2006黑龙江省大学生电子设计竞赛设计报告

2006黑龙江省大学生电子设计竞赛设计报告2007-06-0600:21摘要本电源系统分系统控制部分、功率放大部分、稳压电源部分、外围辅助部分五部分。全系统以模拟电路为主体，配合数字电路控制，全系统通过AT89S52进行精密全局控制，电压输出部分，在误差允许范围内按照外围辅助部分的输入显示模块的键盘输入设定值输出精密电压，并在功率放大部分中对电压进行功率提升，通过模拟环路部分进行电压幅值的输出保持，稳压电源部分给整个系统和对外输出提供基础供电，外围辅助部分还包括过流保护模块，加以对系统进行更有效的保护。通过论证，系统可以对输出电压数值的漂移，正负电压的对称度和纹波电压等不良影响进行有效的抑制和降低。通过调试与测量完成了题目的基本部分和全部发挥部分的要求并有自己的创新。关键字：双极性，同步跟踪，AT89S52单片机，电源AbstractThispowersupplysystemiscomposedofelectricvoltageoutputparts,theMCUsystempart,,steadypowersupplypart,peripherallyassistancepart,fourparts.TheanaloglineistheimportantpartThewholesystem,matchingwithadigitalcircuitcontrolling,thewholesystemcarrysonapreciseoverallsituationcontrollingwiththeAT89S52,thevoltageoutputparts,lendsupporttoaccordingtotheoutercircleintheerrormarginallowthescopepartofimportationmanifestationmoldpieceofkeyboardimportationtheinitialvalueoutputprecisevoltage,andcarryonpowertopromotetotheelectricvoltageinthepowerenlargethepart,passemulationwreathroadthepartcarryonanelectricvoltageavalueoftheexportationkeep,steadypresspowersupplyparttothewholesystemandoutwardtheexportationprovidefoundationpowersupply,theoutercircleassistancepartstillonceincludedtoflowprotectionmoldpiece,takingintocarryonamorevalidprotectiontothesystem.Withargument,systemcantothedriftwhichoutputselectricvoltagenumber,thebadinfluencessuchassymmetrydegreeandlinewaveelectricvoltageetc.ofplusorminuselectricvoltagecarryonrepressingandloweringeffectively.Bydebuggingandmeasuring,completethebasicpartandalltheexertivepartofrequestsandalsoowninnovations.Keywords：Bipolar,SynchronousFollow,AT89S52,Power目录竞赛题目2（一）任务2（二）要求2１、基本要求2２、发挥部分2系统方案的选择与论证3（一）基本方案论证3１、电路部分方案选择3２、最终方案设计思想及框架示意图3（二）总体设计方案3系统的硬件设计与实现4（一）系统硬件的主要组成部分4（二）系统各模块单元的理论分析与实际电路设计4１、系统控制部分电路设计4２、功率放大部分电路设计5３、稳压电源部分电路设计6４、外围辅助部分电路设计7系统的软件设计9（一）系统主程序流程图9（二）辅助子程序流程图9１、按键检测9２、DA输出9３、过流保护9４、数据储存10调试（系统测试）过程11（一）测试仪器与设备11（二）测试过程11１、分模块调试11２、整机系统调试12（三）结果分析12１、测试数据分析12２、误差分析13（四）创新与发挥13总结14参考文献14附录15附录1、部分元器件明细表15附录2、PCB印制电路板图15附录3部分程序清单15竞赛题目（一）任务设计一种双路输出，电压极性相反、幅值相等跟踪调节的精密直流电压源，如图所示。（二）要求与均为相对GND端的电压，与同步可调且对称变化，为测试检验时的标准值。除非特殊说明，以下均为开机预热15min后、负载时的实测指标。１、基本要求1．输出电压调节范围：、；2．输出电压值在满度时的误差：，；3．输出电压值在满度时的对称度：；4．输出电压值设定的步进值分为四种：1mV、10mV、100mV、1V；5．输出纹波电压的峰峰值（满度输出时）不大于5mV；6．具有人机接口功能，输出电压设定值采用数字显示，设定电压为正值，格式为ð.ðððV；7．经济性、可靠性与操作的方便性。要求成本相对低、芯片使用数量相对少、可靠性相对高、操作方便。工艺要达到较好的水平。２、发挥部分8．输出电压值在满度时的误差：，；9．输出电压值在满度时的对称度：；10．输出电压值的稳定度：开机预热15min后的10min内，在整个输出范围内的电压稳定度优于0.1%；准确度优于0.2%；11．输出纹波电压的峰峰值（满度输出时）：2mV；12．增加电源的负载能力，当UO=3V时，输出电流IO≥0.2A，且满足1~4条的指标；13．