一种高精度直流电源的设计
目录
第一章绪论 (2)
1.1 课题研究背景及意义 (2)
1.2 国内外发展现状及趋势 (2)
1.2.1国内外发展现状 (2)
1.2.2国内外发展趋势 (3)
1.3 本课题的主要工作及任务 (5)
第二章系统总体设计 (6)
2.1 总体方案论证与选择 (6)
2.2 系统的总体设计 (8)
第三章硬件电路设计 (10)
3.1 主电路拓扑结构的比较和选择与设计 (10)
3.1.1主电路拓扑结构的比较和选择 (10)
3.1.2主电路的设计 (13)
3.2驱动电路的设计 (15)
3.3控制电路设计 (16)
3.3.1系统核心控制器DSP的设计 (16)
3.3.2 TMS320LF2407的介绍及应用 (17)
3.3.3 DSP控制稳压原理 (18)
3.3.4控制电路的硬件设计 (19)
3.4检测反馈电路设计 (24)
3.5辅助电源电路设计 (26)
第四章系统软件设计 (27)
4.1 数字控制技术介绍 (27)
4.2 系统主流程图 (29)
1．DSP控制程序流程图 (29)
2.A/D转换流程图 (30)
3.PWM占空比调整流程图 (32)
4.3 PWM的PID算法 (33)
第五章系统的抗干扰措施 (34)
5.1 电源的噪声及抑制措施 (35)
5.1.1噪声的来源 (35)
5.1.2噪声的抑制 (36)
5.2 DSP系统抗干扰设计 (36)
5.2.1 干扰的来源及后果 (36)
5.2.2硬件抗干扰设计 (37)
第六章开关电源技术经济分析 (37)
结论 (38)
致谢 (40)
参考文献 (39)
第一章绪论
人类的经济活动已经到了工业经济时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期。电源是位于市电(单相或三相)与负载之间，向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础。目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科，它对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。
1.1 课题研究背景及意义
众所周知，许多科学实验都离不开电源，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，然而目前实验所用的直流稳压电源大多输出精度和稳定性不高；在测量上，传统的电源一般采用指针式或数码管来显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值；使用上若要调整精确的电压输出，须搭配精确的显示仪表监测，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要当心漂移，使用起来非常不方便。因此，如果直流稳压电源不仅具有良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化，以精确的微机控制取代许多不精确的人为操作，在实验开始之前就对一些参数进行预设，这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效。因此，直流稳压电源今后的发展目标之一就是不仅要在性能上做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境，还要在功能上力求实现数控化、多功能化、智能化、网络化。
本课题的目的是利用DSP微处理器的高精度数据采集能力和高速数据处理能力，实现直流电压源的稳定和微步迸，从而提高电压源的输出精度。
1.2 国内外发展现状及趋势
1.2.1国内外发展现状
在我国以电力电子学为核心技术的电源产业，从20世纪60年代中期开始形成，到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面，电源产业规模的发展在加快；另一方面，在国家自然科学基金的资助下或创新技术的指导下，我
国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业涌现出一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品；目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新的研究。但是我国的电源产业和发达国家相比，存在很大的差距和不足：在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10~15年，尤其在实现直流。稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件（PSD）来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达到数控的目的，但是和国外的比较起来，效果不是很理想，还有很大的差距。目前，全国的电源及其配件的生产销售企业有4000家以上，产值在300~400亿元，但国内企业（著名的如北京大华、江苏绿杨等）销售数空直流稳压电源大多是代理日本和台湾产品，国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体说来，国内直流稳压电源技术在实现智能化等方面相对落后，眠对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。
1.2.2国内外发展趋势
1.智能化
目前在研制高精度、高性能、多功能的测量仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器的。以微处理器为主体取代传统仪表仪器的常规电子电路[2]，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。智能仪器[1]解决许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”，另一方面它本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。具体的说，智能化的直流稳压电源，应当具有一下功能特点：（1）操作自动化
系统的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、输出与处理以及显示打印等都用微控制器来操作，实现测量过程的全部自动化。（2）具有自检测功能
自动调零、自动故障检测与状态检验、自动校准、自诊断和量程自动转换等。系统能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在系统启动是运行，同时也可以在系统工作中运行，极大的方便了系统的维护。
（3）具有很好的人机对话功能
智能化的直流稳压电源使用键盘代替传统直流稳压电源的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能直流稳压电源，还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及测量数据的处理结果及时告诉操作人员，是系统的操作更加方便直观。
（4）网络管理能力
随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，直流稳压电源通过RS232接口实现与上位PC机通信，从而使网络技术人员可以随时监测电源设备的运行状态、各项技术参数，也可通过网络定时开关电源实现远程开关机等功能。
2.数字化
在传统直流稳压电源中，控制部分是按照模拟信号来设计和工作的，在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路技术基础上的，但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰[3](提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。所以，在八、九十年代，对于各类电路和系统设计来说，模拟技术还是有用的，特别是诸如印刷版的布图、电磁兼容（EMC）问题以及功率因素修正（PFC）等问题的解决，离不开模拟技术的支持，但是对于智能化的直流稳压电源，需要用计算机控制时，数字化技术就离不开了。
3.模块化
电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块含有一单元、二单元、六单元以及七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块（SPM）。今年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成“智能化”的功率模块（IPM），不但缩小了整机体积，更方便了整机的设计制造，实际上由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈发严
