常用電源電路設(shè)計及應(yīng)用

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常用電源電路設(shè)計及應(yīng)用范文第1篇

關(guān)鍵詞：單片機 遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng) 485總線 232總線

中圖分類號：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0021-02

1 系統(tǒng)功能描述

遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)主要由主站端數(shù)據(jù)采集計算機、客戶端基于單片機的抄表模塊、具有串行數(shù)據(jù)通信接口的電能計量儀表三部分組成。客戶端的自動抄表模塊與數(shù)據(jù)采集計算機通過RS-485串行通信接口相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的工作原理是：用戶終端的智能電表通過RS-232協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送給抄表終端模塊，抄表終端在收到命令后把存儲的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給上級數(shù)據(jù)采集計算機，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)交換。本次畢業(yè)設(shè)計主要是研究客戶端基于單片機的電能表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)終端的實現(xiàn)方案和硬件設(shè)計。

綜合考慮各種因素之后，將該終端單片機抄表模塊所需實現(xiàn)的主要功能定義如下。

第一，正常情況下采用市電（220 V交流電）供電的方式，即采用交流電源即能維持終端模塊的正常工作；系統(tǒng)具有備用電池供電功能以保證在斷電情況下的供電。

第二，具有數(shù)據(jù)掉電保護(hù)功能，能保存用戶用電電量等信息。

第三，抄表終端與智能電表、遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)采集計算機分別通過RS-232和RS-485協(xié)議進(jìn)行通信。

第四，終端模塊具有實時時鐘功能，便于實時測量用戶用電電量。

2 系統(tǒng)分析

應(yīng)用于遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的電能表有脈沖電能表和智能電能表兩類。

脈沖電能表：能夠輸出與轉(zhuǎn)盤數(shù)成正比的脈沖串[1]。

智能電能表：可以通過串行口以編碼方式進(jìn)行通信，按照智能表的輸出接口通信方式劃分，智能電能表可分為串行通行接口型和低壓配電線載波接口型兩大類[1]。

電能表的兩種輸出接口比較：輸出脈沖方式技術(shù)簡單但在傳輸過程中容易發(fā)生丟失脈沖或產(chǎn)生多脈沖現(xiàn)象，而且不能重新發(fā)送；而具有串行接口輸出方式的智能電表則可以通過相關(guān)協(xié)議將采集的多項數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的遠(yuǎn)程傳輸[1]。因而本文中采用的電能表為具有串行通信接口的智能電表。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

3.1 系統(tǒng)供電方式設(shè)計

由于本模塊的使用現(xiàn)場環(huán)境相對特殊，故對于電源的設(shè)計必須充分考慮到系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性。長期以來單片機系統(tǒng)中使用的集成電路器件絕大多數(shù)在5 V或3 V的典型電壓下工作。為了避免采用多電源供電方案帶來的供電模塊設(shè)計過于復(fù)雜等問題，在設(shè)計本單片機系統(tǒng)時所采用的集成器件的典型工作電壓均為5 V。

在本系統(tǒng)中，220 V的單相交流電作為電源輸入，輸出為穩(wěn)定的+5 V電壓。供電模塊用來實現(xiàn)220～5 V的電壓轉(zhuǎn)換。設(shè)計方案如下：首先220 V的交流電通過防雷抗干擾電路，接著利用220/18 V變壓器降壓，再經(jīng)過橋式整流電路得到18 V左右直流電壓，再接著通過一系列的隔離濾波進(jìn)入直流轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器件LM2575最終得到系統(tǒng)正常工作所需要的5 V電壓。另外，考慮到現(xiàn)場存在停電的可能性，還應(yīng)該設(shè)計系統(tǒng)的備用電源。備用電源可以采用比較常見的鎳氫電池，當(dāng)系統(tǒng)正常供電時，電池處于充電狀態(tài)，對于充電的管理可以選用比較常用的電源充電管理芯片MAX713來管理備用電池的充電過程。當(dāng)現(xiàn)場停電時，自動轉(zhuǎn)為備用電池給抄表終端系統(tǒng)供電[7]。

3.1.1 正常條件下供電電路

系統(tǒng)在正常運行時采用單相交流電源供電方式，提供給單片機穩(wěn)定的+5 V電源。可以采用典型的單相橋式整流電路得到18 V直流電壓，后通過直流轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器件LM2575轉(zhuǎn)換得到系統(tǒng)正常工作所需的+5 V電壓。

3.1.2 備用電池充電電路

系統(tǒng)在由外部電源正常供電的同時對備用鎳氫電池進(jìn)行充電。備用電池充電電路的功能主要由電源充電管理芯片MAX713來完成。MAX713系列是Maxim公司生產(chǎn)的快速充電管理芯片，適合1～16節(jié)鎳氫電池或鎳鎘電池的充電。它可以通過簡單的管腳電壓配置進(jìn)行編程來實現(xiàn)對充電電池數(shù)量和最大充電時間的控制。當(dāng)系統(tǒng)失去外部市電供電電壓以后自動切換為由備用電池供電。