当一路负载而另一路时，在UO1=3.2V条件下，能达到DUO10mV的指标；当、时，仍能达到DUO10mV的指标；14．当输出电流幅值大于等于0.6A时，输出端产生过载保护功能，同时产生通道过载状态指示。当短路或过流因素排除后，应能恢复供电；15．其他有特色的内容与创新。系统方案的选择与论证（一）基本方案论证本设计硬件电路分为电压输出部分、功率放大部分、数字环路部分、模拟环路部分、稳压电源部分、外围辅助部分六部分。１、电路部分方案选择方案一全系统应用AT89S52作全局控制，通过DA输出设定电压值，并通过功率放大器进行电流放大，并通过用可调的三端稳压器组差分电路达到满足输出电压为0的要求，通过TLC2543进行电压采集实施校正输出，以满足电压输出精度。但本设计存在比较大的问题，设计中的差分要求前后级的地是分开的，这就对系统设计造成比较严重的麻烦，而且通过差分后，电流的供给能力比较弱，不足以满足设计要求的指标。方案二全系统用AT89S52作全局控制，通过TLV5618输出设定电压值，并通过TL084与调整管TIP122与TIP127组成电压跟随器进行电流放大，TIP122与TIP127又分别组成模拟环路，对系统输出进行模拟调节，以提高输出稳定度。本方案完全基于模拟电子技术，仅仅应用了一部分必要的数字电子控制整体系统，本系统的优点在于成本低廉，而且基于模拟电路的设备工作稳定，只要参数合理并且准确就可以有很高的精确输出。综上所述，设计方案二可以满足设计要求，并且可以有一定的提高空间。２、最终方案设计思想及框架示意图图：系统总框架图（二）总体设计方案因为加入了过流保护模块，电源采用双电源供电方式，如果采用单电源，当外界发生短路时，整个系统就会因缺电而瘫痪，过流保护模块也会因此而失效，所以采用了双电源的方案。单片机系统采用了AT89S52配以X5045看门狗，它是便宜的单片机系统，虽然性能不强，但在要求速度不快时，此单片机完全能满足要求。DA采用TLV5045。其他部分采用分列元件组成的纯模拟电路，通过一系列调整控制，以达到标准。系统的硬件设计与实现（一）系统硬件的主要组成部分系统控制部分：本部分是以AT89S52为核心的最小系统模块，单片机起用12MHz；模块中还包括X5045，和一个蜂鸣器。功率放大部分：本部分是以DA芯片TLV5618输出信号为基础，通过TL084进行反向调整输出负电压，应用TIP122与TIP127组成互补调整系统满足功率输出。稳压电源部分：本部分是通过一系列78系列、79系列等三端稳压器进行电压调节，并通过一系列电容滤波组合后，稳定输出正负16V，正负8V，单路正5V。外围辅助部分：本部分包括以HD7279A为核心的键盘显示模块，和一块由模拟电路组建的电流保护模块。（二）系统各模块单元的理论分析与实际电路设计１、系统控制部分电路设计系统控制部分设计原理图AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。此单片机完全可以胜任此次的设计要求。X5045把四种常用的功能：上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和块锁（BlockLockTM）保护的串行EEPROM存储器组成在一个封装之内。这种组合降低了系统成本、减少了电路板空间和增加了可靠性。向器件加电时激活了上电复位电路，它保持RESET/RESET有效一段时间。这可使电源和振荡器稳定，然后微处理器再执行代码。看门狗定时器对微控制器提供了一个独立的保护机制。当系统故障时，在可选的超时时间（time-outinterval）之后，器件将激活RESET/RESET信号，用户可以从三个预置的值中选择一个超时时间。一旦选定，即使在断电后重启电源时也不会改变。器件的低VCC检测电路，可以保护系统免受低电压之影响，当VCC降到最小VCC转换点以下时，系统复位。复位一直持续到VCC回到正常工作电平并且稳定为止。有5个工业标准的转换电压门限Vtrip可以选用，并且Xicor独特的电路允许对门限编程以满足用户的需要或者对高精度应用的精细调整的需要。X5045的存储器部份是具有Xicor块锁保护的CMOS4Kb串行EEPROM。该阵列内部的组织是×8。器件具有SPI接口的特性，其软件协议允许工作在一个简单四线总线上。本次使用X5045不仅仅是因为它是AT89S52单片机常用的看门狗系统，更因为本次的设计的发挥部分我们准备启用X5045片内集成的EEPROM，可以为我们设计用户自定义数字的保存和关断后不丢失的数据提供保障。２、功率放大部分电路设计DA输出控制模块TLC5618是带有缓冲基准输入（高阻抗）的双路12位电压输出数字-模拟转换器（DAC）。DAC输出电压范围为基准电压的两倍，且其输出是单调变化的。该器件使用简单，用5V单电源工作。器件包含上电复位功能以确保可重复启动。通过CMOS兼容的3线串行总线可对TLC5618实现数字控制。器件接收用于编程的16位字产生模拟输出。数字输入端的特点是带有斯密特（Schmitt）触发器，它具有高的噪声抑制能力。数字通信协议包括SPITM，QSPITM和MicrowireTM标准。本电路的TLC5618的8脚接数字电路供电（+5V）；5脚接数字地；6脚接2.048V的基准电压；4脚和7脚是二个电压输出端，本电路仅用B端口（7脚）输出；1脚为芯片的串行数据输入端口，连接单片机的P2.2口；2脚为芯片的串行时钟输入端口，连接单片机的P2.1口；3脚为芯片的片选端口，连接单片机的P2.0口。图：TLC5618I的功能方框图图：TLC5618I的时序关系功率输出控制模块正输出电路的思路主要是将DA的输出电压接到电压跟随器上，推动电源调整管，从而带动负载。负输出输出电路的思路主要是将DA的输出电压接到反向电压加法器上在接到电压跟随器上，推动电源调整管，从而带动负载。为了能带动更大的负载，我们将9013，9012