重，对器件造成更大的电应力（表现为过电压、过电流毛刺），为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块（ASPM），它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中去，是元器件间不在有传统的引线连接，这样的模块经过严格的热、电、机械方面的设计，到达优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路（ASIC），只要把控制软件写入该处理器的微处理芯片，再在把整个模块固定在相应散热器上，就构成一台新型的电源装置，由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，以提高系统的可靠性。另外，大功率的电源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样不但提高了功率容量，在有限的器件的容量情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，极大的提高了系统的可靠性，即使出现单模块技术故障，也不会影响系统正常工作，而且为修复提供充分的时间。
4.绿色化
电源系统的绿色化有两层含义：首先是显著节电，这就意味发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就能减少对环境的污染；其次这些电源不能（或少）对电网造成污染，国际电工委员会（IEC）对此制定了一系列标准，如IEC555、IEC917、IEC1000等，事实上许多功率电子节电设备，往往会变成电网的污染源：向电网注入严重的高次谐波电流，使电网电压耦合许多毛刺尖峰，甚至出现缺角或畸变。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的诞生，为21世纪产生各种绿色直流稳压电源奠定了基础。
1.3 本课题的主要工作及任务
设计一种直流开关电源，系统实现输入电压220V市电，输出直流+12V。采用闭环控制系统，完成系统硬件及软件设计。硬件设计包括主电路，控制电路，检测及采样电路，开关管驱动电路，辅助电源电路，以及保护电路。
第二章 系统总体设计
在本章中，主要介绍了开关电源系统的三种论证方案，并对第三种基于DSP 的直流开关电源的结构和原理，并对系统具体方案的控制原理进行了说明。
2.1 总体方案论证与选择
实现开关电源的方法有多种，可以用传统的模拟电路的开关电源，可以用单片机作为控制器实现的开关电源，也可以用DSP 作为控制器实现的开关电源[4]。当然每一种方案都有其各自的优点和缺点，本章详细列举、说明了三种不同开关电源的方案、并分别画出了其原理方框图，对三种方案的优缺点进行了对比，选出了最佳控制方案。
方案一
如图2.1所示，采用单片机+数字电位器方案。
图2-1 方案一
此方案就是把常用的电位器调节电源中的机械式电位器用数字电位器代替。数字电位器是没有机械抽头，具有较小的震动公差和较高的机械可靠性，且其可编能力允许可重复可靠地返回同一抽头位置，因此次方案线路较为简单、可靠。但现有的数字电位器分辨率有限，常见的有32抽头、64抽头，构成的分压电路精度有限，无法满足设计要求。
方案二
如图2.2所示，此方案采用单片机调整稳压电源 。 变压器 整流
滤波 串联调整 AT89C52 ~220V
50Hz DC
P0
DC 输出
数字电位器
图2-2 方案二 主电路：220V 交流电通过电磁干扰器得到无电网谐波的交流电，再经过整流滤波电路得到高压直流电，一方面输送给辅助电源电路得到单片机以及系统所需要的工作电压，另一方面输送到高频变压器，在经滤波电路输出+12V 直流电压。控制电路：采样电路采样来的信号，经过A/D 转换器送入AT89C52经过处理调整PWM 的占空比来控制功率开关管的通断，从而来管控高频变压器的输出，进而起到稳压的目的。然而单片机的单周期指令执行时间为微妙级，如果要输出几十KHz 的PWM ，则其指令执行时间就只有几个到几十个单周期指令执行时间，而要使DC-DC 变换器实现微步进输出，就要对每一步输出值对应的PWM 脉宽或频率进行精确的计算和调节，在软件编程时就要有复杂的控制算法和大量的计算，这样一般的单片机满足不了要求。
方案三
如图2.3所示，此方案采用DSP 调整稳压电源。
图2-3 方案三 EMI
保护 整流滤波 DSP 控制电路部分
高频逆变器 高频变压器 滤波电路 +12V 直流电压
辅助电
源电路 检测采样电路
驱动电路 ~220V
50Hz 抗电磁
干扰器 整流滤波 AT89C52
高频变 压器 滤波电路 +12V 直流电压
采样电路
功率开关管 ~220V
50Hz A/D 转换器辅助电
源电路 保护电路
主电路：220V交流电通过电磁干扰器得到无电网谐波的交流电，再经过整流滤波电路得到高压直流电，输送到高频变压器，在经滤波电路输出+12V直流电压。控制电路：采样电路采样来的信号，经过A/D转换器送入DSP经过处理调整PWM的占空比来控制功率开关管的通断，从而来管控高频变压器的输出，进而起到稳压的目的。DSP内部采用程序空间与数据空间分开的哈佛结构，允许同时取指令和操作数，且许多DSP芯片内部都采用多总线结构，保证在一个机器周期内可以多次访问程序空间与数据空间,在执行一条指令过程中，取指、译码、取操作数和执行这几个阶段是重叠的，再加上其内部有多处理单元及特殊的DSP执行指令[5]，使得其执行指令周期（可短至10ns），运算精度高（其字长已从8位提高到40位）；新一代DSP的接口功能越来越强，片内有串行口1、主机接口（HPI）、DMA控制器、软件控制的等待状态产生器、锁相环时钟产生器以及实现在片仿真符合IEEE1149.1标准的测试访问口，更易于完成系统设计。因此，选用方案三。
2.2 系统的总体设计
高精度的开关电源从功能、成本等方面因素考虑，典型的PWM开关整流模块都采用两级结构通过交—直—交—直四个环节，达到电能变换的目的，其核心技术是DC-DC变换技术和DSP的控制，系统的整体结构如下图：
EMI 滤波器
整流
滤波
高频变换器整流滤
波电路
直流电压
保护电路
辅助
电源
PWM
调制器
误差
比较
基准电压
采样
电压
图2-4开关电源基本原理框图
其基本工作原理：三相工业电经过EMI滤波后输入变换器，首先经过一次不可控整流，得到较为粗糙的一次直流，然后高频逆变电路，得到交流电压，经过高频变压器隔离，最后再经过二次不可控整流和滤波电路，得到高质量的二次直流电。控制电路中，通过电压检测及反馈电路，将电压信号送入DSP的A/D 转换器得到采样二进制值与同样经A/D转换器得到基准电压二进制值进行比较调整，然后控制DSP占空比D，进而影响功率开关管的通断，并及时调整高频变压器的输出，从而控制电压的稳定。
1）输入电网滤波器：消除来自电网的各种干扰。同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散而污染电网。
2）输入整流滤波器：将电网输入的交流电进行整流滤波，为变换器提供纹波较小的直流电压。而且，当电网瞬时停电时，滤波电容器储存的能量尚能使开关电源输出维持一定的时间。
3）高频开关变换器：把直流电压变换成高频交流电。
4）输出整流滤波：将变换器输出的高频交流电压滤波得到需要的直流电压。同时还防止噪音对负载的干扰。
5）控制电路：检测输出直流电压，与基准电压比较，进行隔离放大，调制振荡器输出的脉冲宽度，从而控制变换器以保证输出电压的稳定。
6）保护电路：在开关电源发生过电压、过电流或短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和开关电源本身。
7）辅助电源：整个电源电路设计要用到一些芯片，而这些芯片都需要单独供电，为控制电路和保护电路提供满足一定技术要求的直流电源以保证它们工作稳定可靠。
第三章硬件电路设计
基于DSP的直流开关电源的硬件设计主要包括主电路拓扑结构的比较和选择及设计、控制电路—系统核心控制器DSP的设计、检测及采样电路设计、开关管驱动电路的设计、辅助电源电路设计、保护电路设计。以下分别对它们进行详细的介绍。
3.1 主电路拓扑结构的比较和选择与设计
3.1.1主电路拓扑结构的比较和选择
1．正激式电路
正激变换器实际上式在降压式Buck变换器中插入隔离变压器而成，如下图3.1给出了正激变换器的主电路。开关管Q按PWM方式工作，D,是输出整流二极管，DZ是续流二极管，L，是输出滤波电感，C，是输出滤波电容。变压器有三个绕组，原边绕组W,，副边绕组Wz，复位绕组W,，图中绕组符号标有“*”号的一端，表示是该绕组的始端。D。是复位绕组W,的串连二极管。其主要的工作原理是:当功率晶体管Q导通时，变压器将电能由原边传送给副边，然后经过整流二极管，输送给负载，同时，给滤波电感储能;当晶体管Q关断时，电感中的能量经过续流二极管传A给负载。
D1
D2Lf
cf
D3w2
w3w1
Vin
图3-1正激式电路主电路
2．反激变换器
下图 3. 2给出了反激变换器的主电路，它由开关管Q.整流二极管D,、电容C,和变压器构成。开关管Q按PWM方式工作。变压器有两个绕组:原边绕组W1和副边绕组W,，两个绕组要紧密祸合。反激变换器的变压器和正激变换器的变压器有本质的不同，前者实际上是祸合电感，用普通导磁材料铁心是必须有气隙，以保证在最大负载电流是铁心不饱和。反激变换器由于电路简洁，所用元器件少，适合于多输出场合使用。其工作原理是:当功率晶体管Q导通时，高频变压器的原边电压等于输入电源电压vm，其极性为上正下负。与之对应的高频变压器副边电压为上负下正，此时整流二极管D,承受的是反向偏置电压，故不导通，此时输出电容Cf给负载提供能量，同时，高频变压器将电能变为磁能储存起来;当晶体管受控截止时，高频变压器原、副边电压极性改变。整流二极管D，由反偏变为正偏导通，高频变压器就将原先储存的磁能变为电能，通过整流二极管向负载供电和向输出电容C，充电。此电路的整流二极管D，是在功率晶体管截止时才导通的，称此电路为反激型电路。