3.2 系統(tǒng)基本電路設(shè)計

由抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖可知，抄表終端要使用兩個串口分別對上層和下層通信，一個串口用作RS-232，用來和電表進(jìn)行通信；一個串口用作RS-485，用來和數(shù)據(jù)采集計算機通信。由于一般的51單片機只有一個串口驅(qū)動器，因此主控制器可以直接選用華邦公司的具有兩個串口驅(qū)動器的W77E58單片機或者采用一般單串口單片機外加串口擴展芯片例如16C550來擴展出第二個串口[5]。

下面對這兩種方案做簡單的對比。

方案1：采用具有兩個串口驅(qū)動器的增強型單片機W77E58。

由于串口驅(qū)動器在單片機內(nèi)部，所以不用外部再增加硬件設(shè)備就可以實現(xiàn)雙串口功能，同時這種方案的穩(wěn)定性好也比較可靠，而且相對于采用單串口單片機外加串口擴展芯片16C550成本要低一些。

方案2：采用具有一個串口驅(qū)動器的單片機外加串口擴展芯片16C550。

這種方案是對單片機擴展了一組外部寄存器，硬件投入比方案1多，系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有方案1好。

3.2.1 控制核心W77E58單片機

根據(jù)上文所述對單片機功能的要求以及方案的對比，本設(shè)計采用華邦公司的雙串口單片機W77E58。W77E58單片機內(nèi)含2個增強型串口和32 kB大容量Flash存儲器，指令集與51系列單片機完全兼容，非常適合在智能化監(jiān)控系統(tǒng)中使用[6]。

時鐘振蕩電路是CPU所需要的各種定時控制信號的必備單元，它為單片機提供時鐘脈沖序列。復(fù)位電路由22uF的電容和1 k的電阻及IN4148二極管組成。在滿足單片機可靠復(fù)位的前提下，該復(fù)位電路的優(yōu)點在于降低復(fù)位引腳的對地阻抗，可以顯著增強單片機復(fù)位電路的抗干擾能力；二極管可以實現(xiàn)快速釋放電容電量的功能，滿足短時間復(fù)位的要求。

3.2.2 W77E58單片機核心電路

單片機的核心電路包括單片機W77E58、單片機系統(tǒng)中常用的地址鎖存器芯片74LS373和存儲器SRAM6264。

由于單片機的I/O引腳有限，實際應(yīng)用中常采用地址鎖存器進(jìn)行單片機系統(tǒng)總線的擴展。本設(shè)計中地址鎖存器74LS373用來擴展單片機的系統(tǒng)總線，以連接單片機和存儲容量為8kB的片外隨機存儲器SRAM6264。SRAM6264采用+5 V的單電源，所有的輸入端和輸出端都與TTL電路兼容。WE為寫信號，CS為片選信號，OE為輸出允許信號，D0～D7為8位數(shù)據(jù)線，A0～A12為13根地址線[3，7，8]。

3.3 掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能的實現(xiàn)

在單片機控制系統(tǒng)中，通常要保證一些重要的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)掉電后不丟失，當(dāng)系統(tǒng)再次上電后能夠正確地讀取這些數(shù)據(jù)。本設(shè)計中就需要實現(xiàn)一些通信數(shù)據(jù)的掉電保護(hù)功能。實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能的方法有很多，常用的有系統(tǒng)擴展易失性存儲器（RAM）外加電池的方法和系統(tǒng)擴展非易失性存儲器（ROM）的方法。其中系統(tǒng)擴展非易失性存儲器的方法中常使用EEPROM和FLASH作為存儲介質(zhì)。EEPROM也稱為可擦除可編程ROM（Electrically Erasable PROM），隨著技術(shù)的發(fā)展，EEPROM的擦寫速度將不斷加快，容量將不斷提高，將可作為非易失性的RAM使用。由于所設(shè)計的系統(tǒng)中需要實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能的數(shù)據(jù)不多，所以選用支持IIC總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的串行EEPROM AT24C04作為系統(tǒng)的掉電數(shù)據(jù)保護(hù)介質(zhì)，它擁有512×8bit的存儲容量，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲容量大等特點。它的IIC接口簡單、操作方便，特別適合存儲單片機控制系統(tǒng)中一些重要參數(shù)[7，11]。

3.3.1 IIC總線簡介

IIC（Inter-Integrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開發(fā)的由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL構(gòu)成的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其設(shè)備。

IIC總線最主要的有點是簡單性和有效性。由于接口直接接在組件之上，因此IIC總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。但要注意IIC總線的接口一般為開漏或開集電極輸出，所以在實際電路連接時需要加上拉電阻[5]。

3.3.2 掉電數(shù)據(jù)保護(hù)電路設(shè)計

由于所選用的W77E58單片機沒有IIC總線接口，所以我們要用單片機的I/O口模擬IIC總線的時序來實現(xiàn)芯片的讀寫功能。用單片機的普通I/O口模擬IIC總線的硬件連接非常簡單，只需要使用W77E58單片機的P1.0口連接SCL，P1.1口連接SDA即可。

3.4 基于RS-232、RS-485串行通信接口電路設(shè)計

在實際應(yīng)用中，單片機很多時候不是作為一個獨立的控制單元而存在，它還要與其他單元進(jìn)行通信。串行接口是單片機應(yīng)用系統(tǒng)常用的通信接口。在實際應(yīng)用中，單片機系統(tǒng)使用的是TTL電平，單片機中的串口輸出的信號也是如此，但是串行通信中一般使用的是RS-232通信協(xié)議，二者的電平并不相同，需要外接接口進(jìn)行電平匹配。實現(xiàn)這種電平變換可以使用分立元件，也可以采用集成電路芯片，目前較為廣泛的是使用集成電路轉(zhuǎn)換芯片[7，8]。

