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直流穩壓電源的設計方案范文1
【關鍵詞】電子 線路實驗 分析
一、電源的應用背景
電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子設備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為220V、50HZ電源，但許多家用電器設備的內部電路都要采用直流電源作為供電電源，如收音機、電視機、帶微控制處理的家電設備等都離不開這種電源。直流電源又分為兩種：一類是能直接供給直流電流或直流電壓，如電池、蓄電池、太陽能電池、硅光電池、生物電池等；另一類是將交流電變換成所需的穩定的直流電流或電壓，這類變換電路統稱為直流穩壓電路?，F在所使用的大多數電子設備中，幾乎都必須用到直流穩壓電源來使其正常工作。220V、50HZ的單向交流電源變壓器降壓后，再經過整流濾波可獲得低電壓小功率直流電源。然而，由于電網電壓可以有+10%變化。為此必須將整流濾波后的直流電壓由穩壓電路穩定后再提供給負載，使負載上直流電源電壓受上述因素的影響程度達到最小。直流電源電壓系統一般有四部分組成，他們分別是電源變壓器、整流電路，濾波電路、穩壓電路。
二、總體設計
（一）設計的目的和任務
1、設計目的
（1）了解整流、電容濾波電路的工作原理；（2）掌握集晶體管穩壓電源設計方法；（3）掌握仿真軟件EWB使用方法；（4）掌握穩壓電源參數測試方法。
2、設計任務
（1）穩壓電源的主要技術指標：① 電網供給的交流電壓為220V，50Hz；② 輸出電壓為6～12V；③ 輸出電阻《0.4Ω；④ 最大允許輸出電流2A； ⑤ 穩壓系數S《8*10-?；⑥ 輸出紋波電壓《10mv（當Io=2A）；⑦ 具有限流保護功能，輸出短路電流
（2）設計要求：① 根據設計要求確定直流穩壓電源的設計方案，計算和選取元件參數。② 完成各單元電路和總體電路的設計，并用計算機繪制電路圖。③ 完成電路的安裝、調試、使作品能達到預期的技術指標。④ 給出測試各項技術指標的方法，撰寫測試報告。
（二）設計原理
1.設計原理
電子線路在多數情況下需要用直流電源供電，而電力部門所提供的電源為220V、50HZ交流電，故應首先經過變壓，整流，然后在經過濾波，和穩壓，才能夠獲得穩定的直流電穩壓電路穩定后再提供給負載，框圖如下：
2.串聯型晶體管穩壓電路
晶體管串聯穩壓電源的組成，220V交流市電經過變壓，整流，濾波后得到的是脈動直流電壓Vi，他隨市電的變化或直流負載的變化而變化，所以，Vi是不穩定的直流電壓，為此，必須增加穩壓電路。穩壓電路取樣電路，比較電路，基準并電壓，和調整元件等部分組成
（三）總體設計方案
1.變壓環節
通電為電壓220V，頻率為50Hz，為了保證后面可調范圍為6～12V，選擇初次級線圈匝數比為2000：141的pq4-10
2.整流、濾波環節
實驗選擇4個IN4002的二極管作為整流電路
因為市電頻率是50Hz為低頻電路，選擇RC濾波電路。本實驗選擇的電容為1200μF
3.穩壓環節
（1）調整元件。作為一個理想的電源，其內阻應該盡量小才能保證具有穩壓的效果，根據晶體管放大器的知識可知：共集電極電路的輸出阻抗最小。所以選擇共集電極電路來實現，且盡量選擇β值較大的晶體管，但是后來會發現并不是如此。由于電流和功耗等的影響，所以最好采用復合管來實現該要求，且有一個大功率管就可，本實驗該電路選擇的晶體管型號為2N3414（早期電壓為51V，測試前高電流拐點為4.6A，功率很大），其它兩管為小功率管MRF9011
（2）取樣電路。這部分由兩個電阻和電位器來實現，通過調整電位器的使輸出電壓的可調范圍從6V到12V。
