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年德州职业技术学院毕业设计论文

德州职业技术学院

高职专业毕业论文

论文题目：

直流稳压电源与漏电保护装置

系部：

电子与新能源工程系

专业：

太阳能应用电子

姓名：

郭繁森

学号：

201202060203

指导教师：

裴勇生

二O一三年十一月十五日

摘要

直流稳压电源由于具有体积小、效率高、重量轻的特点，近年来飞速发展。

直流稳压电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使直流稳压电源进入更广泛的应用领域，别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

同样，漏电保护器对家庭用电有很好的保护作用，避免因电路中的电流过大而使电路中的负载损坏。

为用电提供了安全的保障。

本直流稳压电源及漏电保护，由LM388K组成的稳压电路与继电器组成的漏电保护装置共同组成，在漏电保护装置中利用单片机AT89C52与ADC0809检测电路中的漏电电流，从而控制继电器动作，同时控制液晶LCD1602显示电路的输出功率。

关键字:

LM388k单片机AT89C52ADC0809继电器液晶LCD1602

Abstract:

Dcregulatedpowersupplywiththecharacteristicsofsmallvolume,highefficiency,lightweight,rapiddevelopmentinrecentyears.Dcvoltage

Highfrequencypowersupplyisitsdevelopmentdirection,highfrequency,theminiaturizationofswitchpowersupply,dcregulatedpowersupplyandtoenterintoawiderrangeofapplications,especiallyinthefieldofhighandnewtechnologyapplication,promotedthehigh-techproductsofminiaturization,lightchange.

Also,theleakageprotectorforhouseholdshaveverygoodprotectioneffect,avoidthedamageoftheloadcurrentinthecircuitandmakethecircuit.Toprovidesecurityguarantee.

Thedcregulatedpowersupplyandelectricleakageprotection,composedofLM388Kregulatingcircuitandtherelaycomposedofleakageprotectiondevice,intheelectricleakageprotectiondevicewithAT89C52microcontrollerADC0809detectingleakagecurrentinthecircuit,soastocontrolrelayaction,tocontroltheoutputpowerofLCDLCD1602displaycircuit.

Keywords:

LM388K,singlechipmicrocomputerAT89C52,ADC0809,relay,LCD1602

第一章系统方案

1.1系统要求

1.1.1任务

设计并制作一台线性直流稳压电源和一个漏电保护装置，电路连接如图1示。

图中RL为负载电阻、R为漏电电流调整电阻、A为漏电流显示电流表、S为转换开关、K为漏电保护电路复位按钮。

图1.1.1电路连接图

1.1.2基本要求

设计一台额定输出电压为5V，额定输出电流为1A的直流稳压电源。

（1）转换开关S接1端，RL阻值固定为5Ω。

当直流输入电压在7~25V变

化时，要求输出电压为5±0.05V，电压调整率SU≤1%。

（2）连接方式不变，RL阻值固定为5Ω。

当直流输入电压在5.5~7V变化时，

要求输出电压为5±0.05V。

（3）连接方式不变，直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电流由

1A减小到0.01A时，要求负载调整率SL≤1%。

（4）制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。

1.2总体方案设计

1.2.1直流稳压电源方案设计

方案一：

利用三端稳压器78系列里的7805对电路进行稳压，最大输出电流为1.5A,

表1.2.1三端稳压器7805的参数图

由上表可知，输出电压典型值为5V，输出电压为4.75V～5.25V,不能将输出电压的误差范围控制在±0.05V之间。

方案二：

利用串联型大电流可调集成稳压器LM338k，它的最大输出电流为5A，可调范在1.25V~25V。

LM338k的控制端ADJ与可变电阻连接，当可变电阻变化到一定的值时，LM338k会使输出电压会保持在5V左右，不再因为输入电压的改变而变化，它组成电路简单而且稳定