由于抄表終端與數(shù)據(jù)采集計算機的距離較遠(yuǎn)，采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，帶負(fù)載能力差、通信范圍小，傳送距離不超過15 m，難以滿足遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸和控制。長距離通信通常采用RS-485方式。在單片機系統(tǒng)中加入RS-485方式的串行通信，就可以完成抄表終端與遠(yuǎn)程上位數(shù)據(jù)采集計算機的數(shù)據(jù)傳送。RS-485總線采用差分信號傳輸，抗干擾能力強，傳輸距離遠(yuǎn)。采用雙絞線在100 kbit/s的速率時可以傳送的距離為1.2 km，若速率降到9600 bit/s則傳送距離可達(dá)15 km。RS-485可以實現(xiàn)多個負(fù)載的功能。用一對線便可連接多達(dá)32個不同設(shè)備[13]。

RS-232既是電氣標(biāo)準(zhǔn)也是物理標(biāo)準(zhǔn)，而RS-485只是電氣標(biāo)準(zhǔn)，沒有規(guī)定現(xiàn)實其電氣特性所必需的物理環(huán)境，故可采用RS-232的物理標(biāo)準(zhǔn)。這就為在單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)RS-485通信提供了方便。應(yīng)用時仍使用單片機的串口，但是信號傳遞過程中使用RS-485協(xié)議，以達(dá)到較長的傳輸距離。本系統(tǒng)中需要使用兩個串行通信接口，一個用來和數(shù)據(jù)采集計算機通信，一個用來和電表通信，分別采用RS-485和RS-232標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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常用電源電路設(shè)計及應(yīng)用范文第2篇

北京工商大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院 付 揚

【摘要】設(shè)計一種多路輸出的直流穩(wěn)壓電源。通過對220V電網(wǎng)電壓進(jìn)行降壓、整流、濾波，并以三端可調(diào)和固定輸出的集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，得到多路電壓輸出。設(shè)計中依據(jù)Multisim仿真，通過不斷調(diào)試修改電路參數(shù)，取得了理想的設(shè)計效果。該電源可以滿足多種工作電壓系統(tǒng)的需求，并在實際中得到很好地使用，具有很強的實用價值。

【關(guān)鍵詞】Multisim仿真;穩(wěn)壓電源;多路輸出

1.引言

在電子電路和電子設(shè)備中常常需要各種不同電壓的直流電源，但有些電源只有某一固定電壓輸出，或有些電源體積偏大，給一些便攜式電子產(chǎn)品及小型的電子系統(tǒng)使用帶來不變，基于此本設(shè)計研究一種多輸出便于攜帶的直流穩(wěn)壓電源，它將電網(wǎng)交流電變?yōu)楦鞣N需要的直流穩(wěn)壓電源。

為保證設(shè)計實現(xiàn)，電路基于Multisim仿真進(jìn)行設(shè)計。Multisim是美國國家儀器公司推出的原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，它具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路。

2.設(shè)計任務(wù)及方案

設(shè)計多路輸出直流穩(wěn)壓電源，即輸出±（1.25V～20V）任意可調(diào)電壓;輸出±12V電壓;輸出±5V電壓。

設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，如圖1所示。其各部分主要完成的作用是：電源變壓器將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2;整流電路將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3;濾波電路將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4;穩(wěn)壓電路清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響，保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。

圖1 直流穩(wěn)壓電源框圖

3.單元電路設(shè)計

3.1 變壓器降壓和整流電路

220V交流電首先要降壓，以得到合適的電壓值，其降壓和整流電路如圖2所示。根據(jù)設(shè)計任務(wù)，需要降壓電路具有2路輸出，電源變壓器可選一次輸入220VAC，二次輸出2個繞組均為20V，其A點仿真波形如圖3所示，圖中兩條曲線分別為輸入交流電壓波形和降壓后的波形，A點相位與輸入相同，B點相位與輸入相反。

圖2 降壓和橋式全波整流電路

圖3 輸入波形和A點降壓波形

利用整流二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔祲汉箅p向變化的交流電變成單向脈動的直流電，常用的整流電路有單相半波整流電路與單相橋式整流電路兩種，本設(shè)計采用單相橋式整流電路，其仿真結(jié)果如圖4所示，圖中上面曲線為C點整流波形，下面曲線為D點整流波形。

圖4 整流電路仿真波形

設(shè)變壓器副邊電壓為：

（1）

整流輸出電壓平均值Uo：

（2）

由于每個周期內(nèi)，D1、D4串聯(lián)與D2、D3串聯(lián)各輪流導(dǎo)通半周，所以每個二極管中流過的平均電流只有負(fù)載電流的一半，二極管截止時，每個二極管承受的最高反向電壓就是變壓器次級交流電壓u2的最大值。

