E题 简易数控充电电源.docx

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1、E题简易数控充电电源（乙组）本系统以直流电源为核心，NECUPd78F0547单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，并可由液晶显示器显示输出的电压、电流值。简易数控充电电源济南铁道职业技术学院万乐、秦同军、刘鹏专家点评:本设计采用NECupd78F0547单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，并可由液晶显示器显示输出的电压、电流值。主电路采用运放1M324和达林顿管组成调节电路，电路设计合理，编程正确。除了完成题目要求外，电路设计了步进设置功能，可设置不同的恒流和稳压值。论文所附电路图不够清晰，主电路的设计缺少必要的计算。青岛科技大学李进教授2008/9/24目录摘

2、要1第一章方案比较与设计11.1 方案比较与选择11. 1.1控制电路方案比较与选择12. 1.2显示电路方案比较与选择13. 1.3恒流（压）充电电路方案比较与选择11.2 方案设计与论证21.2 .1整体电路组成21.3 .2总体电路组成框图2第二章电路设计、理论分析与计算22.1主要电路模块的分析计算与设计22.1.12.1.22.1.32.1.42.1.52.2软件设计62. 2.1程序流程图62.2.2主要程序清单（见附录2）6第三章测试数据与结果分析63. 1题目要求的测试63. 1.1输出恒流状态的测试63. 1.2输出恒压状态的测试73. 1.3数字显示功能83. 1.4过热保

3、护功能的测试81 .2创新部分的测试83 .3结果分析9第四章总结9参考资料10附录11附录1电路总图11附录2主要程序清单12摘要本系统以直流电源为核心，NECupd78F0547单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，并可由液晶显示器显示输出的电压、电流值。本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流（压）。实际测试结果表明，本系统可稳定地实现恒压或恒流充电状态，并在恒流输出时可设置电流IOOmA慢充和200mA快充，电压（流）波动和纹波电压（流）小，并具有过热保护和自动恢复

4、功能。关键词：恒压，恒流，电压（流）波动，纹波电压（流）小。第一章方案比较与设计1.1 方案比较与选择1.1.1 控制电路方案比较与选择：方案一：采用通用的51单片机作为主控器，完成数据处理，键盘扫描，显示部分的控制等。但51单片机没有AD转换，需要外接AD芯片来转换采集到的电压信号，使电路的硬件、软件变得复杂。方案二：采用NEC的UPd78F0547单片机，该单片机在本设计方案中具有以下优点：1：内置上电复位清零电路，低电压侦测电路和独立源看门狗电路，不需要任何外围元件；2：64个I/O口，不需要外扩展；3：8路IObitA/D；4：低功耗，宽电压范围，抗干扰能力强；5：自带键盘中断；比较上

5、述2种方案，方案二电路简单、软件简洁、功能强，本课题中我们采用方案二。1.1.2 显示电路方案比较与选择：方案一：采用数码管显示，成本低，亮度高，醒目。但在显示较多的项目时,硬件电路复杂，功耗大。方案二：采用肇庆金鹏OCMJ4X8C液晶屏，该屏自带字库，驱动程序简单，可以显示4行8列汉字（或4行16列字母，数字）。显示信息量大，外形美观。课题中需要同时显示电压，电流的设定值和输出值等，要求显示内容丰富。比较上述2种方案，方案二电路简单、显示信息量大、能很好的满足题目要求，我们采用方案二。1.1.3 恒流（压）充电电路方案比较与选择：方案一：选用CP1D等可编程逻辑器件，电路结构简单，工艺上容易

6、实工作稳定。方案二：采用运算放大器等通用电路实现恒流（压）的控制、调整，成本低、使用灵活、完全能满足题目对简易恒流（压）电源的要求。比较上述两种方案，虽然方案一实现起来比较容易，而且可以很容易地满足各项指标要求，但是，我队参赛的选手是大二的学生，目前还没有学习有关可编程逻辑器件（CP1D）的课程，所以我们选择方案二。1.2方案设计与论证1.2.1整体电路组成电路部分主要有：恒流、恒压充电电路，检测电路，控制电路，显示电路，、键盘电路，创新部分电路等模块组成。12.2总体电路组成框图键盘控制电路D/A转换电路充电电源调整电路显本电路电压、电流检测电路负载过热保护电路图1I总体电路组成框图第二章电

7、路设计、理论分析与计算2.1 主要电路模块的分析计算与设计2.1.1 恒流、恒压充电电路这部分电路是整个电路的核心部分，主要由D/A转换电路，恒流、恒压调整电路，检测电路组成。控制电路输送来的数字信号由D/A转换电路IC205转换成模拟信号作为基准电压，然后送到电压比较器IC201的正输入端。输出端取样电阻上取得取样电压信号送到电压比较器IC201的负输入端，与基准电压比较，比较结果由IC201的输出端反馈到T202,控制T202的导通状态。由D201、D202、R201、T203组成一个恒流源A,恒流值I=2Ud-UbeR201。T202的导通状态影响着对恒流源A的吸收电流,从而改变恒流源A

