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论文:简易数控充电电源
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本系统以直流电源为核心,NEC upd78F0547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
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2008 年 E 题 简易数控充电电源(乙组)
本系统以直流电源为核心,NEC upd78F0547 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。
目录
摘要 …………………………………………………………………………………1
第一章 方案比较与设计……………………………………………………………1
1.1 方案比较与选择 ……………………………………………………………1
1.1.1 控制电路方案比较与选择……………………………………………1
1.1.2 显示电路方案比较与选择……………………………………………1
1.1.3 恒流(压)充电电路方案比较与选择………………………………1
1.2 方案设计与论证 ……………………………………………………………2
1.2.1 整体电路组成…………………………………………………………2
1.2.2 总体电路组成框图……………………………………………………2
第二章 电路设计、理论分析与计算 ……………………………………………2
2.1 主要电路模块的分析计算与设计 …………………………………………2
2.1.1 恒流、恒压充电电路…………………………………………………2
2.1.2 控制电路………………………………………………………………3
2.1.3 显示电路………………………………………………………………4
2.1.4 电源电路………………………………………………………………5
2.1.5 创新部分………………………………………………………………5
2.2 软件设计……………………………………………………………………6
2.2.1 程序流程图……………………………………………………………6
2.2.2 主要程序清单(见附录 2)………………………………………………6
第三章 测试数据与结果分析 ……………………………………………………6
3.1 题目要求的测试 ……………………………………………………………6
3.1.1 输出恒流状态的测试…………………………………………………6
3.1.2 输出恒压状态的测试…………………………………………………7
3.1.3 数字显示功能…………………………………………………………8
3.1.4 过热保护功能的测试…………………………………………………8
3.2 创新部分的测试 ……………………………………………………………8
3.3 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,NEC upd78F0547 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 100mA 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 10bit A/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 CPLD 等可编程逻辑器件,电路结构简单,工艺上容易实工作
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(CPLD)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。
1.2.2 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
显示电路
电压、电流检测电路
负载
过热保护电路
图 1.1 总体电路组成框图
第二章 电路设计、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-Ube/R201 。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 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 W103 以及单片机(内含 A/D 转换)组成电压检测电路。W103 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 LCD 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 LCD 显示器显示测量值。
图 2.1 恒流、恒压充电电路原理图
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