3.2 濾波

整流輸出的直流電壓脈動分量比較大，為減小脈動，在整流電路之后加上濾波電路。本設(shè)計采用電容濾波，電容在高頻時容抗小，和負(fù)載并聯(lián)，從而達(dá)到減小紋波的目的，電容濾波電路如圖5所示。

圖5 整流濾波電路

若濾波電路負(fù)載開路，則輸出電壓為。接入負(fù)載后，其輸出電壓取決于時間常數(shù)RLC，RLC 越大，Uo越高，脈動越小，同時負(fù)載電流的平均值越大，整流管導(dǎo)電時間越短，二極管 iD的峰值電流越大，當(dāng)時，工程上常取：

（3）

仿真波形如圖6所示，濾波后輸出電壓的脈動程度大大減少，而且輸出電壓平均值U0提高了，上面曲線是C點波形，此時C為10μF電容，下面近乎直線是D點波形，C為4700μF電容濾波波形。

圖6 10μF和4700μF電容濾波波形

3.3 穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路采用三端集成穩(wěn)壓器，三端集成穩(wěn)壓器只有三個引腳，即輸入端、輸出端、公共端。輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器有正輸出（LM78××）和負(fù)輸出（LM79××）兩個系列，以上各型號中的××表示輸出固定電壓值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8種。輸出電壓可調(diào)的三端集成穩(wěn)壓器有LM317、LM117（輸出正電壓），LM337、LM137（輸出負(fù)電壓），其最大輸入電壓40V，輸出電壓范圍為⒈25～37V。

4.整體電路設(shè)計實現(xiàn)

整體電路設(shè)計如圖7所示，輸出±可調(diào)電壓由LM317和LM337的E、F輸出，其通過調(diào)節(jié)滑動變阻器RW，輸出電壓可調(diào)，其輸出電壓計算公式：

（4）

LM7812和LM7912輸出G、H分別為±12V，LM7805和LM7905輸出M、N分別為±5V，其正電壓E、G、M點輸出仿真如圖8所示，負(fù)正電壓F、H、N點輸出仿真如圖9所示，由仿真可見，實現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計。

圖7 多路輸出穩(wěn)壓電源電路

圖8 分別為E、G、M點輸出電壓

圖9 分別為F、H、N點輸出電壓

5.結(jié)論

基于multisim的實現(xiàn)了直流穩(wěn)壓電源的降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓設(shè)計，實現(xiàn)了多種穩(wěn)壓輸出，其設(shè)計調(diào)試方便，達(dá)到理想設(shè)計。該設(shè)計已經(jīng)使用到我們電子技能實訓(xùn)的各種電子系統(tǒng)中，使用方便，效果很好。

參考文獻(xiàn)

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常用電源電路設(shè)計及應(yīng)用范文第3篇

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽至今已成功舉辦了十余屆，參賽學(xué)校和學(xué)生逐年遞增。各省、市積極配合，大力宣傳，也成為每年對各高校的教學(xué)成果的一次檢閱標(biāo)志。

2培訓(xùn)學(xué)生的選擇及參賽選手的選定

首先，新生入校后，對其大力宣傳大學(xué)生電子競賽的目的和意義，讓學(xué)生樹立信心。以自愿和培訓(xùn)指導(dǎo)團(tuán)隊教師推薦方式相結(jié)合進(jìn)行廣泛、初級選拔。在指導(dǎo)老師的培訓(xùn)下，對一些理論扎實，善于動手，具有創(chuàng)新能力的學(xué)生進(jìn)行全方面進(jìn)培養(yǎng)。在參賽的五至六個月前，從眾多的培養(yǎng)學(xué)生中再次選擇寫作水平較好的，理論和電路設(shè)計制作能力強的三人小組參加全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽的培訓(xùn)。在報名參賽時，選擇一個最佳小組隊伍參賽。

3培訓(xùn)內(nèi)容

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽分本科組和大專組。縱觀歷屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目類型：有電源類、信號源類、高頻無線電類、放大器類、儀器儀表類、數(shù)據(jù)采集與處理類和控制類七大類。其知識范圍廣，涉及電子技術(shù)、傳感器應(yīng)用、電機控制、電子測量、單片機應(yīng)用、電子CAD技術(shù)等內(nèi)容。培訓(xùn)具體內(nèi)容包含以下一些內(nèi)容：A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，專用集成放大器，信號變換電路，開關(guān)電源知識；各種集成傳感器，霍爾元件等及傳感器調(diào)理電路知識；混頻器、模擬乘法器，鎖相環(huán)，鎖相頻率合成器，DDS技術(shù)知識；各種交、直流電動機的控制，驅(qū)動電路的設(shè)計知識；各種計量電路、測量電路等測量知識；單片機最小系統(tǒng)設(shè)計，仿真軟件的使用知識；電子CAD、電子電路輔助設(shè)計軟件進(jìn)行電路圖繪制，PCB板圖設(shè)計，EDA技術(shù)應(yīng)用知識等。電子系統(tǒng)的基本方法、制作步驟，硬件、軟件設(shè)計，制板裝配，調(diào)試與測試等知識；電子設(shè)計競賽設(shè)計總結(jié)報告寫作的方法與要求等。