D1Lf
cf
D2w2
+
w1
Vin
-
图3-2反激式电路主电路
3．半桥直流变换器
半桥变换器是由半桥逆变器、高频变压器和输出整流滤波电路组合而成的，因而也属于直流一交流一直流变换器，它的优点是开关管承受的电压为电源电压，故可再电源电压较高的场合应用。
C C Q1
Q2
C
C
L3
C19
T1
图3-3半桥直流式主电路
4．全桥变换器
全桥变换器是目前应用非常普遍的一种变换器，本文中所讨论的电源模块系统也采用了全桥变换器的拓扑结构，故将在下面的小节中详细讨论全桥变换器的原理以及控制方法。
一般情况下，变换器都需要变压器进行隔离，即所谓的离线开关变换器。变压隔离器有单端式、并联式、半桥式和全桥式四种。在高输出电压又要提高输出功率时，就适合使用全桥式电路。当开关在关断状态时，功率管所承受的电压将减少，而且，内在电路寄生元件引起的附加峰值电压经合理布线设计也可以忽略。全桥直流变换器由全桥逆变器、高频变压器和输出整流滤波电路组成，也属于直流一交流一直流变换器。基本的全桥变换电路根据供电方式的不同(输入端所连接的储能元件可以是电容或电感)，又分为电压型和电流型两大类。其中的电压型全桥DC-DC变换器应用更为广泛。简单的电路图如图3.4所示。
Q1
Q2
C1
C2
Q3
Q4
C3
C4
C5
T1
D
1
D3
D2L
C6图3-4全桥式电路主电路
现就以上图3.4为例子，简要的分析下全桥DC-DC变换器的工作原理。当采用PWM工作方式时，直流电压Vin;.分别施加在四个开关管构成的两个桥壁上：Q1, Q3和Q2、Q4。只有当对角线上的两只开关管同时导通时，即Q1、Q4或Q2、Q3同时导通时，功率才能同过变压器，传送到负载侧。当开关管全部关闭时，续流二极管DFW为负载电流继续提供通路，同时，滤波电容Cf，继续为负载提供能量，通过控制四只开关管的通断顺序及通断时间，在变压器的原边将得到按某一占空比D变化的正负半周对称的交流方波电压。如果变压器的变比为n，则变压器次边将产生幅值为Vin/n的交流方波电压，经过二极管Dr1, Dr2组成的整流电路和电感Lf、电容Cr组成的低通滤波电路最终就可得到所要求的平滑直流输出电压。
由于全桥变换器本质上属于Buck变换器，如果不考虑效率等因素，则输出电压的值与占空比D成正比。通过调节占空比D即可方便地调节输出电压。3.1.2主电路的设计
1．输入整流滤波电路
单相交流电经整流、滤波后，为逆变桥提供一个平滑的直流电压。在电源模块启动时，冲击电流比较大，已损坏设备。为了防止电网的浪涌电压，电路中接有压敏电阻RY，于单相整流后的直流电压高达280V左右，且一般电解电容的耐压为450V，可以采用多个电容并联滤波，不必采用电容串联的方式减小电容的耐压。
为了抑制电网的高次谐波进入本电源系统，同时也可以避免本电源内部产生的电磁干扰进入电网，所以，应该在220V交流市电和整流电路之间加一滤波电
路。所加的输入滤波电路是为变换器的电磁干扰电平和外界的电磁干扰源设计的一种低阻抗通道，以抑制或取出电磁干扰，达达电磁兼容的目的，所加的开关电源工频滤波器如图3.5所示。其中L1，C1，C2滤除共模噪声，C3，C4滤除差膜噪声。 L1C1
C2C3
C5C4C6C8D1D2D3D4
C7 图3-5 开关电源低通整流滤波器
2．高频变压器输出电路的设计
高频变压器和低频变压器的工作原理一样.就是频率不同所用的铁芯材料不同，低频变压器一般用铁芯,高频变压器用铁氧体磁芯或空芯。
变压器的工作原理是用电磁感应原理工作的。变压器有两组线圈。初级线圈和次级线圈。次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈就产生感应电动势。变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如：初级线圈是500匝，次级线圈是250匝，初级通上220V 交流电，次级电
压就是110V 。变压器能降压也能升压。如果初级线圈比次级线圈圈数少就是升压变压器,可将低电压升为高电压。 C1
C2
VD1
VD2
R1
图3-6 高频变压器输出电路
3.2驱动电路的设计
在本设计中，功率元器件选用的是IGBT管。首先，我们要了解IGBT管的工作原理：IGBT由栅极电压正负来控制，当加上正栅极电压时，绝缘栅下形成沟道，IGBT导通，PNP晶体管提供了流动的基极电流，从而使PNP管导通。当加上负栅极电压时，IGBT工作过程相反，形成关断
1.IGBT管的特点简介：
1）一种电压控制器件。在G-E间加正电压时IGBT导通，相当于在PNP 管接了一个低值电阻，于是PNP管导通；当G-E间电压为0时，IGBT关断，PNP管由于无基极电流流通，所以也关断。
2）IGBT比MOSFET耐压高，电流容量比MOSFET大。
3）开关速度比双极型晶体管快。
4）通过控制栅压实现过电流保护。
2. IGBT管的驱动
在本电源中，全桥逆变电路中的功率开关器件IGBT是由DSP发出的PWM 波来控制的。但是DSP发出的信号为小信号，难以直接驱动IGBT，所以需要在二者之间加驱动电路。接下来对全桥逆变电路中IGBT的驱动电路加以介绍。
本设计中的驱动信号由DSP产生幅值为3V的PWM信号，经过驱动电路输入到IGBT管的栅极本设计中的光耦合采用高安华生产的高速光耦HCPL-0710，它的速度可达15M。驱动芯片采用国际整流公司的半桥逆变电路IR2181，该芯片具有速度快，驱动电压高等特点，特别适合于驱动IGBT等器件[9]。具体设计电路见下图3-10，左侧为DSP事件管理器输出PWM信号，然后经过高速光耦HCPL-0710，输出给半桥式逆变芯片IR2181，从而去控制功率管IGBT开通与关断。
GND1GND2
HCPL -0710
GND1GND2
HCPL -0710
GND1GND2HCPL -0710
GND1GND2HCPL -0710
LO HIN HIN COM HIN LIN COM
HO V S LO IR2181
IR2181HCC VSL LCC LCR VSR HCR PWM1PWM2PWM3PWM4+5V
+15V
+5V V DD1
V DD2V IN
V0
V DD1
V DD2V IN
V0
V DD1
V IN
V DD2V0
V DD1
V DD2V IN
V0
C25
C27C26
C28D9D10V CC V B HO V S V CC V B
图3-7 全桥逆变电路的驱动电路
3.3控制电路设计
3.3.1系统核心控制器DSP 的设计
现有的电源广泛采用TL494， UC3875等专用电源芯片来驱动开关管，特定的电源芯片本身不可编程，可控性较差，难以扩展，不易升级维修，同时电源芯片为模拟型芯片，具有模拟电路难以克服的由温漂和老化所引起的误差，无法保证系统始终具有的高精度和可靠性。随着数字控制技术的日益成熟，常用单片机来对电源进行控制。由于在本电源中，需要一个微处理器来集中快速实现全桥逆变技术，这就对微处理器的运算速度和控制功能提出了很高的要求，常用的单片机由于其通道数目和运算速度的限制难以满足本电源系统，因而在本电源的设
计中，根据实际情况选用DSP作为电源的控制核心。
本文采用TI公司的TMS320LF2407型DSP芯片设计了一种高精度的直流开关电源，对电源主电路实现了全数字控制，提高了输出电压的精度和稳定度。控制算法通过软件编程实现使得系统升级方便，也便于用户根据各自的需要灵活地选择不同的控制功能。
3.3.2 TMS320LF2407的介绍及应用
世界上第一片单片DSP[5]芯片应当是1987年AMI公司宣布的S2811，1979年美国Intel公司宣布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个重要里程碑。但这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的UPD7720是第一片具有乘法器的商用DSP芯片[10]。
在这之后，最成功的DSP芯片当数美国德克萨斯仪器公司（Texas Instrments, 简称TI）的一系列产品。TI公司在1982年成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等之后相续推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS320C40/C44，第五代DSP芯片TMS320C5x/C54x，以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62x/C67x等。
自1980年以来，DSP芯片得到了突飞猛进的发展，DSP芯片的应用越来越广泛。从运算速度来看，MAC（一次乘法和一次加法）时间已从20世纪80年代初的400ns（如TMS32010）降低到10ns以下（如TMS320C54x等）处理能力提高了几十倍，甚至上百倍。DSP芯片片内RAM数量增加到一个数量级以上。从制造工艺来看，1980年采用4μm的N沟道MOS工艺，而现在则普遍采用亚微米（Micron）CMOS工艺。DSP芯片的引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增加意味着结构灵活性的增加，如外部存储器的扩展和处理器的通信等。DSP芯片的封装从开始的DIP封装到现在的BGA封装。
