E题 简易数控充电电源乙组全国大学生竞赛山东赛区组委会Word下载.docx
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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10bitA/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：
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。
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
图2.2D/A转换电路原理图
2.1.2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2.3CPU电路原理图
图2.4键盘电路原理图
2.1.3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0.1V。
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。
图2.5LCD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
2.1.5创新部分
1.恒流输出时，在100mA（慢充）和200mA（快充）可设置的基础上，增加了电流值从100MA---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100mA（慢充）和200mA（快充），并能通过操作键盘，在100MA---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3-1输出恒流（100mA）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
1
10
---
≤3mA
0.8mA
≤1mA
满足要求
2
15
1.8mA
0.7mA
3
20
1.6mA
4
30
1.3mA
0.6mA
5
40
1.2mA
6
50
1.1mA
0.5mA
7
60
8
70
9
80
0.4mA
90
1.0mA
表3-2输出恒流（200mA）状态的测试数据记录表
负载电阻值（欧姆）
1.7mA
0.3mA
1.5mA
0.2mA
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
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
200
≤0.2V
7mV
≤10mV
500
0.05V
1K
6mV
2K
0.03V
4.7K
4mV
5.6K
0.04V
6.8K
5mV
8.2K
9.1K
0.02V
10K
3.1.3数字显示功能
充电电源输出电压值、输出电流值，均可在液晶显示屏上以汉字的形式显示。
3.1.4过热保护功能的测试
本充电电源具良好的过热保护功能。
模仿电源过热的工作环境，进行了多次测试，每次当电源温度上升到60oC（或者大于60oC）时，保护电路马上启动工作，电源停止输出，起到自动保护电源的作用。
当电源温度下降到正常状态后，电源自动恢复工作。
表3-4记录了其中10次测试情况。
表3-4过热保护测试情况记录表
电源保护时的温度（oC）
电源温度每次≥60oC时，是否即时保护
每次降温后是否自动恢复
61.0
是
60.8
60.2
60.9
60.4
60.7
60.6
60.5
3.2创新部分的测试
1.恒流输出时，在电流值100MA---200MA之间,反复进行了很多次的调整测试，步进为20mA。
每次都能方便灵活地进行电流值调整。
2.恒压输出时，除了10V恒压充电状态之外，还可以方便设置9V,12V等恒压充电状态。
反复进行了很多次的调整测试，每次都能方便灵活地进行恒压值调整。
3.3结果分析
将上述测试结果与题目要求进行了比较、分析，见表3-5。
表3-5结果分析表
项目
题目要求
（发挥部分）
测试结果
结果分析
基
本
要
求
输出恒流状态
电流100mA（慢充）和200mA（快充）
可设置
改变负载，输出电流变化
≤5mA
纹波电流
≤2mA
输出恒压状态
改变负载，输出电压波动
≤0.5V
纹波电压
≤20mV
数字显示
数字显示功能
实现
发
挥
部
分
保护功能
电源温度≥60oC时，保护；
降温后恢复
其他
特
色
创
新
恒流输出时
电流值在100mA--200mA之间可调整，步进为20mA。
无
有，可实现
恒压输出时
可设置多种恒压输出状态，恒压输出值：
无
本作品设计、制作完成后，对其主要指标进行了实际测试，并将测试结果与题目要求进行了比较、分析。
测试、分析结果：
本设计主要指标全部满足了题目基本要求和发挥部分的要求。
第四章总结
在本次设计的过程中，我们遇到了各种困难和许多没有预想到情况，但通过团队的协作和努力，我们终于克服了困难、解决了问题。
由于我们自身水平有限和时间紧张等因素，本作品在设计上还存在许多值得改进的地方。
经过此次电子设计竞赛，我们在电路的设计、调试方面得到了很好锻炼，能力也有了很大的提高，同时也深刻的体会到：
实践是理论运用的最好检验，懂得了共同协作和团队精神的重要性，提高了我们分析问题、解决问题的能力。
参考资料：
［1］刘守义．单片机应用技术．西安：
西安电子科技大学出版社，2002
［2］王福瑞．单片微机测控系统设计大全．北京：
北京航空航天大学出版社，
1998
［3］曾波．数控恒流源．电子世界，第九期，2005
［4］何希才．电子电路．北京：
北京航空航天大学出版社，2003
［5］李义府．模拟电子技术基础．长沙：
国防科技大学出版社，2004
［6］李朝青．单片机原理及接口技术．北京：
北京航空航天大学出版社，
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清华大学出版社，2005.5
［8］全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编：
第一届~第五届.北京：
北京理工大学出版社，2004.8
［9］杨志忠.数字电子技术.北京：
高等教育出版社，2003.12
［10］胡晏如.模拟电子技术.北京：
高等教育出版社，2004.3
［11］罗亚非.凌阳16位单片机应用基础.北京：
2003.12
［12］NEC78K0/KF28位单片机用户手册.2005.7
附录
附录1：
电路总图
附录2：
程序清单
/*-----------------------------------------------------------------------
智能直流电源控制程序
----------------------------------------------------------------------**/
#pragmasfr
#pragmaEI
#pragmaDI
#pragmaNOP
#pragmainterruptINTKRKEY_INT
#pragmainterruptINTTM50timer50
#pragmainterruptINTADAD_changor
/*--------------------------------------------------------------------*/
/*------tlc5615---------*/
/*---P5口用作TLC5615的通信口-----*/
/*---P5.0,P5.1,P5.2电压输出口-----*/
/*---P5.4,P5.5,P5.6电流输出口-----*/
#definedacsP5.0
#definedasclkP5.1
#definedinP5.2
#definedacs2P5.4
#definedasclk2P5.5
#definedin2P5.6
#defineRSP6.4/*--H:
data,L:
instructionlcdselect--*/
#defineRWP6.5/*--H:
read,L:
writelcdRWsignal--*/
#defineEP6.6/*--H:
activelcdclk--*/
#defineLcd_BusP4/*--lcddata--*/
/*-----------------------------------------------------------------------*/
unsignedintad_v=0x0060;
/*--定义10V，和12V电压的TLC5615对应的值--*/
constunsignedintdav[3]={200,280,360};
/*--10V,12V--*/
/*---定义100mA，120mA,140,160,180,200mA,对应的TLC设定值---*/
constunsignedintdai[6]={180,210,240,270,300,330};
/*--100mA,120mA,140mA,160mA,180mA,200mA--*/
unsignedintsetv=0;
/*设定的电压控制数值*/
unsignedintseta=0;
/*设定的电流控制数值*/
unsignedintsetv_presently=1;
/*当前的电压控制数值*/
unsignedintseta_presently=0;
/*当前的电流控制数值*/
unsignedchariv_flag=0;
/*--电压，电流设定标志。
0设定电压，1设定电流--*/
unsignedcharv_number=1;
/*--定义当前设定的电压值0：
9V，1：
10V，2：
12V。
默认10v--*/
/*-------------------------------------------------------------------
定义当前设定的电流值
0：
100ma
12
升级会员 