4培訓(xùn)方式與方法

高等職業(yè)院校的學(xué)制為三年，時間緊湊，為了能使培訓(xùn)工作順利進(jìn)行，通常采用課外分散培訓(xùn)和短期集中培訓(xùn)相結(jié)合方式進(jìn)行。

4.1課外分散培訓(xùn)

常設(shè)一個實驗室，配有齊全的電子測量儀器和設(shè)備，常年對培訓(xùn)學(xué)生開放。按學(xué)生的層次不同，分別制訂培訓(xùn)計劃，周一下達(dá)培訓(xùn)設(shè)計內(nèi)容，周末檢查。指導(dǎo)老師每周按時對學(xué)生指導(dǎo)，采用老帶新的方法。新生的培訓(xùn)從基本技能開始，進(jìn)行一些常用電路安裝、調(diào)試培訓(xùn)，由淺入深。老生的培訓(xùn)則采用個人和小組相結(jié)合的方法進(jìn)行，培訓(xùn)、設(shè)計制作的內(nèi)容相對復(fù)雜、難度較大。定期下達(dá)一個與全國大學(xué)生電子競賽試題難度相近的電子系統(tǒng)設(shè)計制作任務(wù)，指導(dǎo)老師定時進(jìn)行檢查指導(dǎo)。

4.2暑期集中培訓(xùn)

對參加每年一屆的省級競賽的同學(xué)，其培訓(xùn)時間一般為期2-3個月，其中用一個月時間對常用電路設(shè)計知識進(jìn)行培訓(xùn)。每周進(jìn)行2次校內(nèi)模擬競賽，電路設(shè)計難度和制作時間與省級歷屆的題目相近。對參加每兩年舉行一屆的全國小組競賽的學(xué)生，其培訓(xùn)時間一般為3-5個月，充分利用暑期進(jìn)行培訓(xùn)。要求每小組分工合作進(jìn)行資料查閱，電路系統(tǒng)設(shè)計，程序設(shè)計，電路安裝、調(diào)試，設(shè)計報告等工作。培訓(xùn)后2個月，每2周進(jìn)行一次模擬競賽，進(jìn)行電路設(shè)計制作，充分提高各小組成員的協(xié)作能力。

4.3加強培訓(xùn)指導(dǎo)教師團(tuán)隊建設(shè)

學(xué)校建立大學(xué)生競賽培訓(xùn)指導(dǎo)教師的培育與團(tuán)隊建設(shè)中心。在競賽組織方面，通過開展各種形式和規(guī)模的研討，集體討論競賽大綱、編寫培訓(xùn)教材、完善培訓(xùn)方式。通過培訓(xùn)指導(dǎo)教師的共同參與，確定培訓(xùn)目標(biāo)、內(nèi)容及定位。支持培訓(xùn)指導(dǎo)教師開展各項科研工作，以教學(xué)為基礎(chǔ)，以科研促進(jìn)教學(xué)，全面提升競賽水平。

4.4競賽技巧培訓(xùn)

設(shè)計總結(jié)報告的撰寫能力培訓(xùn)。競賽最后提交的成果形式除設(shè)計作品之外還有設(shè)計總結(jié)報告部分。其撰寫質(zhì)量直接關(guān)系著競賽的成績，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計報告的規(guī)范性訓(xùn)練是很有必要的，包括結(jié)構(gòu)安排、格式、文法與表達(dá)等。資料查閱能力培訓(xùn)。電子設(shè)計大賽涉及面廣，哪些信息對競賽更有效與有用，以及如何選擇信息。進(jìn)行資料查閱能力的培訓(xùn)，讓學(xué)生明確自己需要的和必須掌握的信息，將對培訓(xùn)工作起到事半功倍的效果。團(tuán)隊協(xié)作能力培訓(xùn)。要求隊員充分發(fā)揮聰明才智、群策群力、默契配合，要求隊員平時在學(xué)習(xí)上和生活上都能相互幫助、團(tuán)結(jié)協(xié)作，便于競賽時能有條不紊。

5結(jié)語

常用電源電路設(shè)計及應(yīng)用范文第4篇

【關(guān)鍵詞】數(shù)控電源;D/A轉(zhuǎn)換;便捷

引言

從日常生活到最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的參與和支持，而電源技術(shù)的發(fā)展對提高一個國家勞動生產(chǎn)率的水平，具有舉足輕重的作用。在電源種類繁多和技術(shù)的多樣化中，不斷地提出了更多、更高、更先進(jìn)的要求來迎合當(dāng)今時代的步伐。電源設(shè)備是電子儀器的一個重要組成部分，通常有直流電壓源、直流電流源、交流電壓源和交流電壓源等。隨著信息時代的飛速發(fā)展，電源設(shè)備也逐漸向數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)控電源的已是當(dāng)今研究的主流[1-3]。

所謂數(shù)控電源，就是電源的輸出電壓受輸入數(shù)字量的控制。如8位的數(shù)字量，當(dāng)全零時輸出為0V，當(dāng)全1時輸出為25.5V，數(shù)字量每增加1，輸出增加0.1V，只要輸入的數(shù)字量改變了，就可以得到對應(yīng)的穩(wěn)定的輸出電壓。三位同學(xué)在老師的指導(dǎo)的下，學(xué)習(xí)了模擬電路和數(shù)字電路，設(shè)計出了簡易的純數(shù)字電路控制的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，通過仿真和電路制作并調(diào)試，實現(xiàn)了功能。具有電路簡單，控制靈活，誤差小等特點。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計