8、对调整管T201基极的驱动电流,稳定调整管T201的输出值。为减小输出纹波，调整管T201使用达林顿三极管。调整管T201基极电流由一恒流源提供，进一步减小电源电压波动对调整管T201带来的影响。电路采用悬浮驱动。电位器W1O3以及单片机（内含A/D转换）组成电压检测电路。WI03将输出电压的取样信号送单片机内部的A/D电路进行转换，转换得到的数字信号由单片机处理，并由1CD显示器显示测量值。取样电阻R202、IC202以及单片机（内含A/D转换）组成电流检测电路。取样电阻R202上的取样信号送IC202处理、送单片机内部的A/D电路进行转换，转换得到的数字信号由单片机处理，并由1CD显示器显

9、示测量值。图2.1恒流、恒压充电电路原理图R212+5V图2.2D/A转换电路原理图2.12控制电路控制电路主要由NECUPd78F0547单片机及外围电路、键盘电路等组成。单片机接收检测电路传输来的信号，经过A/D转换后将电压和电流值显示到液晶上。该电路能够通过按键设定电源的输出电压值和电流值，通过控制D/A芯片的设定值实现控制输出电压值和电流值。并根据检测实际输出的电流（压）值与设定值比较后，调整D/A芯片的设定值，使得电源的输出稳定、可靠。图2.4键盘电路原理图2.13显示电路显示电路采用4行8列的汉字液晶屏显示实际的设定电流值、设定电压值、实际输出的电流值、实际输出电压值。电压分辨率0

10、.IV。电流分辨率1mA。液晶屏能够在设定时显示设定的电压和电流值。IO1U至啊t机P4、P6汉字液晶显示器图2.51CD显示电路原理图2.1.4电源电路此电源电路具有2组输出直流输出，一组为主输出DC18V,作为充电电路的能源输入；另一组输出DC12V和DC5V,给本电源中控制电路、恒流（压）调整电路、显示电路等部分提供工作电源。图2.6电源电路原理图2.15创新部分1恒流输出时，在IOOmA（慢充）和20OnIA（快充）可设置的基础上，增加了电流值从IOoMA-200MA可调功能，步进为20mA。2.可设置多种恒压输出状态，恒压输出值：10V,9V,12V。2.2软件设计2.2.1程序流程

11、图2.2.2主要程序清单（见附录2）第三章测试数据与结果分析本题目制作完成后,对整体电路的主要指标进行了实际测试。测试情况如下:3.1 题目要求的测试根据题目基本要求和发挥部分的要求，我们按要求条件反复作了多次测试，记录了测试结果，并对测试结果做了分析、对比。3.1.1 输出恒流状态的测试我们将充电电源接上负载电阻，适当选择负载电阻值，使充电电源处于恒流充电状态，进行模拟充电测试。这时可以方便设置IOOmA（慢充）和20OmA（快充），并能通过操作键盘，在IooMA-200MA之间方便可靠地调节电流值，步进为20mA。我们在恒流输出状态允许条件下，多次反复更换不同负载电阻值，测试了更换不同负载

12、电阻时，输出电流变化量的绝对值；在不同负载电阻条件下，实时检测输出的纹波电流值。记录了其中10次测试数据，见表3-1,3-2。表3T输出恒流（IOOmA）状态的测试数据记录表序号负值姆改变负载电阻时，测试电流变化绝对值发挥部分要求的绝对值测试的纹波电流值发挥部分要求的纹波电流值结果是否满足题目发挥部分要求1103mA0.8mA1mA满足要求2151.8mA3mA0.7mA1mA满足要求3201.6mA3m0.7mA1m满足要求4301.3mA3mA0.6mA1mA满足要求5401.2mA3mA0.6mAW1mA满足要求6501.1mA3mA0.5mA1mA满足要求7601.1mA3mA0.5m

13、A1mA满足要求8701.1mA3mA0.5mA1mA满足要求9801.1mA3mA0.4mA1mA满足要求10901.0mA3m0.4mA1mA满足要求表3-2输出恒流（20OmA）状态的测试数据记录表序号负载电阻值（欧姆）改变负载电阻时，测试电流变化绝对值发挥部分要求的绝对值测试的纹波电流值发挥部分要求的纹波电流值结果是否满足题目发挥部分要求1103mA0.7mA1mA满足要求2151.7mA3mA0.7mA1mA满足要求3201.7mA3m0.6mA1mA满足要求4301.6mA3m0.5mA1m满足要求5401.6mA3mA0.3mA1mA满足要求6501.5mA3mA0.4mA1mA

14、满足要求7601.5mA3mA0.3mA1mA满足要求8701.3mA3mA0.2mA1mA满足要求9801.1mA3m0.2mWImA满足要求10901.0mA3mA0.2mAW1mA满足要求3.1.2输出恒压状态的测试我们将充电电源接上负载电阻，适当选择负载电阻值，使充电电源处于恒压充电状态，进行模拟充电测试。我们在恒压输出状态允许条件下，多次反复更换不同负载电阻值，测试了更换不同负载电阻时，输出电压波动值；在不同负载电阻条件下，实时检测输出的纹波电压值。记录了其中10次测试数据，见表3-3。表3-3输出恒压状态的测试数据记录表序号负载电阻值（欧姆）改变负载电阻时，测试电压波动值发挥部分要求的电压波动值测试的纹波电压值发挥部分要求的纹波电压值结果是否满足题目发挥部分要求12000.2V7mV10mV满足要求25000.05V0.2V7mV10mV满足要求3IK0.05VWO.2V6mV10mV满足要求