D万用表 自制直流稳压源+15V，-15V，+5V的实际电压输出分别为+14.91V，-14.73V，+5.01V，有一定误差但完全可满足整个电路的供电要求。 矩阵按键数控经过不断调试，效果很理想，“+”，“-”无抖动，并通过数码管清晰显示期望电压值0~9.9V，D/A转换后经运放?A741电压比例放大后测试结果见表一。“扫描”可正向和负向0~9.9V连续步进。通过0-9数字键预置电压个位和小数位，预置值和数码管显示同步，测得电压放大结果误差很小。 表一、电压放大后调试数据 六、存在的问题及今后努力方向 问题：供电电源精度不高；整体电路中缺少过流保护电路，存在安全隐患；没测试可调电源的波纹度（用不到示波器），不知直流效果是否满足所要求的波纹度小于10mV要求。 努力的方向：进一步提高供电电源精度；加入过流指示和保护电路；测试降低电源的波纹度；提高电源带负载能力和效率。

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评审组意见： 评审组组长： 年 月 日

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c94p.html