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1、四川托普信息技术职业学院毕业设计题目：直流稳压电源及漏电保护装置的设计与制作系 部： 电子与通信系 专 业： 电子信息工程 指引单位： 电子与通信系 四川托普信息技术职业学院专科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：直流稳压电源及漏电保护装置）是本人在导师的指引下独立进行研究所获得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不涉及任何其她个人或集体已经刊登或撰写的成果作品。作者签名： 杨志勇 9月 10 日 （学号）： 110237摘要直流稳压电源及漏电保护装置是由MSP430单片机、LCD12864液晶显示屏、直流供
2、电模块、电压取样模块、预稳压模块、高精度低压差稳压源模块、漏电保护装置模块等等构成。MSP430系列单片机是一种16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）构造，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令。MSP430单片机的功能是用来控制题中规定的功率测试及显示等功能，液晶显示屏采用LCD12864显示，直流供电模块和预稳压模块、高精度低压模块在一起构成了直流稳压电源，电压取样模块的作用是用来取样输出电压的大小，再把电压信号反馈回单片机，通过程序控制显示出功率的大小，漏电保护装置重要的作用是检测出漏电流的大小。预稳压和稳压模块的
3、亮点在于稳压部分采用了沟道增强型场效应管IRF9640，而不是常用的N沟道场效应管，P沟道场效应管的内阻可降至毫欧以内，因此可以在极低的压差下正常工作。从而可以完毕输入为5.5V时，输出为5V的功能。在稳压前级模块中，采用了预稳压电路，并实现了高电压与低电压的良好对接，同步能减轻了后级稳压电路的承当，保证了输出精度。在取样电路中，采用了高精度基准电压源，既保证了电路所规定的精确度又简化了电路。核心字：单片机、低压差线性稳压源、电压采样电路、显示模块、预稳压电路、漏电保护目录第一章 引言11.1有关直流稳压电源及漏电保护装置1第二章 系统设计22.1系统构造模块22.2单片机模块22.3直流输入
4、供电模块22.4漏电保护装置模块32.5方案选择3第三章 硬件设计43.1 MSP430单片机简介43.2 预稳压模块53.3 稳压模块63.4 漏电保护模块73.5 液晶显示模块83.6 系统功能综述8第四章 软件设计104.1 功率/电压/漏电流显示10第五章 Proteus仿真及调试115.1有关Proteus115.2仿真图设计125.3设计成品调试125.3.1 软件调试125.3.2 硬件调试135.3.3 调试成果135.3.3.1 输出电压测试135.3.3.2 电压调节率145.3.3.3 负载调节率145.3.4 其她发挥部分测试155.3.4.1 漏电及保护测试155.3
5、.4.2 30MA电流误差155.3.4.3 保护装置的接入功耗155.3.4.4 其她测试15第六章 结论16七 参照文献17道谢18附录19附录1 C语言程序19附录2 PCB与原理图的设计252.1 LT1083正可调稳压器有关的设计252.2 漏电流保护装置电路图272.3 直流稳压电源模块电路图28附录3 元器件清单28第一章 引言1.1有关直流稳压电源及漏电保护装置随着现代技术的发展,精确大动态范畴的电源得到了广泛的应用，精密的的电源在科研和工作中是不可或缺的。本题规定我们自制一种低压差直流稳压电源及漏电保护装置，当输入电压在5.5V25V变化时，规定输出电压为50.05V，当输入
6、电压在5.5V7V变化时，规定输出电压为50.05V，并达到相应的电压调节率和负载调节率都要不不小于1%。同步制作功率显示装置与漏电保护装置。直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要通过变压、整流、滤波、稳压四个环节才干完毕。直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备，常用的直流稳压电源，大都采用串联式反馈式稳压原理，通过调节输出端取样电阻支路中的电位器来调节输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调节范畴窄，使一般直流稳压电源难以实现输出电压的精确调节。本文重要分六大部分：引言、总体方案、硬件系统、软件系统，Proteus仿真波形截图，总结。引言，一方面对课题
7、研究背景和所波及的有关技术领域进行了简介；第一章对系统所要完毕的功能和可扩展的功能进行描述，拟定系统的设计方案重要参数计算，第二章对系统的硬件构造和各部分构成作了简要的简介和解说；第三章是硬件部分，重要简介了MSP430单片机简介和供电模块、预稳压模块稳压模块、漏电保护模块液晶显示模块。第四章是显示功率、输入电压模块，这部分重点简介了主程序的流程框图及各个子程序的流程框图。第五章是仿真的截图。最后对整篇文章进行了总结。第二章 系统设计2.1系统构造模块整个直流稳压电源及漏电保护装置系统重要由单片机模块、直流输入供电模块（供电模块、预稳压模块、稳压模块）、漏电保护装置模块、显示模块构成。此装置重
8、要是为了能检测出瞬间电流的大小，能合用于供电站，用来检测供电区域瞬间电流的大小，如果过大，就直接断开，能保护送电装置。如图2-1稳压模块供电模块预稳压模块 MSP430 漏电保护液晶显示图2-1 直流稳压电源及漏电保护装置系统框图2.2单片机模块方案一、如果运用LM324和P沟道的场效应管设计本体，单片机就可以直接选择89C51，其长处是电路成熟可靠，电路简朴，易于设计。但是存在的缺陷是 功耗较大，运转速度较慢，功能不齐全，需要外加设计A/D转换。方案二、直接采用MSP430单片机，其长处是速度高，功耗低，节能环保，功能齐全，程序简要，自带A/D D/A PWM PID等功能。2.3直流输入供