目前，世界上DSP芯片的厂家主要有美国的德克萨斯仪器（Texas Intruments,简称TI）公司、模拟仪器（Analog Devices,简称AD）公司以及Motorola 公司等。从目前的市场占有情况来看，TI公司生产的DSP系列芯片应用最广泛，其产品在世界上占近一半的市场销量，TI公司已经成为世界上最大的DSP芯片供应商。
TMS320LF2407 DSP有以下一些特点：
·采用高性能静态COMS技术。使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗：30MIPS的执行速度使得指令周期短到33ns（30MHz），从而提高了控制器的实时控制能力。
·片内有高达32K的FLASH程序存储器，高达1.5K字的数据/程序RAM，544字双口RAM（DSRAM）和2K字的单口RAM（SARAM）。
·两个事件管理模块EV A和EVB，每个包括：两个16为通用定时器：8个11116位的脉宽调制（PWM）通道，它们能够实现：三相反相控制：PWM的对称和非对称波形：当外部引脚/PSPINTx出现低电平时快速关闭PWM通道：可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲：3个捕捉单元：片内光电编码器接口电路：16通道A/D转换器。事件管理器模块等。
·可扩展的外部存储器（LF240）总共192K字空间：64K字程序存储器空间：64K字数据存储器空间：64K字I/O寻址空间[11]。
·看门狗定时器模块（WDT）。
·10位A/D转化器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。
·控制器局域网络（CAN）2.0B模块。
·串行通信接口（SCI）模块
·16位的串行外设接口（SPI）模块。
·基于锁相环的时钟发生器。
·高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚（GPIO）。
·5个外部中断。
·电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式。
3.3.3 DSP控制稳压原理
由于该系统输出的电压信号在带不同负载的情况下或在输入突变的情况下会有失真，因此在稳压器工作的过程中需要对变换器的开关信号的占空比进行微调。
图3-8 数字控制方案原理图
实际电路中，我们采用电压型控制方案，模数转换器实时对输出电压Uo 进行采样并经DSP 进行计算得到其实际值，与数字基准电压Uref （预先储存在DS P 内与模拟电路中的电压相对应的电压数值）比较得到误差Ue ，计算Ue 变化之后新的PWM 控制方波的占空比。实际运行中，由于电网电压波动等因素，导致输入直流电压经常波动，如果这种变化先转移为输出电压的变化，然后再经采样控制来调节，会使输出电压幅值波动大，谐波分量也较大，且动态响应明显较慢。因此，在设计中，我们采取模数转换电路同时也实时地对稳压器的输入电压进行采样。当输入电压瞬时值高（或低）于规定值时，由于开关电源频率较高，且电路存在电感、电容等延时元件，使Ue 滞后输入电压波动一定的时间。因此，此时输出电压还未发生变化，近似为恒定值，在此情况下就可以单独计算由于输入电压波动需改变的PWM ，脉冲的新的占空比，以保证输出电压基本不变，从而减少输入电压波动对输出电压的影响，减少输出电压的谐波分量。
3.3.4控制电路的硬件设计
1．电源的上、掉电次序
在设计DSP 供电电源时，由于内核电源与端口电源的电压不同，需要两种电源供电，所以必须要考虑他们之间的配合问题。在上电过程中，如果内核先获得供电，周围没有得到供电，这时对芯片不会产生损坏，只是没有输入输出而已，但是如果周边I/O 接口先得到供电，内核后得到供电，则有可能会导致DSP 核外围引脚同时作为输出端，此时如果双方输出的值是相反的，那么两输出端就会变换主电路 DSP 系统 A/D 变换
模拟开关 取样
输入电压Ui 输出电压Uo
因反向驱动可能出现大电流，从而影响器件的寿命，甚至损坏器件。
手动复位
MR WDI RESET V CC
XF RESET +5V IN OUT
EN PO EN
OUT
IN
TPS76818QD
DPS75733KTI
P5382-333DBVI
V CCA
V DD TMS320LF2407
图3-9 DSP 电源电路图
同样在掉电时，如果内核先掉电，也有可能出现大电流，因此一般要求CPU 内核电源先于I/O 电源上电，后于I/O 电源掉电。但CPU 内核电源与I/O 电源供电时间相差不能太长（一般不能大于1秒，否则也会影响器件的寿命或损坏器件），为保护DSP 器件，应该在CPU 内核电源与I/O 电源之间还要加一二极管。具体上电顺序控制的DSP 电源电路如图4-1所示。
2．系统时钟电路设计
在进行时钟电路设计时需要考虑以下问题。
（1）频率。即系统工作的时钟频率。
（2）信号电平。是5V 还是3.3V ，是TTL 电平还是CMOS 电平等。
（3）时钟的沿特性。上升沿和下降沿的时间。
（4）驱动能力。考虑整个系统中需要时钟的器件数目。
简易电子称设计报告
摘要 本简易电子秤由数据采集、控制器和人机交互界面三部分构成。其中数据采集部分由测量电路、差动放大电路与电压采集电路组成；测量电路采用4片电阻应变片组成的全桥电路。差动放大把传感器输出的微弱模拟信号放大275倍，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求；A/D转换器把模拟信号转变成数字信号，控制器把数字信号输送到显示电路中去。控制器选用IAP15F2K61S2单片机，用按键来选择、确定功能，最后所有结果由OLED进行显示。 电子秤自带电源，并具有称重、设置单价、金额累计、去皮、超量程报警与语音播报等功能。当电子秤称重围为5.00g~500g。当重量小于50g时，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小于1g。整个系统稳定，界面友好，转换精度高，人性化。 关键词：电子秤传感器 A/D 控制器
目录 第1章方案比较论证与选择 (1) 1.1整体设计思路 (1) 1.2数据采集部分 (1) 1.2.1测量电路 (1) 1.2.2放大电路 (2) 1.2.3电压采集电路 (2) 1.3控制器部分 (2) 1.4人机交互界面 (3) 1.4.1按键 (3) 1.4.2显示界面 (3) 1.5系统设计框图 (4) 第2章系统模块电路设计 (4) 2.1数据采集部分 (4) 2.1.1测量电路 (4) 2.1.2放大电路 (5) 2.1.3电压采集电路 (6) 2.2控制器部分 (7) 2.3人机交互界面 (7) 2.3.1按键 (7) 2.3.2显示界面 (7) 2.4其他 (8)
2.4.1系统电源 (8) 2.4.2语音播报部分 (8) 2.4.3固件升级接口 (8) 第3章系统软件设计 (9) 3.1软件设计工具与平台 (9) 3.2软件设计思想 (9) 3.3软件设计流程图 (10) 第4章系统调试与测试 (10) 4.1调试与测试所用仪器 (10) 4.2调试过程 (10) 4.3测试过程 (11) 4.4测试结果 (13) 4.5结果分析 (13) 第5章设计总结 (14) 参考文献 (14) 附录 (15)
直流稳压电源电路的设计实验报告
直流稳压电源电路的设计实验报告 一、实验目的 1、了解直流稳压电源的工作原理。 2、设计直流稳压电路，要求输入电压：220V市电，50Hz，用单变压器设计并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2V~+12V连续可调的直流稳压电源电路，两组输出电流分别I O≥500mA。 3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。 二、实验线路及原理 1、实验原理 （1）直流稳压电源 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的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下： 图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换 其中： 1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。 2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。 3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。 4）稳压电路：其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。 （2）整流电路 常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图2-3所示。 t
6种最常用恒流源电路的分析与比较
6种最常用恒流源电路的分析与比较 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs
类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V
类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V