數(shù)控穩(wěn)壓電源要求輸出電壓值的設(shè)置，一般通過設(shè)置按鍵與輸出電壓顯示結(jié)合進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置電路由按鍵、脈沖產(chǎn)生電路和計數(shù)電路組成。輸出電路由D/A轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路和顯示組成，具體框圖如圖1所示：

圖1 總系統(tǒng)硬件框圖

2.各部分模塊電路設(shè)計

2.1 設(shè)置電路

設(shè)置電路有四個按鍵，分別是步進(jìn)、步退、快進(jìn)和快退，如圖2所示。步進(jìn)按鍵后連兩個施密特反向器和555單穩(wěn)態(tài)消抖電路，既可消抖又可波形整形的作用，如圖3所示。

連續(xù)脈沖由555多諧振蕩電路產(chǎn)生，其振蕩頻率由總步長與在總步長內(nèi)預(yù)定完成時間決定。

用或門實現(xiàn)快進(jìn)和步進(jìn)的的切換。

當(dāng)按下并釋放單脈沖按鈕一次時產(chǎn)生一個單脈沖。

當(dāng)不按多諧振蕩按鈕時，無振蕩脈沖，按下時產(chǎn)生連續(xù)的多諧振蕩脈沖。

圖2 按鍵設(shè)置電路

圖3 單穩(wěn)態(tài)消抖電路和555連續(xù)脈沖產(chǎn)生電路

2.2 計數(shù)電路

脈沖產(chǎn)生電路主要提供單脈沖或連續(xù)脈沖作為計數(shù)電路的輸入計數(shù)脈沖。計數(shù)電路一般由8位二進(jìn)制計數(shù)器組成。常用的4位二進(jìn)制計數(shù)芯片有74LS161、74LS191、74LS193、40193 等。這里選用2片74LS193組成異步加法計數(shù)器，如圖4所示。本電路計數(shù)從00到FF計數(shù)，即256進(jìn)制。

圖4 計數(shù)電路

圖5 D/A轉(zhuǎn)換電路

2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路

D/A轉(zhuǎn)換的基本思想：數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合而成的，對于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的權(quán)值，將每一位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的模擬量，從而實現(xiàn)數(shù)字量模擬量的轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換采用DAC0832轉(zhuǎn)換芯片，不需兩級緩沖，采用兩級直通的控制模式，如圖5所示。其電壓與輸入二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換關(guān)系公式為：

2.4 參考電壓的設(shè)置電路

參考電壓的準(zhǔn)確程度直接影響著D/A轉(zhuǎn)換的精度，所以一般要求參考電壓用專用的基準(zhǔn)電源芯片供給。這里采用LM317提供基準(zhǔn)電壓，此基準(zhǔn)電壓給D/A轉(zhuǎn)換電路提供基準(zhǔn)電壓用。如圖6所示。

圖6 LM317電源電路

3.設(shè)計流程

如圖7所示，為數(shù)控電源的設(shè)計流程。

圖7 數(shù)控電源設(shè)計流程

D/A芯片參考電壓值的確定：

根據(jù)輸出電壓的計算公式可以知道，參考電壓的值由數(shù)控穩(wěn)壓電源設(shè)計的最大輸出電壓、最大的數(shù)字值，以及步進(jìn)電壓值，RF 、R1的值共同決定。

如本電路設(shè)計的最大輸出電壓為12.7V，步進(jìn)為0.05V， RF=R1，則：

如果VREF太大，可外接RF，若要求參考電壓為正，則輸出再接一級方向器。

4.電路設(shè)計與制作

圖8為數(shù)控電源仿真總圖，圖9為簡易數(shù)控電源的實物制作圖。

圖8 數(shù)控電源仿真總圖

圖9 數(shù)控電源實物圖

5.檢測和調(diào)試

5.1 通電前檢測

（1）先用萬用表電阻擋，檢測各組電源輸入端分別是否短路。

（2）按照各集成塊的引腳排列圖，先用萬用表蜂鳴器擋檢查各集成塊的電源VCC端及接高電平的引腳與電源+5V端或者+15V端（U6，U7）是否通，接地端與電源GND端是否通，U7的VSS端與-15V是否通。

5.2 通電后的檢測

5.2.1 脈沖產(chǎn)生電路的檢測和調(diào)試

先將J5加+5V，J2與J5的GND相連。

（1）將兩個555插到U2E、U6E上，檢測多諧振蕩器的工作情況。用萬用表直流電壓20V檔，測量輸出U2E、U6E的3腳的直流電壓，測得此處電壓在3.5V，故此電路為多諧振蕩，工作正常。再插上U2（40106），當(dāng)對應(yīng)的按鍵B3、B1按下時，用萬用表直流電壓20V檔，測量輸出U2E、U6E的3腳的直流電壓，電壓在3-3.5V左右，不按時電壓為0V，說明電路在振蕩。

