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课题名称程控电源的设计
学生姓名刘思思
目录
(论文)任务书……………………………………………………………1
(论文)开题报告………………………………………………………3
(论文)进度考核表…………………………………………………13
(论文)评阅表…………………………………………………………14
2023年5月24日
邵阳学院毕业设计(论文)任务书
年级专业
13测控技术与仪器
学生姓名
刘思思
学号
1341203056
课题名称
程控电源的设计
设计(论文)
起止时间
2023年11月15日至2023年6月1日
课题类型
√工程设计□应用研究□开发研究
□软件工程□理论研究 □其他
课题性质
□真实√模拟□虚拟
课题研究的目的与主要内容
课题研究的目的:
让学生综合运用本科阶段所学的《单片机原理与应用》、《模拟电子技术》、《电气测量技术》、《智能仪器》等课程的知识设计制作一个
程控电源系统。锻炼学生的数据采集系统设计能力、实际动手能力和解决技术问题的能力,达到本科毕业设计的基本要求。
课题研究的主要内容:
设计并制作一个程控电源系统。包括完整的系统电路图,系统控制流程图(程序框图),源程序清单,系统软件的设计以及调试。
基本要求
设计一一个程控电源系统。要求:
采用单片机作为控制核心。在PC的IDE开发环境中用C语言进行编程,通过开发板将程序下载到单片机中,进行联调。联调结果基本符合输出电压、电流值(0~100V,0~1A),
供电电源设计,由交流220V→变压、整流、滤波→DC-DC→直流电压12V(给恒压控制回路和限流控制回路供电外)→DC-DC→5V直流(给单片机模块供电)。
控制电路设计,通过键盘设定开关电源输出的电压值及最大输出电流值,单片机系统对电源输出电压和电流进行数据采样,并与用户给定数据进行比较,然后根据设置的调整算法控制开关调整电路,使电源输出电压符合给定值,开关控制电路在调整电源输出电压的同时还要检测电路的输出电流。
严格按照邵阳学院毕业设计指导条例的要求完成开题报告、毕业设计说明书各一份,与毕业设计内容相关的英文文献翻译稿一篇。
注:,经系、教研室主任审批生效;
,学生、系、教务处各1份。
三、课题研究已具备的条件(包括实验室、主要仪器设备、参考资料)
具备的条件:学生已完成相关专业课程的学****具备了从事该毕业设计的理论基础;有网络资源和图书馆相关书籍资料供查询,有专业实验室和计算机机房供学生使用,具备比较好的相应条件。
参考资料:
[1]-
[2](系统配置与接口技术).
[3]
[4]南建辉、熊鸣、-
[5]张毅刚、彭喜源、-
四、设计(论文)进度表
1、2023年11月20日-2023年12月28日,搜集、阅读和整理资料和文献综述。
2、2023年12月28日-2023年1月28日,交出开题报告,熟悉仿真软件,进行方案论证初步确定总体方案。
3、2023年1月26日-3月28日,熟悉系统的组成及工作原理,完成主电路、控制电路设计。撰写论文,交出毕业论文的初稿。
4、2023年4月1日-4月28日,进行软件设计与仿真,修改论文,交稿,送审。
5、2023年4月29日-5月20日,修改论文,完成论文的撰写。
6、2023年5月20日-6月1日,准备论文答辩。
五、教研室审批意见
教研室主任(签名)年月日
系审批意见
主管系领导(签名):单位(公章)年月日
指导教师(签名):学生(签名):
毕业设计(论文)开题报告书
课题名称程控电源的设计
学生姓名刘思思
学号1341203056
系、年级专业电气工程系、13级测控技术与仪器
指导教师刘霖
职称副教授
2023年1月5日
一、选题的依据
1、课题设计的目的
让学生综合运用本科阶段所学的《单片机原理与应用》、《模拟电子技术》、《电气测量技术》、《智能仪器》等课程的知识设计制作一个程控电源系统。锻炼学生的数据采集系统设计能力、实际动手能力和解决技术问题的能力,达到本科毕业设计的基本要求。
随着科技的发展,电子产品的体积越做越小,从而使得人们能够方便地携带和使用。这类产品都有一个共同的特点,那就是使用电池供电,因而对电能的消耗比较敏感。目前使用较多的电池大致可分成三种:干电池、镍氢电池和锂离子电池。这三种电池受其化学性质的影响在满电和空电的情况下其输出电压是不同的,,。
通常使用高压电源模块时,用户需要通过调整电位器来获取所需的电压值,不仅操作不便,且输出精度和稳定性都不高。本文给出了一种利用单片机设计的程序控制电源。该程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性,同时还实现了对电源输出的可编程控制。
在各种电子电路实验中,电源是一种必不可少的仪器,目前实验所用的电源大多是只有固定电压输出(例如常用的有:±5V、±12V或±15V),其缺点是输出电压不可人为的改变,输出精度和稳定性都不高。随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用D/A转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性,而且还可程控实现对电源的可编程监控。
随着时代的发展,数字电子技术已经普及到我们生活,工作,科研,各个领域,本文将介绍一种数控稳压电源,本电源由模拟电源、显示电路、控制电路、数模转换电路、、数码管、放大器所需电压;显示电路用于显示电源输出电压的大小。与传统的稳压电源相比具有操作方便,电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。通过按键,调节电压的上升下降幅度。
2、课题研究的意义
电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命,给电力电子技术提供了广阔的发展前景,同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用,普通电源在工作时产生的误差,会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果,世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准,才能够进入市场。
近年来,随着电力电子技术的不断发展,数控电源在以往使用线性电源的场合中也获得日益广泛的应用。在一些工业场合(例如,在设备仪表检测中)需要提供电压源和电流源,而且要求调节范围广,纹波低。如果采用多台功能单一电源设备,体积和重量都会增加很多,不经济,也不能满足工作的要求。因此研究开发多功能、宽范围、可调节的数控电源很有意义。