类型5： 特征：使用JEFT，超低噪声 输出电流：由JEFT决定 检测电压：与JEFT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压 Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采用FET管
图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs 可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。
直流稳压电源课程设计[1]
课程设计名称：电力电子技术 题目：直流稳压电源的课程设计 专业：电力自动化 班级：电力09-2 姓名：王裕 学号：0905040218
目录 一、简介 (3) 二、设计目的 (4) 三、设计任务和要求 (5) 四、设计步骤 (6) 1．电路图设计 (6) 2. 电路安装、调试 (6) 五、总体设计思路 (7) 1．直流稳压电源设计思路 (7) 2．直流稳压电源原理 (7) 3．设计方法简介 (8) 六、实验设备及原器件 (11) 七、注意事项 (12) 八、此电路的误差分析 (13) 九、心得体会 (14) 十、参考文献 (15)
一简介 直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在6-13V可调。
二设计目的 1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。 3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
三设计任务及要求 1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求： ①输出电压可调：Uo=+6V～+13V ②最大输出电流：Iomax=1A ③输出电压变化量：ΔUo≤15mV ④稳压系数：SV≤0.003 2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。 4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。
大电流恒流源放电回路及其分析
大电流恒流源放电回路及其分析李冬梅（茂名学院计算机与电子信息学院） 摘要：在经济飞速发展的今天，各种大容量可高倍率放电的电池的需求量越来越多，在使用前，都需要放电测试，而通常的测试设备电流值太小，如何实现大电流恒流放电，同时又经济、安全、可靠，大电流和小电流放电对电路的要求差别很大，放电回路需要重点考虑。本文针对大电流恒流放电回路进行设计，并对其实际问题进行分析。 关键词：恒流源放电 0引言 随着电池使用的迅速增长，对电池产业化生产及产品质量提出了更高的要求。在电子信息时代，对移动电源的需求快速增长，对高容量、大电流工作的电池的需求越来越大。特殊的大容量可高倍率放电的电池的使用也越来越多。因此电池厂也就需要大电流的电池检测设备。本文根据电池的特点，设计了放电电流可达50A的放电电路。此电路经济、实用，简单、安全、可靠。 1恒流放电机理 此电路需要实现的功能是可以稳定的恒流，放电电流范围：1A～50A分200mA级可设置。要实现这两个功能，其组成部分应该有控制回路和放电回路两部分构成。 1.1控制回路放电的方式为恒流放电，根据需要设置电流，根据需要送来的控制数据，对电池放电进行实时控制。电流值从1A到50A可调。要实现50A这么大的电流，考虑管子的选取以及散热的需求，一路放电回路很难实现，因此采用两路并联的放电回路实现，要控制这两路并联的回路，根据显示要求电流并不需要连续可调，可以采用数字电位器9312提供可控的电位给放电回路。 此电路实现的功能是可以稳定的恒流，放电电流范围：1A～50A 分200mA级可设置。要实现这两个功能，其组成部分应该有控制回路和放电回路两部分构成。 如图所示，根据实际需要的设定，控制数字电位器9312向运放TL062提供需要的电位。实现放电电流分级设置，每级为200mA。 1.2恒流放电回路如果恒流放电时的电流不够稳定，对电池的测试有影响，因此恒流源电路采用负反馈恒流源电路，如图所示，由运算放大器、基准电压源和大电流MOS管负载组成，它的电流由基准电压决定，运放电路工作在负反馈放大状态[1]。MOS管工作在放大区。根据需要对电流值进行预制，采用合适的处理器输出相应的数字信号，通过数字电位器的基准电压，压控恒流源输出相应的电流，压控恒流源时闭环负反馈系统，实现恒流，电流需要采样后经A/D转换反馈到处理器，处理器根据反馈信号调整控制信号[2]。使用此种负反馈，实际测试时，放电电流测量准确度可达：±（0.5FS+0.3RD）%，实际电流表读数与显示测量小数点后一位有效数字相同。 此压控恒流源电路采用双运放和两个独立控制的MOS管组成，电流大小由运放的同相输入端决定，因电流较大故采用两组独立工作的电路。在多个电池同时放电时，采用循环采样的方式，采样电池两端的工作电压和两路放电电阻上的电压；电流采用计算的方法获得，采样放电电阻的电压，电流由电压和电阻计算得到，由于电阻的值不一定很一致，可以采用软件校准。采样完成后将数据送回主控制板后对电流进行实时控制。经实验验证，此电路稳定性很好，在50A电流放电时每路的电流都很稳定。 MOS管采用IRF3710，IRF3710参数：R DS(ON)=0.025I D=57A，V GS：±20V[3]。只要采取足够的散热措施，IRF3710完全可以满足需要。要在短时间将电池能量释放出来，对散热设备的设计需要充分考虑。MOS管与散热器之间可以采用导热绝缘的钢片，因为此电路是大电流放电，会在短时间内将电池能量以热能的形式释放，因此在使用时还需要考虑采用风扇散热。 在进行采样设计时，要考虑到两路电路很难做到完全对称，电流采样采用两路分别采样，在10A以下，单路导通，10A以上，两路同时导通。由于电流很大，不能直接采样，需要接采样电阻R13和R28，放电回路的R1和R30的阻值很小，在62mΩ左右，采用鏮铜丝做成，由于此部分不能做到完全一致，因此计算的电流不准，这方面需要通过软件校准。通过软件校准后，工作情况良好，达到实际需要和精度要求。 2结语 此回路采用两个数字电位器实现对放电电流的控制，采用压控恒流源负反馈电路实现大电流放电功能。使用并联回路，如果需要更大电流时，可以再并联恒流源回路。在控制过程中采用需要的处理器，合理设计接口电路和解决散热问题，就可以使用在各种大电流放电的电池检测设备中。 参考文献： [1]崔玉文，艾学忠，杨潇.实用恒流源电路设计[J].电子测量技术.2002年第五期：25-26. [2]李婷婷，李洪波.数控大功率精密恒流源设计[J].通信电源技术.2006年9月.第23卷第5期：35-37. [3]https://www.wendangku.net/doc/fd14775202.html,. 至少6头，多至60头以上，随着灌装头数的增加，灌装能力也不断提高，虽然灌装机的头数有多有少，但其基本工作原理是一样的。灌装阀是储液箱、气室(充气室、排气室、真空室等)和灌装容器三者之间的流体通路开关，根据灌装工艺要求，能依次对有关通路进行切换。 2.4真空系统是由真空泵、空气过虑装置和电气控制系统组成。该系统直接影响灌装速度和精度。本机选用了进口真空泵(水环式真空泵)，确保了真空系统的可靠性。 真空泵由变频器控制，同时，真空表可随时反映灌装时的真空度，并可通过阀门控制量的大小，待真空泵的负压值达到所需值后，一般真空度保持在0.01~0.06Mpa之间，按下变频器面板上的按钮，灌装机开始转动。 参考文献： [1]刘姗姗，宋秋红.屋顶包饮品纸盒灌装机气动理盖机构的设计研究[J].食品工业.2007.05. [1]Liu Shanshan,Song Qiuhong.Resarch&Development For Spout Applicator of Gable Top Beverage Filler[J].The Food Industry,2007,05. [2]丁毅，贾向丽，李国志.基于ADAMS的润滑脂灌装机的设计[J].包装与食品机械.2007.06. [2]DING Yi,JIA Xiang-li,LI Guo-zhi.The Design of Lubricate Grease Fill Machine Based on ADAMS[J].Packaging and Food Machinery, 2007,06. 图1恒流源放电电路 （上接第255页） 实用科技 256
基于单片机的语音播报电子秤设计