（2）再分別檢測單步脈沖發(fā)生器電路工作情況。

插上CD4016按單步增（B4）或單步減（B2）按鍵，檢測4016的6或10腳，快速按下并釋放后電壓是否有所增加，有變化說明有單步脈沖產(chǎn)生。

（3）再插上74LS02到U4，在1和4腳重新觀測4個按鍵的單脈沖和連續(xù)脈沖是否正確。

參考數(shù)值：

測1腳（進(jìn)）：

按鍵B3 連續(xù)脈沖，電壓輸出值1.1～1.3V

按鍵B4 單脈沖，電壓5V，0V切換

測4腳（退）：按鍵B1 連續(xù)脈沖，電壓輸出值1.1～1.3V

按鍵B2 單脈沖，電壓0V，5V切換

5.2.2 計數(shù)電路的檢測和調(diào)試

插上兩塊74LS193（U5B、U4B），測兩塊的輸出Q3～Q0，組成的8位二進(jìn)制數(shù)（U4B為高4位，U5B為低4位），按單步進(jìn)按鍵，記錄8位二進(jìn)制數(shù)，看是否加1變化。或按單步減按鍵看8位二進(jìn)制數(shù)是否減1變化。

5.2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路的檢測和調(diào)試

插上DAC0832。J4接入+15V和-15V。

（1）調(diào)整DAC0832的參考電壓VREF（U6的8#）。調(diào)整多圈精密電位器RV1使VREF=12.8V。

（2）調(diào)整多圈精密電位器RV2，使S1左端為-0.625V，VREF=12.8V， 再將S1的中間和左邊用短路帽短接， S2也蓋上短路帽 。

（3）插上LM358（U7）。記錄74LS193組成的的8位二進(jìn)制計數(shù)的值，測試轉(zhuǎn)換電壓（U7的7#），用公式驗證：

5.2.4 穩(wěn)壓電路的檢測和調(diào)試

將S2、S3短路帽插上，在J1端接入交流12V，用變壓器220/12V實現(xiàn)，實際輸出13.2V左右，DC POWER SUPPLY也打開，發(fā)光二極管亮。

（1）按單步進(jìn)B4、快進(jìn)B3（或單步退B2、快退B1），用萬用表直流電壓20V檔，觀測輸出端J6的電壓的變化情況。是否實現(xiàn)數(shù)控功能。

（2）用萬用表直流電壓20V檔，測量記錄單步進(jìn)的兩次輸出電壓差，與0.05V的誤差。

6.結(jié)論

本電路設(shè)計的簡易數(shù)控電源，包括電壓設(shè)置按鍵、計數(shù)脈沖產(chǎn)生電路、計數(shù)電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和穩(wěn)壓電路五部分電路組成，本電路電壓輸出穩(wěn)定，電壓變化范圍在0～12.7V，步進(jìn)為0.05V，輸出電壓不隨負(fù)載和環(huán)境溫度變化。電路實際輸出測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)穩(wěn)定性好、精度較高、操作簡單、人機界面友好。在實驗操作和設(shè)備生產(chǎn)中，能夠廣泛應(yīng)用到這種可靠性高、操作簡單的數(shù)控電源，不僅能夠提高設(shè)備的性能，同時能夠縮短研發(fā)周期，本系統(tǒng)具有較高的實用性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

朱佳奇，現(xiàn)就讀于寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)。

王佳晨，現(xiàn)就讀于寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)。

常用電源電路設(shè)計及應(yīng)用范文第5篇

【關(guān)鍵詞】斷路器;A/D;單片機

1.引言

在低壓配電系統(tǒng)中，低壓斷路器是應(yīng)用最為廣泛保護(hù)裝置之一，主要應(yīng)用于要求實現(xiàn)保護(hù)且不頻繁操作的場合。它不僅能在正常工作情況下接通、分?jǐn)嘭?fù)載電流，而且允許在故障或不正常的情況下自動切斷電路，從而保護(hù)變壓器、用電設(shè)備和供電線路;同時通過上下級線路的選擇性配合，能夠避免非故障區(qū)域的停電，減少不必要的損失。鑒于此設(shè)計一款智能的低壓斷路器具有很大的現(xiàn)實意義[1]。

2.總體方案設(shè)計

論文所設(shè)計的系統(tǒng)包括參量中央處理控制模塊、信號采集模塊、信號調(diào)理模塊、人機交互模塊、通信模塊以及電源模塊等。圖1為硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：

圖1 整體結(jié)構(gòu)框圖

本論文所設(shè)計的智能斷路器控制單元所要實現(xiàn)的基本保護(hù)功能包括：三段電流保護(hù)（過載長延時保護(hù)、短路短延時保護(hù)及短路瞬時保護(hù)）和單相接地保護(hù)，用戶可根據(jù)實際需要選用過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)。

3.電路設(shè)計

3.1 單片機I/O口擴展

圖2 AT89C51RC2單片機接口擴展原理圖

AT89C51RC2單片機最小系統(tǒng)如圖2所示，本論文所實際的智能控制系統(tǒng)是以AT89C51RC2片上系統(tǒng)為核心的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

