直流稳定电源设计报告Word文档下载推荐.docx
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因此对电路的分析可以按照各模块来进行。
方案一：
串联型线性稳压电源
该方案是通过降压变压器变压，再经过整流电路、滤波电路进而将交流电变为直流电，再通过可调式集成稳压器件LM317的稳压得到较稳定的电压。
可调式集成稳压器LM317当输入电压固定时能在它的电压差范围内调节输出电压。
这种电路的特点是：
电路简单，容易调试，而且经过线性稳压电源整流出的电压纹波小；
除外，该稳压电源的效率约为40%-65%左右。
经分析该方案满足题目要求。
方案二：
采用单极开关稳压电源
该方案由220V交流降压整流后经过开关电源输出。
但此方案所产生的直流电压纹波大，在以后的几级电路中很难抑制掉，很有可能造成设计的失败和超出题目所要求的技术性能指标。
方案三：
简单的并联型稳压电源
该方案由220V交流降压整流后将并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；
负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低,尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因而不能采用此方案．
方案一:
采用LM7812三端稳压器构成稳流电源
固定式三端稳压电源（LM7812）是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+12V,它属于LM78xx系列的稳压器,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好,只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容,如果采用电解电容,则电容量要比其它的数值要增加10倍,但是它不可以调整输出的直流电源;
所以此方案不易采用.
采用TL431设计的稳流电源（方案一的改进型）
该方案采用LM7812三端稳压器提供稳流电源的固定电压，再经过调整管9013和电位器配合即可得到满足题意要求的稳流电源。
TL431片内有一个高增益比较放大器（66dB）和2.5V的基准参考电压源，参考断的典型电流为1.8uA。
通过采样电阻R1和Rw将采样电压与TL431内部的基准电压进行比较，将其误差电压放大后去控制调整管9013的电流，从而保证采样电压始终稳定在参考电压上，从而达到稳定电流的效果。
试验线路图见下图所示
二、关键单元模块电路设计及参数计算
1）整流滤波电路
整流滤波电路是该方案中第一级功能电路，它是将220V、50Hz的交流电压变换成经过整流滤波但不是很平稳的直流电压。
在本电路中我们采用了容性负载整流电路。
具体电路图如下图所示。
该电路为全波桥式容性负载整流电路。
其中变压器我们选用了220V/12V降压变压器，整流电路选用四个二极管组成桥式全波整流电路，滤波电容选用220
/20V的电解电容。
2）线性稳压电路
本电路主要有可调式集成稳压器件LM317和整流滤波电路线性结合而组成的，本串联型稳压电路的总效率可以满足题目中40%的要求。
本电路的直流稳流电源要求是在恒定输入电压+12V的条件下来设计的。
经过分析综合，我们商量用固定式集成稳压器件LM7812构成一个恒定电压输出电路。
据此我们从整流滤波回路中引出一条回路来给固定式集成稳压器件LM7812供电使之稳定电压在+12V下，进而通过后续的电路而构成直流稳流电源。
使之电流输出再4mA—20mA的范围内变化（其电路图见稳流电源部分方案二）。
LM7812构成的稳压电路见下图所示：
在本电路设计中，我们利用单片机AT89S51与ADC0809以及一些辅助器件组成了对本电路的稳压电源部分和稳流电源部分的电压和电流进行采集并通过ADC0809转换将数据输出到单片机AT89S51控制的四位数码显示管上输出。
（1）、ADC0809芯片的简介
如上图所示，ADC0809具有8个通道的模拟输入线（IN0～IN7），可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，获得8位二进制数字量（D7～D0）。