1 引言 在生活中我们经常需要用秤来测量物体的重量，由于秤在我们日常生活中的应用十分广泛，我们对其的设计要求就需要操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。 1.1 称重技术的发展与成果 电子称的发展过程经历了由简单到复杂、又粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程[1]。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出信号的电子衡器。近年来电子称已愈来愈多地参与到数据的处理和控制过程中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破[2]，为电子称的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在20世纪60年代就出现了0.1%称量准确度的电子称，并在70年代中期约对75%的机械称进行了机电结合式改造。 我国的衡器在20世纪40年代以前还全是机械式的，40年代开始发展了机电结合式的衡器，50年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器，80年代以来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造，已由传统的机械式衡器步入集传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段[3]。随着称重传感器技术以及超大规模集成电路和微处理器的进一步发展，电子称重技术及其应用范围将更进一步的发展，并被人们越来越重视。根据近些年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子称的发展动向为：小型化、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；其应用性趋向综合性、组合性[4]。 1.2 电子秤的组成 1.2.1电子秤的基本结构 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤均由以
单片机课程设计报告书----电子秤
一、设计任务及要求： 设计任务： 完成一个简单的使用数字电子秤的硬件与软件部分的设计。 设计要求： 1.利用单片机实现对所设计的电子秤的各项功能的控制。 2.电子秤能够LCD液晶显示出商品的名称、价格，重量、总价等信息。 3.电子秤具有储存几种简单商品价格的功能。 4.电子秤的测量范围要求达到5KG，测量精度要求达到0.001。 5.电子秤能够自动完成商品的价格计算。 指导教师签名： 2010 年6月16 日二、指导教师评语： 指导教师签名： 2010 年7月3日三、成绩 验收盖章 2010 年7 月日
基于单片机的实用电子秤的设计 1 设计目的 单片机以其功能强，体积小，功耗低，易开发等很多优势被广泛应用。本 次数字电子秤的设计就是需要通过选择合适的单片机来进行主控，再结合A/D 转换、键盘、液晶显示、复位电路和蜂鸣器报警驱动电路的知识，同时在软件 的设计过程中用到键盘扫描、液晶显示驱动、模数转换程序及汉字库的的设计， 做到对我们所学数电、模电、单片机等知识的综合应用，最终实现所设计数字 电子秤的各项功能，达到“巩固知识，培养技能，学而用之”的实践目的。通过这次课程设计，不但要提高我们在工作中的学习能力、探究能力、应用能力和动 手能力，还要历练我们不畏艰难、不懂便学、有漏必补的认真严谨的工作态度，强化我们的社会适应力和社会竞争力，为走向社会提前试水，完善自我。 2 设计的主要内容及要求 本设计主要完成一个简单实用数字电子秤的硬件电路部分和软件部分的设计。硬件部分包括数据采集、最小系统板、人机交互界面三大部分。其中，数 据采集部分由压力传感器和A/D 转换部分组成；人机界面部分为键盘输入、 液晶显示。软件部分应用单片机 C 语言实现了本设计的全部控制功能。本设 计的数字电子秤要求能够显示商品的名称、价格、总量、总价等；能够自动完 成商品的价格计算；能够储存几种简单商品的价格；能够具有超重提醒功能， 一旦重量超出了自身重量的测量的范围，发出警报；同时对数字电子秤的测量 范围要达到5KG，测量精度要求达到0.001。 3 整体设计方案 整个数字电子秤电路由压力传感电路(ADC0832采样）、模数转换系统、单 片机主控制电路、LM4229显示电路、蜂鸣器报警电路和4*4键盘电路6 个部
串联型直流稳压电源设计报告
串联型直流稳压电源设计报告 (2009-06-18 14:59:21) 标签： 杂谈 串联型直流稳压电源设计报告 一、计题目 题目：串联型直流稳压电源 二、计任务和要求 要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。 指标：1、输出电压6V、9V两档，正负极性输出； 2、输出电流：额定电流为150mA，最大电流为500mA； 3、纹波电压峰值▲Vop-p≤5mv； 三、理电路和程序设计： 1、方案比较 方案一：先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成（如图1），以稳压管D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起R2两端电压的变化增大（减小）时，晶
体管发射极电位将随着升高（降低），而稳压管端的电压基本不变，故基极电位不变，所以由可知将减小（升高）导致基极电流和发射极电流的减小（增大），使得R两端的电压降低（升高），从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理一样。 图1 方案一稳压部分电路 方案二：经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样擦用四个二极管组成的单相桥式整流电路，整流后的脉动直流接滤波电路，滤波电路由两个电容组成，先用一个较大阻值的点解电容对其进行低频滤波，再用一个较低阻值的瓷电容对其进行高频滤波，从而使得滤波后的电压更平滑，波动更小。滤波后的电路接接稳压电路，稳压部分的电路如图2所示，方案二的稳压部分由调整管，比较放大电路，基准电压电路，采样电路组成。当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。
直流稳压电源设计报告multisim
西安文理学院机械与材料工程学院专业课程设计报告 专业班级测控技术与仪器一班 课程电子技术课程设计 题目直流稳压电源的设计 学号 学生姓名 指导教师 2017年3月
西安文理学院机械与材料工程学院 课程设计任务书 学生姓名 11 专业班级 15级测控技术与仪器1班学号2807150120 指导教师 22 职称讲师教研室测控 课程电子技术课程设计 题目 直流稳压电源的设计 任务与要求 使用Multisim仿真软件，设计一个采用220V，50Hz交流电网供电，固定输出的集 成稳压电源，其指标为U O =+12V； I O max=800mA。 设计要求： (1) 设计系统总体框架 (2) 设计电路 (3) 绘制电路图并仿真 (4) 撰写设计报告 开始日期 2017.3.10 完成日期 2017.3.24 2017年 2 月 24 日
直流稳压电源的设计 摘要 本设计是设计一个由220V，50Hz交流电源供电，输出为12V电压，限制电流800mA 的交流稳压电源。 首先使用电源变压器将220V的电网电压变成所需要的交流电压，经过由二极管组成的桥式整流电路，将正负交替的正弦交流电压变成单方向的脉动电压，再经过滤波电容使输出电压成为比较平滑的直流电压，在以三端固定式集成稳压器7812为核心构成的直流稳压电路，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。这类稳压器有输入，输出和公共端三个端口，输出电压固定不变，所以输出稳定性极好。本设计就是应用上述原理实现了直流稳压电源的设计。 关键词：直流稳压电源；三端稳压器；变压器；滤波电容；整流二极管。
目录 第一章任务与要求 (1) 第二章总体布局与各部分电路分析 (1) 2.1 系统模块 (1) 2.2 总体设计 (1) 2.3 直流电源的组成及各部分的筛选与作用 (2) 2.3.1 变压电路 (2) 2.3.2 整流电路 (2) 2.3.3滤波电路 (6) 2.3.4稳压电路 (7) 第三章制作和调试 (8) 第四章实验心得体会及致谢 (9) 第五章参考文献 (10)
电子秤设计报告
设计报告 实验名称：电子称设计 院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员：实验时间：2016年12月02
评定成绩：审阅教师： 目录 1 设计要求··3 2 设计原理··3 3 系统框图··3 4 具体设计··4 4.1 称重传感器··4 4.2 放大电路和量程切换··5 4.3 A/D转换··7 4.4 显示器··8 5 实验小结··9
1设计要求 试设计10μg~10kg电子称，数字显示，精度为0.1%。 2设计原理 数字电子称通过传感器将被测物体的重量转换成模拟的电压信号，较小的电压信号通过应用放大系统进行准确、线性的放大，以满足模数转换器对输入信号电平的要求。 放大电路采用三运放数据放大器。仪表用放大器具备足够大的放大倍数、高输入电阻和高共模抑制比的特点。放大后的模拟电压信号经过模数转换电路变成数字量，模数转换电路采用模数转换芯片CC7107实现。然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果，显示电路采用四块分立的七段LED显示电路进行显示。本设计中通过改变放大电路的增益，从而达到转换量程的目的。由于被测物体的重量相差较大，根据不同的测重范围要求，需对量程进行切换。 3系统框图
图1 电子称设计框图 （1）利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物体的重量信号； （2）由放大器电路把传感器输出的微弱电压信号进行一定倍数的放大，放大后的电压信号送到模数转换电路中； （3）由模数转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路； （4）由显示电路显示数据。 4具体设计 4.1称重传感器 4.1.1 设计原理 图2 电阻应变式桥式测量电路