由于AT89C51RC2單片機內(nèi)部并沒有集成ADC模塊，因此必須外接ADC芯片，這里我們選用了一種美國TI公司生產(chǎn)的TLC1543芯片。TLC1543是一款11模擬輸入通道，高性價比，采用CMOS工藝的10位開關(guān)電容逐次逼近原理實現(xiàn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該芯片內(nèi)置3路自測方式，片內(nèi)集成系統(tǒng)時鐘，固有的采樣和保持功能，具有轉(zhuǎn)換速度快、誤差小的特點[2]。TLC1543芯片采用串行通信接口，與單片機接線簡單，引線很少，能夠很好節(jié)省單片機的I/O資源。TLC1543芯片與單片機接線如圖3所示。

3.3 電源模塊

常用的電壓源設(shè)計有電流源供電和電壓源供電。由于電流互感器裝設(shè)在裝置的出線端，一旦斷路器跳閘，控制單元就將失去電壓，所以必須設(shè)置備用電源來保證電源模塊失去供電電壓之后單片機、LCD顯示器等電子元件的正常工作，電源電路設(shè)計較為復(fù)雜。因此，我們采用電壓源供電的方式，即任意取一相電壓經(jīng)電源變壓器變壓、整流單元整流后，采用DC-DC模塊轉(zhuǎn)換為所需電壓。電壓源供電是由裝置進(jìn)線端饋電線路供電，只要饋電線路不失去電壓，即使斷路器跳閘，也能保證控制單元的正常供電。系統(tǒng)電源電路如圖4所示。

圖3 TLC1543芯片與單片機接線原理圖

圖4 電源輸出原理圖

3.4 通信模塊

為了對測量數(shù)據(jù)顯示、后續(xù)數(shù)據(jù)處理及測量信號校正，可利用單片機的串行口與PC機進(jìn)行串行通信，將單片機采集的數(shù)據(jù)傳送到PC機中，由PC機的高級語言對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及統(tǒng)計等復(fù)雜處理。在實現(xiàn)計算機與單片機之間的串行通信時，通常采用標(biāo)準(zhǔn)通信接口進(jìn)行串行通信。美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的通信標(biāo)準(zhǔn)總線包括：RS-232、RS-449、RS-422、RS-423、RS-485等[3]。在串行通信中，應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線是RS-485，其通信距離約為1219m，最高速率10Mbps。SN65LBC184芯片與單片機AT89C51RC2的接線如圖5所示。

圖5 串口通信電路

3.5 溫度檢測、時鐘輸入電路

為了防止因溫度過高導(dǎo)致斷路器誤動作甚至損壞設(shè)備本身，采用MAXIM公司微型化、高性能的1-Wire數(shù)字溫度傳感器DS18B20對智能控制單元工作環(huán)境溫度進(jìn)行檢測與控制。

現(xiàn)代化的配電系統(tǒng)往往要求能夠記錄故障發(fā)生、人員登錄、設(shè)備操作等的具體時間，以便在事后進(jìn)行故障分析。這就要求我們給智能控制單元配備實時時鐘輸入電路。DS1302芯片是MAXIM公司推出的一款性能較好、功耗低的實時時鐘芯片。

單片機與DS1302芯片、DS18B20芯片的接線原理如圖6所示。

圖6 DS1302、DS18B20與單片機的接線原理圖

圖7 主程序流程圖

4.系統(tǒng)主程序

主程序是整個軟件系統(tǒng)的中樞，它不僅指揮著程序流程，而且將各功能子模塊有效地連接起來，因此主程序的設(shè)計對于整個軟件設(shè)計起著至關(guān)重要的作用。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢，判斷硬、軟件有無故障，如果有故障則報警，然后開中斷，判斷是否需要設(shè)定整定值，隨后進(jìn)行信號采樣，一周期采樣完成后計算有效值，所計算的有效值與事先設(shè)置的整定值進(jìn)行比較，判斷有無故障或不正常工作狀態(tài)發(fā)生，隨即判斷是否需要脫扣，如果系統(tǒng)發(fā)出脫扣信號則系統(tǒng)推出，如果無故障發(fā)生或不需要脫扣，則返回到采樣環(huán)節(jié)循環(huán)。本文設(shè)計了如圖7所示的整體程序流程圖。

圖8 顯示功能界面

5.仿真

本設(shè)計所用的仿真軟件為英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。它是目前比較好的仿真單片機及器件的工具。智能斷路器不僅能夠顯示三相電流、三相電壓、頻率、溫度參數(shù)，而且還具有時間顯示的功能，由于1602是顯示字符的液晶顯示屏，一共能顯示2行，每行能顯示16個字符。所以參數(shù)的顯示需要通過鍵盤進(jìn)行切換。顯示功能界面如圖8所示。在試驗中，我們采用一個繼電器代替脫扣電路，當(dāng)仿真開始時，繼電器閉合。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，繼電器斷開以保護(hù)設(shè)備。

6.結(jié)論

本文結(jié)合具體設(shè)計要求，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三段電流保護(hù)、單相接地保護(hù)、過電壓保護(hù)、短路保護(hù)、欠電壓保護(hù)以及過溫保護(hù)，保護(hù)精度控制在正常的范圍之內(nèi)。本文為實現(xiàn)斷路器的智能化和可通信等功能。經(jīng)仿真調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了較好的保護(hù)功能，還實現(xiàn)了測量和監(jiān)控等功能。所設(shè)計的控制器可靠性高，實時性好，特別是實現(xiàn)了現(xiàn)場通信，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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