在现实生活中,人们经常要用到电子器件,而电子电路要正常工作,电源的作用是不可忽视的,电源性能的好坏,对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大,尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中,对电源的性能要求更高。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命,给电力电子技术提供了广阔的发展前景,同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用,普通电源在工作时产生的误差,会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果,世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准,才能够进入市场。随着经济全球化的发展,满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的,期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里,数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展,各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用,到90年代,,功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上,数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面,几乎都为旋纽开关调节电压,调节精度不高,而且经常跳变,使用麻烦。
数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的,数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数,有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题,极大地提高生产效率和产品的可维护性。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(或不同型号的产品),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(不需要通讯),从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。
3、课题设计的要求
1)采用单片机作为控制核心。在PC的IDE开发环境中用C语言进行编程,通过开发板将程序下载到单片机中,进行联调。联调结果基本符合输出电压、电流值(0~100V,0~1A),
2)供电电源设计,由交流220V→变压、整流、滤波→DC-DC→直流电压12V(给恒压控制回路和限流控制回路供电外)→DC-DC→5V直流(给单片机模块供电)。
控制电路设计,通过键盘设定开关电源输出的电压值及最大输出电流值,单片机系统对电源输出电压和电流进行数据采样,并与用户给定数据进行比较,然后根据设置的调整算法控制开关调整电路,使电源输出电压符合给定值,开关控制电路在调整电源输出电压的同时还要检测电路的输出电流。
二、设计相关技术的国内外现状
1、本课题研究的背景
在当今这个电子时代,我们时刻享受着电子设备给我们带来的便利。而电源是任何电子设备都需要的重要部件。传统电源功能单一,一般只能提供定值电压或者电流,这样不便于系统的升级和修改,不能满足电子设备对电源的更高要求。程控电源是新型电源的一种,以单片机为核心控制器件,因其所用器件少,体积小,功能较强,使用灵活,越来越受到广大用户的喜爱。如今的电子仪器设备都向着体积小,多功能,智能化发展,当然对电源就有了更高的要求。基于单片机的程控电源达到了全程控、全按键操作、高精度、体积小、重量轻、携带方便,价格便宜等要求。程控电源不仅克服了传统电源的缺点而且在设计技术指标上也在不断提高,如精度高、误差小、实用性强等,以满足不同层次用户的要求。因此,设计一种采用单片机为核心控制器件的易操控,误差小,体积小,性价比高的程控电源,以克服传统电源的缺点,就具有很高的市场前景。
2、国内外研究现状、水平
普通电压源通常采用电位器(细调)和波段开关(粗调)来调节输出电压,并由电压表指示电压值的大小。因此,电压的调节精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损。并且限流或截流保护常常是采用硬件电路,所以电路构成比较复杂,稳压精度也不高。而采用单片机为核心控制器件的程控电源能很好的弥补普通电源的以上不足。我们现在在市面上能找到的大多是普通电源,性价比一般都不高,程控电源研究和生产的较少。
因此,发展适用、经济、性能可靠的程控电源,有较为广阔的市场前景和应用价值。在这方面美日韩等电子技术发达的国家,发展较快,应用水平较高,我国虽然起步较晚,历史不长,但发展很快,特别是近2年来,在国内得到前所未有的重视和发展。
3、本课题的发展趋势
二十世纪八十年代由于电力电子理论开始建立,为程控电源的发展打下了良好的基础。程控电源技术在之后的一段时间里有了长足的发展。提高控制精度,功率密度和可靠性成为程控电源的主要发展方向。单片机技术和电压转换模块的出现使得程控电源的精确度有了很大提高。随着控制理论的不断发展,集成电路和数字信号处理器件的研制应用,程控电源的控制精度和功率密度不断提高,在九十年代控制精度能达到
,功率密度达到每立方米50W。近年来,随着电子产品发展需求的提高,可调稳压电源的应用已越来越广泛。而以单片机为控制核心的程控电源的应用也越来越多,随着其功能的完善和性能的改进,我相信程控电源的应用将逐渐渗透到人们工作生活的各个方面。
三、设计方案
1、总体设计方案
根据程控电源的要求,提出以下三种设计方案:
方案一:此方案采用传统的调整管方案,主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能,其中二进制计数器的输出经过D/A变换后去控制误差放大的基准电压,以控制输出步进。十进制计数器通过译码后驱动数码管显示输出电压,为了使系统工作正常,必须保证双计数器同步工作。。
调整管
整流滤
波电路
过流保护
输出
十进制
计数器
二进制
计数器
误差放大
时钟,控制
D/A转换
译码显示
步进减
步进加
电压预置

方案二:此方案不同于方案一之处在于使用一套十进制计数器完成系统的控制功能,一方面完成电压的译码显示,另一方面使其输出作为EPROM的地址输入,而由EPROM的输出经D/A变换后去控制误差放大的基准电压来实现输出步进。由于只使用了一套计数器,回避了方案一中必须保证双计数器同步的问题,但由于控制数据烧录在EPROM中,使系统设计灵活性降低。。
调整管
整流滤
波电路
过流保护
输出
误差放大
十进制
计数器
译码显示
电压预置

D/A转换
EPROM
步进加
步进减