9、电模块方案一、运用LM324 和P沟道的场效应管IRF9640设计的线性直流电源，输出电流大，能满足额定输出电流为1A的直流稳压电源，其外围元器件较少，但是，精度不高，需要为电路外加一种电源，或者可以用一种稳压管来替代电源，但就不能精确的达到5V，那么对背面的输出电压就会产生影响，同步，纹波系数较大，也许对直流稳压电路产生不良影响，不能达到题目规定方案二、采用LT1083，其有构造简朴、性能优良、调试以便、价格便宜等明显长处，并且能提供的最大电流可达到7A，更重要的是，实验室存在大量LT1083拆机件，可以充足运用资源，达到节省的目的。2.4漏电保护装置模块方案一、运用一种RCV420电流环接
10、受器芯片，用来检查R和Rl之间的电流差值与否达到30MA，在运用一种运放LM324做一种电压比较器，最后把比较器的输出端接入一种可控硅开关，让电路能自锁，满足电路的规定。方案二、运用一种继电器，和两个IAN194芯片，然后直接用软件来控制漏电保护装置的规定，同步也能达到自锁的规定。2.5方案选择 一方面单片机选择，两个方案相之对比，方案一虽成熟、设计简朴，但是速度较低，能耗高，精度较低，缺少所需的AD转换功能。方案二则能满足题目所需的功能，因此选择了MSP430单片机 然后，直流输入供电部分，两个方案相对比，由于方案二能完全满足题中的规定，因此我们选择了方案二。漏电保护装置模块，为了电路简朴，
11、容易控制，以便调制，因此我们选择了方案二。第三章 硬件设计3.1 MSP430单片机简介MSP430系列单片机是美国德州仪器（IT）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集RISC的混合信号解决器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号解决器，是由于其针对实际应用需求，将多种不同功能的模拟电路、数字电路模块和微解决器集成在一种芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中解决能力强：MSP430系列单片机是一种16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）构造，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数
12、寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参与多种运算；尚有高效的查表解决指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。运算速度快：MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号解决的某些算法（如FFT等）。超低功耗：MSP430 单片机之因此有超低的功耗，是由于其在减少芯片的电源电压和灵活而可控的运营时钟方面均有其独到之处。一方面，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟
13、条件下运营时，芯片的电流最低会在165A左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1A。另一方面，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一种晶体振荡器（32.768kHz）DT-26 OR DT-384，也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运营时启动的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着明显的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM
14、0LPM4）。在实时时钟模式下，可达2.5A ，在RAM 保持模式下，最低可达0.1A 。图3-1 MSP430芯片3.2 预稳压模块直流稳压电源的设计，只要是为了满足题中的电压调节率和负载调节率1%，然而在设计稳压电源的过程中最困难的地方在于低压差的控制，以及电压调节率和负载调节率规定的精度高。为了达到题中的规定，我们设计了一种两级电路，由于两级电路能达到低压差的控制，同步，满足精度高的规定。因此，我们一方面采用了一种预稳压电路，该电路先对高于7V的电压进行降压，使得后级电路可以稳定输出5V电压，此电路的特点在于电压调节率非常的好，在测量的过程中，基本上没有什么变化。同步，由于重要功耗都耗散
15、在预稳压电路，因此精确稳压部分功耗较低，大大加强了电路的热稳定性，因此设计的这个直流稳压电源是完全满足这个题的规定的。图3-2 预稳压电路3.3 稳压模块为了达到电路中规定的低稳压，因此在精密低压差电路中使用了2只P沟道增强型场效应管IRF9640，而不是使用的N沟道的增强型效应管，由于N沟道的Ugs的启动电压过高，不能在电源电压为5.5V，漏极为5V的状况下进行工作，因此必须使用P沟道的增强型场效应管。如图3-3 就是一种低压差的精确稳压电路，此电路性能优秀，电路简朴，可靠性高，成本低，精确度高。完全能满足题中所规定的精确度，有了预稳压模块和稳压模块，加上供电模块就直接构成了我们题中规定设计的直流稳压电源，由于我们在这一种模块的精确度是非常的高了，因此为后级电路做好了一种较好的准备。图3-3 低压差精确稳压电路3.4 漏电保护模块我们在设计漏电保护装置模块时，先是用高电压端和低电压端两端测量电流的方式。当高品位电流值不小于低端电流值时，那么就证明此时电路存在漏电电
