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1、基于STC12C5410AD数字稳压电源开发实训技术报告：倪星炜 孔令松 亮 组号： 第九组 指导王老师 徐老师 晓阳 提交日期：20XX4月19日目录第一章绪论21.1概述21.2设计目的31.3设计要求3第二章 系统结构具体设计32.1 几种数控直流稳压电源设计方案比较32.1.2 方案的比较与论证42.1.3具体方案的确定52.2电源采用数字控制,具有以下明显优点:12第三章组装调试123.1 印制板的组装123.2 常用组装方法143.2.1. SMT主要优点143.2.2.主要问题153.3 元器件安装的技术要求153.4静态测试与调整：163.5动态测试与调整17第四章软件编程18
2、4.1 数码管显示流程图1184.2 PWM流程图2184.3A/D采样流程图318图3184.4程序案例19第五章整机调试与测试21结论与心得22致23参考文献24第一章 绪论1.1概述电源是各种电子、电器设备工作的动力,是自动化不可或缺的组成部分,直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。稳压电源是用电器必不可少的能源动力,其要求有较高的稳定性和实用性。通常中,一种用电器相对于一定值电源电压,在相对于多种用电器中,一种多级供电电源可以用来备接交替使用,会方便经济很多。在满足稳压电源的基本性能上,利用数字电路的快捷传输特性,将数字技术应用到稳压电源中,实现其控制可调性。能在较宽的电源波动围稳定使
3、用,适用于多种电压围调控,可设计有多种输出接口。该电源优点在于方便实用,且成本低廉,在低压用电器中可以取代多种电源即一源多用,也适用于旅行携带。1.2设计目的1了解和巩固所学的理论知识,训练应用已经学过的理论知识分析解决工程实际问题的能力。2进一步提高同学们动手能力。3 能根据要求设计电路,并对经计算机仿真成功后的电路进行焊接调试。1.3设计要求设计并制作基于STC12C5410AD的数字稳压电源的开发,基本要求如下:1 BUCK结构及原理 BOOST结构及原理2 输出电压u与输出电压的主调关系3 电压调整率=0.1%4 负载调整率=1%5纹波电压峰峰值=75% 第二章 系统结构具体设计随着新
4、型电力电子器件和适于更高开关频率的电路的不断出现,而传统应用技术,由于功率器件性能的限制使开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,为了提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源,十分必要。2.1 几种数控直流稳压电源设计方案比较2.1.1 几种设计方案电路原理 方案1：采用模拟的分立元件,利用纯硬件来实现功能,通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路,实现稳压电源稳定输出5 V、12 V、15 V并能可调输出030 V电压,见图1所示。但由于模拟分立元件的分散性较大,各电阻电容之间的影响较大,因此所设计的指标不高、不符合设计要求
5、、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大,同时焊点和线路较多,使成品的稳定性和精度受到影响。方案2：此方案采用51系列单片机作为整机的控制单元,通过改变输入数字量来改变输出电压值,从而使开关控制电源输出电压发生变化,间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小,经过ADC0809进行模数转换,间接用单片机实时对电压进行采样,然后进行数据处理。利用单片机程控输出数字信号,经过DA转换器输出模拟量,再经开关电源控制电路,使得输出电压达到稳压的目的。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控,输出电压经过电流电压转变后,通过AD转换芯片,实时把模拟量转化为数据量,经单片机分
6、析处理,经过数据形式的反馈环节,使电压更加稳定,构成稳定的压控电压源。而且采用PWM控制的开关电源,该电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。而且在成本上与同等功率的线性稳压电源相当,而电源效率显著提高,体积和重量则大为减小。2.1.2 方案的比较与论证 输出模块 方案1采用线性调压电源,以改变其基准电压的方式使输出不仅增加减少,这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出地影响,此输出只能是用万用表量出。在方案1中,为抑制纹波而在线性调压电源输出端并联的大电容降低了系统的响应速度,这样输出的电压难以跟踪快变的输入,方案2中的输出电压波形
7、与DA变换输出波形相同,不仅可以输出直流电平,而且只要预先生成波形的量化数据,就可以产生多种波形输出,使系统有一定驱动能力的信号源。数控模块 方案1利用纯硬件来控制电压的输出,其中最基本的电路原理分析,需要计算负载的大小,稳压管的选择有关,如方案1中的双计数器一旦出现计数不同步时,会导致显示电压与输出电压不一致。在方案4中采用AT89C51单片机完成整个数控部分的功能,同时,AT89C51作为一个智能化的可编程器件,便于系统功能的扩展。控制模块 在该系统中,采用具有DA转换功能的PWM调节电路、斩波电路、阔流器和可调稳压管去控制输出参考电压,在利用AD转换采样,使输出更准确,且纹波小,电流亦可