直流稳压电源设计实验报告(模电)
直流稳压电源的设计实验报告 一、实验目的 1.学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源 2.掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测量方法 二、实验任务 利用7812、7912设计一个输出±12V 、1A 的直流稳压电源； 三、实验要求 1）画出系统电路图，并画出变压器输出、滤波电路输出及稳压输出的电压波形； 2）输入工频220V 交流电的情况下，确定变压器变比； 3）在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）； 4）求滤波电路的输出电压； 5）说明三端稳压器输入、输出端电容的作用及选取的容值。 四、实验原理 1.直流电源的基本组成 变压器：将220V 的电网电压转化成所需要的交流电压。 整流电路：利用二极管的单向导电性，将正负交替的交流电压变换成单一方向的直流脉动电压。 滤波电路：将脉动电压中的文波成分滤掉，使输出为比较平滑的直流电压。 稳压电路：使输出的电压保持稳定。 4.2 变压模块 变压器：将220V 的电网电压转化成所需要的交流电压。 4.2 整流桥模块 整流电路的任务是将交流电变换为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。管D 1～D 4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。 由上面的电路图，可以得出输出电压平均值：2)(9.0U U AV o ≈ ，由此可以得V U 152=即可 即变压器副边电压的有效值为15V 计算匝数比为 220/15=15 2.器件选择的一般原则 选择整流器 流过二极管的的平均电流: I D =1/2 I L 在此实验设计中I L 的大小大约为1A 反向电压的最大值：Urm=2U 2 选择二极管时为了安全起见，选择二极管的最大整流电路I DF 应大于流过二极
几种简单恒流源电路1
几种简单的恒流源电路 恒流电路应用的范围很广，下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。 1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示： 电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vin及环境温度的变化而变化，所以 这个电路在精度要求有些高的场合不适用。 2.由LM317组成的恒流电路如图2所示，I＝Iadj＋Vref/R
单片机电子秤设计报告
单片机电子秤设计报告 秤是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。 和传统秤相比较，电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现，具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为0-40Kg，测量精度达到5g，有高精度，低成本，易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过，比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外，该电子秤电路简单，使用寿命长，应用范围广，可以应用于商场、超市、家庭等场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。 一、功能描述 1、采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0-40kg，测量精度可达5g。 2、采用电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换，HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。 3、采用STC89C52单片机作为主控芯片，实现称重、计算价格等主控功能。 4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。 5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互，键盘容量大，操作便捷。 6、具有超量程报警功能，可以通过蜂鸣器和LED灯报警。 7、系统通过USB电源供电，单片机程序也可通过USB线串行下载。
二、硬件设计 1、硬件方案 单片机电子秤硬件方案如图1所示： 图1 单片机电子秤硬件方案 称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片，内置增益控制，精度高，性能稳定。HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，再液晶屏上显示出来。 矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后，用户可以通过矩阵键盘输入单价，电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电。 2、称重传感器 传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。 (1) 灵敏度 称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是
直流稳压电源课程设计报告(1)
模拟电路课程设计报告设计课题：直流稳压电源的设计班级：电子1101 学号： 姓名：刘广强 指导老师：董姣姣 完成日期：2012年6月19
目录 一、设计任务及要求 (3) 二、总体设计思路 (3) 1．直流稳压电源设计思路 (3) 2．直流稳压电源原理 (3) 3、滤波电路——电容滤波电路 (5) 4、稳压电路 (7) 5、设计的电路原理图 (8) 三、．设计方法简介 (8) 四、软件仿真结果及分析 (10) 五、课程设计报告总结 (12) 六、参考文献 (13)
一、设计任务及要求 1、设计一个连续可调的直流稳压电源，主要技术指标要求： ①输出直流电压：U0=9→12v； ②纹波电压：Up-p<5mV； ③稳压系数：S V≤5% （最大的波动不能超过5%） 2、设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3、自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 二、总体设计思路 1．直流稳压电源设计思路 （1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 （2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。 （3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。 （4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。 2．直流稳压电源原理 1、直流稳压电源 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，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 直流稳压电源方框图
简易数控直流电源设计的报告
简易数控直流电源
数控直流电源是一种常见的电子仪器，广泛应用于电路，教学试验和科学研究等领域。目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化发展。以单片机系统为核心而设计的新一代——数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用数输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。 