综上所述，选用方案二。

1.2.2漏电保护器方案设计

方案一：

在干簧管上缠绕线圈与晶闸管、继电器共同来实现漏电保护。

干簧管上缠绕的线圈有不同的电流通过时，线圈会产生磁场同时使干簧管内的弹片接触其常开触点闭合，接通晶闸管，使继电器常开触点闭合，常闭触点断开。

同时断开输出电路，从而实现漏电保护功能。

但是干簧管上缠绕的线圈很难确定其产生磁场的大小。

方案二：

使用ADC0809判断电路中的漏电电流，是否超过设定的漏电电流值，从而使单片机启动继电器工作，断开输出电路，实现保护电路作用。

此方案可得到确定的数值。

可对漏电电流改变。

综上所述，选用方案二。

1.2.3显示模块方案设计

方案一：

使用液晶显示屏显示。

液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。

方案二：

使用数码管显示。

数码管具有：

低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称量快，精确可靠，操作简单。

但是数码管在显示大量的内容及字符时就显得有点吃力，不能满足大量内容的需求。

综上所述，采用方案一。

第二章主要元器件及其资料

2.1电源电路的主要元器件资料

LM338可调三端稳压器提供5A的平均输出电流，输出电压范围为1.2V至32V连续可调 。

LM338内置过载保护电路，自动限制功耗。

此保护电路允许瞬态负载强电流通，12A以内的瞬态电流不会实施保护，以利于某些设备的顺利启动。

图2.1LM338k的外观及引脚图

2.2控制部分的芯片（AT89C52）资料

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运

作频率35MHz，6T/12T可选。

图2.2（a）STC89C52单片机的引脚图

图2.2（b）STC89C5单片机的实物图

2.3检测部分的芯片（ADC0809）资料

ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

ADC0809的主要参数：

（1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

（2）具有转换起停控制端。

（3）转换时间为100μs（时钟为640kHz时），130μs（时钟为500kHz时）

（4）单个+5V电源供电

（5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

（6）工作温度范围为-40～+85摄氏度

（7）低功耗，约15mW

图2.3（a）ADC0809的内部结构图

图2.3（b）ADC0809的实物图

2.3显示模块芯片资料

1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。

它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。

1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块。

1602引脚资料：

第1脚：

VSS为电源地

第2脚：

VCC接5V电源正极

第3脚：

V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

第4脚：

RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：

RW为读写信号线，高电平

（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。

第6脚：

E（或EN）端为使能（enable）端,高电平

（1）时读取信息，负跳变时执行指令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：

空脚或背灯电源。

15脚背光正极，16脚背光负极。

1602的主要参数：

3.3V或5V工作电压，对比度可调

内含复位电路

提供各种控制命令,如：

清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能

有80字节显示数据存储器DDRAM

内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM

8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM

图2.3（a）lcd1602液晶引脚图

图2.3（b）LCD1602实体图

2.4漏电关断模块（继电器）资料

继电器（英文名称：

relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。

它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。

通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离。

图2.4（b）继电器模块的实物图

第三章理论分析与计算

3.1稳压电源分析计算

LM338是串联型大电流可调集成稳压器，最大输出为5A，可调范围在1.25～25V。

而使直流稳压电源输入为5.5V～25V，因此选用此芯片实现稳压5V。

图3.15V稳压电路

（1）当转换开关S接1端，RL阻值固定为5Ω。

当直流输入电压在7~25V变化时，要求输出电压为5±0.05V，电压调整率SU≤1%。

式中Uo1是直流输入电压为7V时的输出电压，Uo2是直流输入电压为25V时的源出电压。

所以：

U02-U01≦0.01U01，

U02≦1.01U01

（2）当连接方式不变，直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A时，要求负载调整率SL≤1%。

式中Uo1是负载电阻为500Ω时的输出电压，Uo2是负载电阻为5Ω时的直流稳压电源输出电压。

所以：

U02-U01≦0.05U01，

U02≦1.05U01

3.2显示模块分析

电路中的漏电电流经过ADC0809检测，判断电路中的电流是否达到电路设计的漏电电流，ADC0809检测后将检测信号传送给AT89C52单片机，使其控制保护电路，同时将电路中每段时间的电压和电流显示出来，是人们通过LCD1602液晶观察清楚，随时随地的了解电路中的电压。

3.3漏电检测分析计算

使用ADC0809检测并判断线圈中导线电流的变化，是否达到30mA，当电流达到30mA时，ADC0809将信号传至单片机使单片机工作，由单片机产生脉冲信号输出，通过继电器模块的线圈的断开来控制继电器的通与断，在使后面负载电路与电源电路断开；当电流小于30mA时，单片机与ADC0809正常工作，继电器模块吸合，始终保持电路接通。

3.4关断保护分析计算

本直流稳压电源及漏电保护器是利用ADC0809检测电路中漏电电流，判断其是否达到直流稳压电源及漏电保护器设定的漏电电流值。

如果达到设定的漏电电流，ADC0809将信号输入单片机AT89C52，输出信号，，使漏电关断部分动作，继电器吸合，继电器常闭触点断开，输出电路收到保护，图为3.4关断保护电路

图3.4关断保护电路

第四章硬件电路设计

4.1电路图设计

图4.1直流稳压电源及漏电保护部分电路图

4.2工作流程图

图4.2直流稳压电源及漏电保护器工作流程图

第五章利用软件检测应用

利用3keil软件编写程序产生hex文件，再通4过STC_ISP软件把编写好的程序下载到所用的STC89C51/STC89C52单片机中，对所写程序进行检测。

查看作品的实际动作。

第六章测试方案与测试结果

6.1调试方案与仪器

向串联型稳压电源输入5.5～25V之间的电压，利用电压表检测输出的电压，是否达到预定的要求5V,如果未达到，可利用螺丝刀对R1的阻值进行调整，直到使输出达到5V。