模拟输入部分有8路多路开关，可由3位地址输入ADDA、ADDB、ADDC的不同组合来选择，ALE为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。
主体部分是采用逐次逼近式的A/D转换电路，由CLK控制的内部电路的工作,START为启动命令，高电平有效，启动ADC0809内部的A/D转换，当转换完成，输出信号EOC有效，OE为输出允许信号，高电平有效，打开输出三态缓冲器,把转换后的结果送DB。
（2）、ADC0809芯片的工作过程
①、模拟量送至某一输入通道INi后，CPU将标识该通道编码的三位地址信号经数据线或地址线输入到ADDC、ADDB、ADDA引脚上。
2、地址锁存允许ALE锁存这三位地址信号，启动命令START启动A/D转换。
3、转换开始,EOC变低电平，转换结束，EOC变为高电平。
EOC可作为中断请求信号。
4、转换结束后，可通过执行IN指令，设法在输出允许OE脚上形成一个正脉冲，打开三态缓冲器把转换的结果输入到DB，一次A/D转换便完成了。
（3）、方案设计
①、原理简述
将要测量的电压经适当的放大或缩小送入A/D,由A/D转换器量化成数字信号，再给单片机处理后，最后译码显示。
系统由数字电路和模拟电路两大部分组成。
模拟部分包括量程的转换，参考电压源，和A/D转换器；
数字部分包括单片机或可编程，译码和向显示部分，其中A/D转换器是系统的核心部分，它将输入的差分电压转换成数字量。
②、电路原理图（下图所示）
三、实验原理框图及说明
下图为利用Multisim10软件对电路图的绘制和仿真的原理示意图。
其中由于几个器件没有找到相应的仿真元件，我们通过上网查找到一些相关的资料找了一些性能相似的仿真元件来替换。
总体来说，通过仿真所得的结果和我们经过自己动手焊接的电路测试的数据基本能吻合。
这也在一定基础上反映出我们所设计电路的正确性。
我们的电路分为三大部分，第一部分为用可调式集成器件LM317和一些辅助器件组成的稳压电源；
第二部分为利用固定式集成稳压器件LM7812和一些辅助元器件组成的为恒流电源提供电压的回路以及稳定电流元部分；
第三部分为利用固定式集成稳压器件LM7805和一些辅助元器件组成的为单片机最小系统板提供5V电压的供电电路。
四、关键性能指标测试
1）稳压电源在输入电压220V、50Hz市电条件下：
a．电压测量范围：
1.2V-11.2V（连续可调）；
b．最大输出电流>
100mA
为了测定最大输出电流，需要在回路中串接一个电阻值很小的假电阻（约8
左右），在实际测试时我们没有找到电阻值约这么小的电阻，我们串接了100
的电阻，测试所得的电流约为85mA（在最大电压11.2V下测得）。
c．由于设计上的误差，我们设计的电路在实际的测试中电压调整误差超过了0.5V，我们对输出电压电路进行了单片机控制使其显示在数码管上，下表是几组测试数据：
显示值
3.0V
4.5V
6.0V
7.5V
9.0V
实际值
3.02V
4.34V
5.98V
7.46V
8.98V
绝对误差值
0.02V
0.16V
0.04V
通过上表对比可知，我们在对电压采样时有一定的失真，不能完全按照电流的实际值显示出来，但总体来说产生的误差还是可允许范围内，基本上对实测值不造成很大的影响。
d．纹波电压：
这一项我们没有通过测试，主要是因为纹波电压需要用到示波器来检测，我们小组只利用Multisim10软件中的示波器软件测试过，测试结果显示我们设计的电路满足纹波电压的要求。
2）稳流电源在输入电压固定在12V的条件下：
a．输出电流范围：
1.9mA-17.5mA；
b．电流调整误差超出了题目要求。
我们通过软件模拟测试时，所设计的电路可以得到题目要求的电流调整误差。
五、测试结果误差分析
1、稳压电源部分误差分析：
、电源电压范围的增大主要是因为我们考虑到了在题目发挥部分中扩大电压范围的要求，因而我们选择了从0V-12V可调的电路原理图，但最后等实际电路焊接出来测试时电压范围减小了。
主要是因为我们在稳压电源后面所带的负载电阻阻值有点大了，应该选用500
左右的电阻；
、我们在实际电路设计中没有考虑到线路的损耗；
、电路在实际设计是变压器和一些元器件可能不太适合实际的工作电路。
2、稳流电源部分误差分析：
、稳流电源的电流输出范围与题目要求不太符合，主要是因为我们在初期的设计中没有考虑到负载变化是恒流源电流的变化情况；
、通过后续分析，我们认为是负载电阻RL选的500
电阻的电阻值有点大，应选用200
-300
的电阻更为合适.