关键词：数控直流电源单片机 ABSTRACT Numerical control dc power is a common electronic instrument, is widely used in the circuit, the teaching experiment and scientific research, etc. Current use of controlled most of the dc power supply is the point start, the use of the device division, big volume, low efficiency, poor reliability, operation convenience, not high failure. With the development of electronic technology, various kinds of electronic, electrical equipment to improve the performance requirements of power, the power supply, high efficiency, the constant digital modular and intelligent development. Based on the single chip computer system as the core and the design of a new generation of numerical control dc power, it-not only circuit is simple, compact structure, the price is low, superior performance, and because the single-chip microcomputer with the calculation and control ability, use it for data, so as to eliminate all kinds of calculation and reduce the error caused by the analog circuit, output voltage and current limit the number of the keyboard input way, the power supply appearance, convenient in operation, has higher application value. Key words：Numerical control dc power Single-chip microcomputer
高电压输入大电流输出恒流源
高电压输入大电流输出恒流源 杨磊，羊彦 （西北工业大学陕西西安710129） 摘要：为了提高现有路灯的供电效率，开发设计了单灯恒流的供电模式，在每个路灯上安装一个体积很小的的恒流源，以保障给LED 灯提供稳定、高效的恒流供电。在恒流源模块中，恒流源芯片HV9910B 可以实现了高于70V 的电压的输入，在不同的输入电压下，恒流源芯片工作在恒定关断模式下，控制输出BUCK 电路中的开关MOSE 的占空比，以输出恒定2.2A 的电流，LED 灯串联起来作为负载，效率达到了91%以上。关键词：单灯恒流；稳定；高效；恒定关断中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2013）02-0115-02 High voltage input high current output constant current source YANG Lei ，YANG Yan （Northwestern Polytechnical University Xi ’an 710129，China ） Abstract:In order to improve the existing street lamp power efficiency ，development and design of a single lamp constant current power supply mode ，in each street lamp mounted on a small constant current source ，to guarantee to provide a stable ，efficient LED lamp constant current power supply.In the constant current source module ，a constant current source HV9910B chip can achieve a higher 70V voltage input ，at different input voltage ，constant current source chip at a constant shutdown mode ，the control circuit output BUCK switch in the MOSE duty cycle ，to output constant current of the 2.2A ，LED lamp series as the load ，efficiency can reach above 91%. Key words:single lamp ；stability ；high efficiency ；the constant closing 收稿日期：2012-09-20 稿件编号：201209153 作者简介：杨磊（1986—），男，河南商丘人，硕士研究生。研究方向：信号与信息处理。 根据2004年国家建设部的统计结果，我国照明耗电大体占全国发电总量的10％-12％，是三峡水利发电工程全年发电量能力840亿度的两倍多，可以看出路灯照明的节能有很大的潜力，可以带来相当可观的社会与经济效益。 随着LED 技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高， LED 的应用市场将更加广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再 度升高的背景下，LED 在照明市场的前景更备受全球瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。 但是，由于LED 灯存在着诸多技术瓶颈问题，使得这种“绿色照明”的高效节能、寿命长的优势未充分发挥；特别是 LED 路灯，尚未完全被市场接受。因此，提高路灯的电压输入 和提高LED 路灯的效率已经是迫在眉睫，高电压输入大电流输出恒流源很好的实现70V 以上高电压输入，2A 大电流输出的，把电能利用效率提高到了91%以上。 1恒流源的基本设计原理设计 恒流源模块由：滤波电路、处理芯片、BUCK 电路[1]、保护 电路和反馈电路五部分组成，如图1所示。 其工作原理是：通过控制电路，控制位于主回路的MOS 管，使其按要求对恒压源[2]斩波，改变恒定周期中导通时间的 长短，以达到恒流控制的目的。由于MOS 管工作于开关状态，且开关频率低（约10kHz ），使得开关损耗较低，整体效率较高。通过设定HV9910B 的RT 电阻实现输出电流的设定，再通过HV9910B 控制buck 电路输出稳定的恒定电流。 模块的主要作用是2个方面：1）调整开关电源[3]送来的直流电压，使LED 灯工作于恒流状态[4]；2）通过调整电压的升、降，控制LED 灯实现降额运行，达到控制路灯亮度的目的。 2 恒流源的具体设计 恒流源的具体设计如图2所示。2.1 两种工作模式的选择 HV9910B 有恒定频率模式及恒定关断时间两种模式，选 择何种模式取决于驱动器的输出电压V OUT （VLED ）与输入电压V IN 的比值。在降压式架构中，V IN 总是大于V OUT ，其比值即 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第21卷 Vol.21 第2期No.22013年1月Jan.2013 图1 恒流源主要模块 Fig.1Constant current source modules
钰恒JADEVERJWE(I)电子秤简体说明书
目录 1. 引言 (1) 2. 注意事项 (1) 3.使用前准备 3-1 拆封及检查………………………………………………………………………….. 3-2 配件安装…………………………………………………………………………….. 3-3 调平电子天平………………………………………………………………………..1 1 1 4. 产品介绍 4-1 产品规格及产品特性……………………………………………………………….. 4-2 前面板……………………………………………………………………………….. 4-2-1 LCD显示屏……………………………………………………………………….. 4-2-2按键说明……………………………………………………………………………4-3电源……………………………………………………………………………………2 3 3 4 5 5. 设定说明及参数描述 5-1 功能设定…………………………………………………………………………….. 5-2参数说明………………………………………………………………………………5 6 6. 单点校正及多点校正 (9) 7.操作说明 7-1秤重……………………………………………………………………………………7-2扣重&预先扣重…………………………………………………………………….... 7-3检重……………………………………………………………………………………7-4简易计数………………………………………………………………………………7-5累计、累计显示、累计清除…………………………………………………………7-6 秤对打印机初始化（选配的功能）…………………………………………….. …7-7 计算机对秤的控制命令（选配的功能）…………………………………………… 8. 外接界面 8-1适配卡接脚示意图……………………………………………………………………9 9 10 11 11 12 12 12 9. 错误信息提示和故障排除...............................................................附一：打印样本（选配的功能） (13) 14