调节仪器

螺丝刀（用于调节可变电阻的阻值）

表6.1调试仪器

仪器名称

型号

技术指标

用途

数字万用表

MY63

2KHz±2.0%，20KHz±1.5%

检测稳压电路的输出电压和漏电电流

示波器

JC1022T

25Hz500M/s

用于检查电路中电流的输出波形

6.2测试数据

表6.2直流稳压电源的输出数据

输入电压（V）

7.00

10.00

13.00

16.00

19.00

22.00

输出电压（V）

4.99

4.99

5.00

5.00

5.01

5.03

6.3测试结果分析

当直流稳压电源输入在5.5～25V之间变化时，直流稳压电源输出保持在5±0.05V，同时当电路中的电流≧30mA时，由ADC0809检测，传输单片机控制继电器动作，断开输出电路，保护电路。

总结

通过本次直流型稳压电源及漏电保护的制作，学会了使用单片机和ADC0809的运用，了解了电路的构成，以及各器件的作用和在电路中的运用。

特别了解到了串联型大电流可调集成稳压器LM338k芯片的使用方法，了解了LM338k在电路中如何运用。

同时了解了漏电保护器内部构造，知道它是如何实现漏电保护的，漏电保护原理。

通过本次的学习，了解了很多的东西，对以后，不管是电子电路还是程序设计，都有重要的帮助。

致谢

大学的学习生活即将结束。

在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。

本文能够顺利完成，感谢各位老师的关心和帮助。

最后向所有关心和帮助过我的人表示真心的感谢。

参考文献

[1]王静霞，杨宏丽.单片机应用技术（C语言版）.北京：

电子工业出版社，2009.

[2]郭天祥.单片机C语言教程.北京：

电子工业出版社，2009.

[3]尹常永.电子技术.北京：

高等教育出版社，2008.

[4]韩广兴.电子实用电路识图学用速训.电子工业出版社，2011.

[5]姚丙申.数字电子技术与实训.济南：

山东科学技术出版社，2010.

[6]王松武.常用电路模块分析与指导.北京:

清华大学出版社，2007.

附件1

图附15V稳压电源的实物图

图附2单片机最小系统实物图

图附件3总体实物图

附件2

#include 

#include //调用_nop_（）；延时函数用

#define uchar unsigned char 

#define uint unsigned int 

uchar code table[]="0123456789"。

//定义显示的数组

uchar code table1[]="WWW.TXMCU.COM"。

sbit lcden=P1^0。

//定义管脚

sbit lcdrs=P1^7。

sbit lcdrw=P1^6。

sbit a=P1^3。

sbit b=P1^4。

sbit c=P1^5。

sbit st=P3^3。

sbit eoc=P1^1。

sbit oe=P1^2。

sbit CLOCK=P3^4。

uchar num,flag。

void delay（uint z）//延时函数 

{ 

uint x,y。

for（x=z。

x>0。

x--） 

for（y=110。

y>0。

y--）。

} 

void write_com（uchar com）//1602读指令

{ 

lcdrw=0。

lcdrs=0。

P0=com。

delay（5）。

lcden=1。

delay（5）。

lcden=0。

} 

void write_data（uchar date）//1602读数据

{ 

lcdrw=0。

lcdrs=1。

P0=date。

delay（5）。

lcden=1。

delay（5）。

lcden=0。

} 

void lcd_init（）//1602初始化函数

{ 

lcden=0。

write_com（0x38）。

write_com（0x0c）。

write_com（0x06）。

write_com（0x01）。

} 

void main（）//主函数

{ 

uchar date=0。

float temp=0.0。

uchar q,b,s,g。

uchar i。

a=1。

//选着ADC0809的第7通道

b=1。

c=1。

TMOD=0x12。

//选择定时器工作方式2 

TH0=254。

TL0=254。

//定时2us，为ADC0809提供500Khz的工作频率

TR0=1。

ET0=1。

EA=1。

lcd_init（）。

oe=0。

while

（1）  

{

st=0。

//ADC0809初始化 

st=1。

_nop_（）。

//延时1ｕs

_nop_（）。

st=0。

_nop_（）。

_nop_（）。

 _nop_（）。

for（i=0。

i<20。

i++）。

while（eoc==0）。

//等待转换完成 

{

oe=1。

date=P2。

//P2选择为ADC的数据口

oe=0。

 } 

temp= （float） date*5.0/256。

//数据处理

temp=temp/100.0。

temp=temp*100000.0。

q=（int）temp/1000。

b=（int）temp%1000/100。

s=（int）temp%1000%100/10。

g=（int）temp%10。

write_com（0x80）。

//1602显示处理好的数据

{ 

write_data（table[q]）。

delay（20）。

write_data（table1[3]）。

delay（20）。

write_data（table[b]）。

delay（20）。

write_data（table[s]）。

delay（20）。

write_data（table[g]）。

delay（20）。

} 

write_com（0x80+0x40）。

for（num=0。

num<13。

num++） 

{

write_data（table1[num]）。

delay（20）。

} 

} 

}