六、设计方案总结
本设计方案主要是实现由交流电压变换为直流的稳定电源。
我们按照题目要求，首先对题目进行了多次讨论分析，确定了题目中各个部分要求我们做什么工作，然后我们从题目要求出发查阅了很多相关的书籍资料和浏览了许多电路制作网页，并对我们自己所获得的资料进行了分析对比整理综合，最终确定了电路的大体框架，而后我们开始分工，我们小组的一人主要负责电路的设计，另一人继续搜集资料，还有一人协助这两人的工作，等电路设计和模拟基本完成时我们及时购买了电路所需的元器件并对电路进行了板上焊接，除外我们还利用单片机控制对输出电压和电流通过四位数码管显示，我们自己编写了显示程序。
通过实际的测试实验，本设计方案基本满足题目要求，对题目要求的几项性能参数均能很好的实现。
对于本次设计，我们小组的创新点在于将输出电压和输出电流通过取样利用单片机控制来实时显示在数码管上，让人一目了然；
我们本次设计的不足之处在于出事的模拟设计和实际的电路焊接所得的结果有点不一致，输出结果的范围没有达到题目要求的那么准确，但总体的现实和实测结果都能让我们满意。
通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;
而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.
单片机控制显示电压实现程序：
mov32h,b
ret
intt0:
cplclk
reti
disp:
setbp3.4
jnbp3.4,ii
disp_1:
movdptr,#tab
movp2,#0feh
mova,31h
movca,@a+dptr
movp1,a
lcalldelay
movp2,#0fdh
mova,32h
clrc
subba,#80h
movdptr,#tab2
movp2,#0fbh
mova,33h
movp2,#0f7h
jnbp3.4,aa
movp1,#0c1h
lateb:
movp1,#0ffh
movp2,#0ffh
out:
aa:
movp1,#08h
ajmplateb
ii:
djnzr4,o1
movr4,#50h
movb,#100
mulab
mov31h,a
mova,32h
movb,#10
adda,31h
adda,33h
movb,#02
mulab
divab
mova,b
mov32h,a
mov33h,b
mov41h,31h
mov42h,32h
mov43h,33h
ljmpdisp_1
o1:
mov31h,41h
mov32h,42h
mov33h,43h
tab1:
db0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h
tab2:
db0c0h,0f9h,0f9h,0a4h,0a4h,0b0h,99h,99h,92h,
tab3:
db92h,82h,82h,0f8h,80h,80h,90h,90h
delay:
MOVR7,#14H;
延时
D1:
MOVR6,#19H
d2:
DJNZR6,d2
DJNZR7,D1
RET
end
单片机控制显示实现流程图
主程序：
中断程序：
采集电压/电流子程序：
N
直流稳压电源制作器件清单
名称
代号（数量）
型号、参数
变压器
V1
（1）
220V/16V或者220V/20
二极管
D1-D8（8）
IN4001
三极管
Q1
（1）
T9013
可调式稳压器件
U1
（1）
LM317/CW317
固定式稳压器件
U2
（1）,U3
（1）
LM7805/CW7805,LM7812/CW7812
稳压管
D9
（1）
TL431
固定电阻
R2
240欧
R3,R4
2K
R5
100欧
R6
500欧
可调电阻（电位器）
R1
2.2K/实际用了5K
R7
1K
电解电容
C1,C2
220uf/20V
C11
100uf
C7,C8
10uf
固定电容
C3
C4
1uf
C5,C9
0.33uf
C6,C10
0.1uf
万能电路板
2块
电源线及插头
1根
电源控制开关
2个
带自锁
导线
若干
LED
1个
单片机最小系统板所需材料
单片机
1片
STC89C51
单片机支座
模数转换器
ADC0809
晶振
11.0592MHZ
数码管
共阳四连数码管
按键开关1
无自锁
按键开关
电容
C1
电阻
R1/R2/R3
10K/1.5K/5K（R2R3为保护电阻）
电位器
20K/实际用3个8.2K电阻替代了
4个
S9012
参考文献摘录
【1】、《电子设计竞赛赛题解析》，黄正瑾编，东南大学出版社；
【2】、《电子技术基础模拟部分（第五版）》，康光华编，高等教育出版社
【3】、《电子技术课程设计》，杨志忠编，机械工业出版社
【4】、《综合电子设计与实践》，王振红，张常年编，清华大学出版社
【5】、《线性集成稳压电源应用电路设计》，王昊，谢文阁，杜颖，吕义编，清华大学出版社
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