8、扩展,容易保护电路。 显示模块 方案2采用4位数字电压表直接对输出电压采样并显示输出实际电压值,一旦系统工作异常,出现预制值与输出值偏差过大,用户可以根据该信息予以处理,还采用了键盘显示器的查询时间,提高了CPU的利用率。2.1.3具体方案的确定数字稳压电源的方案框图24VDC/DC转换器滤波器输出U0 5-10VI00.8ALM7805LM7805四位LED数码管显示PWMMMMA/D采样KeyboardU0/I0、Ui/Ii取样检测基于STC12C5410AD的数字稳压电源电路主要由DC/DC转换器、滤波器、LM7805、STC12C5410AD型单片机、四位数码管显示器、键盘控制等几部分
9、组成。本次项目设计最大特点就是采用了自带A/D采样、PWM系统的STC12C5410AD型单片机。利用A/D采样检测系统可以随时对输出的电流电压进行检测。改变PWM中的方波脉冲的占空比从而控制输出电压。向电路中输入24V的直流电压,再经过DC/DC转换器将24V的直流电压转换成5-10V的直流电压。滤波器对输出的电压的纹波、噪声进行改善。由于单片机正常工作需5V电压方可正常工作,而线性变换开关LM7805输出电压正好是+5V,这时可通过此芯片来达到要求。用四位数码管来显示结果。数字稳压电源的原理图 电源部分 滤波电路 电流电压检测电路 键盘控制部分 单片机系统部分 复位部分 138译码器 MC
10、U驱动部分 数码管显示部分2.2电源采用数字控制,具有以下明显优点:1易于采用先进的控制方法和智能控制策略,使电源模块的智能化程度更高,性能更完美。2控制灵活,系统升级方便,甚至可以在线修改控制算法,而不必改动硬件线路。3控制系统的可靠性提高,易于标准化,可以针对不同的系统,采用统一的控制板,而只是对控制软件做一些调整即可。4系统维护方便,一旦出现故障,可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试,故障查询,历史记录查询,故障诊断,软件修复,甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过MODEM远程操作。5系统的一致性好,成本低,生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在
11、差异,所以,其一致性很好。由于采用软件控制,控制板的体积将大大减小,生产成本下降。6易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统,每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制,易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法,从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。第三章 组装调试印制电路板在整机结构中由于具有许多独特的优点而被大量地使用,因此当前电子设备组装是以印制电路板为中心展开的,印制电路板的组装是整机组装的关键环节。3.1 印制板的组装1组装的定义：电子设备的组装是将各种电子元器件、机电元件及结构件,按照设计要求
12、,装接在规定的位置上,组成具有一定功能的完整的电子产品的过程。组装容主要有：单元的划分；元器件的布局各种元件；部件、结构件的安装；整机联装等。在组装过程中,根据组装单位的大小、尺寸、复杂程度和特点的不同,将电子设备的组装分成不同的等级,称之为电子设备的组装级。2组装特点电子设备的组装,在电气上是以印制电路板为支撑主体的电子元器件的电路连接。在结构上是以组成产品的金属硬件和模型壳体,通过紧固零件或其他方法,由到外按一定的顺序安装。电子产品属于技术密集型产品,组装电子产品的主要特点是： 组装工作是由多种基本技术构成的。如元器件的筛选与引线成形技术,线材加工处理技术,焊接技术,安装技术,质量检验技术
13、等。 装配操作质量,在很多情况下,都难以进行定量分析。如焊接质量的好坏,通常以目测判断,刻度盘、旋钮等的装配质量多以手感鉴定等。因此,掌握正确的安装操作方法是十分必要的,切勿养成随心所欲的操作习惯。 进行装配工作的人员必须进行训练和挑选,经考核合格后持证上岗、否则,由于知识缺乏和技术水平不高,就可能生产出次品,而一旦混进次品,就不可能百分之百地被检查出来,产品质量就没有保证。 3组装的技术要求不同的产品,不同的生产规模对组装的技术要各不相同的,但基本要相同的 安全使用： 电子产品组装,安全是首要大事。不良的装配 不仅影响产品性能,而且造成安全隐患。 不损伤产品零部件 组装时由于操作不当,不仅可
14、能损坏所安装的零件,而且还会殃及相邻的零部件。例如装瓷质波段开关时,紧固力过大造成开关变形失效；画板上装螺钉时,螺丝刀滑出擦伤面板带集成电路折弯管脚等。 保证电气性能电器连接的导通与绝缘,接触电阻和绝缘电阻都和产品性能、质量紧密相关。假如某设备电源输出线,安装者未按规定将导线绞合镀锡而直接装上,从而导致一部分芯线散出,通电检验和初期工作都正常,但由于局部电阻大而发热,工作一段时间后,导线及螺钉氧化,进而接触电阻增大,结果造成设备不能正常工作。 保证机械强度产品组装中要考虑到有些零部件在运输、搬动中受机械振动作用而受损的情况。例如一只安装在印制板上的带散热片的三极管,仅靠印制板上焊点就难以支持较重散热片的作用力。又如,变压器靠自攻螺钉固定在塑料壳上也难保证机械强度。 .保证传热、电磁屏蔽要求 某些零部件安装时必须考虑传热或电磁屏蔽的问题。在功率管上装散热片,由于紧固螺 钉不当,造成功率管与散热片贴合不良,影响散热。金属屏蔽盒,由于存在接缝,降低了屏蔽效果。如果安装时在接缝中加上导电衬垫,就可保证屏蔽性能。3.2 常用组装方法电子整机装配过程中,需要把相关的元器件、零部件等按设计要求安装在规定的位置上,实现电气连接和机械连接。连接方式是多样的,有焊接,