4.參數計算
輸出電壓 V0=5.982～12.15V
最大輸出電流2A
R0計算：Ro=ΔVo/ΔIo*Vo
RL=50 Vo=7.177V，Io=143.5mA
RL=100 Vo=7.181V，Io=71.82mA
R0=0.35
穩壓系數：s=0.038
Ro=ΔVo/ΔIo*Vi/V0
當vi=23.16v時候，v0=7.176
當vi=20.86v時候，v0=7.146
通過計算可得S=0.038
符合要求
紋波電壓20.1mv
輸出電流=3.016A
三、結束語
通過這次課程設計，我對于模電知識有了更深的了解，尤其是對串聯直流穩壓電源方面的知識有了進一步的研究。在電路的仿真過程中也提升了我的動手能力，實踐能力得到了一定的鍛煉，加深了對模擬電路設計方面的興趣，理論與實踐得到了很好的結合，加深自己對實用價值和理論的統一的了解，但對于理論和實際應用的統一和對于器件在實際中的使用還有很大的不足，不能在使用器件時選擇合適的參數的器件，不能根據器件的編號知道器件的基本功能。在這方面需要很大的提高。
直流穩壓電源的設計方案范文2
【關鍵詞】穩壓 三端穩壓器 CW7805
在電子電路設備中，一般都需要穩定的直流電源供電，目前，很多直流穩壓電源都是采用串聯反饋式穩壓原理，即通過調整輸出端取樣電阻支路中的電位器來調整輸出電壓的范圍。
1 設計任務和要求
輸出電壓： UO= +5V UO= 0 ～ +12V （兩組電壓不能同時輸出）
輸出電流：IO= 0 ～ 500mA
2 電路的確定
整流器件采用硅橋，數字濾波器采用大容量的電解電容和小容量的有機薄膜電容器，穩壓電路選擇用集成穩壓器組成串聯電路。
3 設計方案
電路圖如圖1所示：
在圖1中，當轉換開關S投向“固定”時，此穩壓電路就通過三端穩壓器CW7805輸出+5V電壓，是一個固定輸出的直流穩壓電源；
當轉換開關S投向“可調”時，此時輸出電壓為：
UO=UXX+（UXX/R1+ID）×RPUZ （1）
式（1）中：UXX ― 所用集成穩壓器標稱輸出電壓值，此處為+5V
UZ― 硅穩壓管電壓，值為-5V，加穩壓管是為了可調輸出從0V開始
ID― 集成穩壓器的靜態工作電流
R1，RP ― 為適應固定輸出改為可調輸出而設置的外接取樣電阻和電位器
式（1）中，UZ= UXX，輸出電壓可寫成：
UO=UXX+（UXX/R1+ID）×RP
UO與RP成正比，即在RP= 0時，輸出電壓UO= 0 V，隨著RP阻值的增大，輸出電壓UO亦提高，實現了輸出電壓從0 V起的可調。
4 元件選擇與電路參數的計算
4.1 選擇集成穩壓器
CW7805的起點參數典型規范值為：
輸入直流電壓UI= 10V
輸出直流電壓 UO= 5V
4.2 確定輸入電壓
（1）當輸出電壓最低時，此時加于CW7805輸入，輸出兩端之間的電壓最高，但不得超過允許值，即UI UOmax< 35V。
（2）當輸出電壓最高時，此時加于CW7805輸入，輸出兩端之間的電壓最低，但要穩壓器正常工作，即 UI UOmax > 2V。
結合設計的具體要求，選UI= 15V。當 UO= 0V時，UI UO = 15V，穩壓器輸入，輸出端之間的電壓為超過允許值；當UO= 12V時， UI UO= 3 V，穩壓器亦能正常工作。
4.3 確定變壓器次級電壓有效值U2，U3
采用橋式整流電容濾波電路，則輸出電壓：
U2=（1.05 ～ 1.1）UI/1.2
得U2= 13.125V 取 U2= 14V
同理，取U3 = 5 V
4.4 選擇硅橋
在圖2中，根據橋式整流電容濾波電路的輸出電壓公式：
（1）硅橋（Bridge1）的耐壓值為：
URm1= U21.4×14V = 19.6V
硅橋的額定電流為 ：
ID= 1/2×I0max=1/2×500mA=250mA
由此，可選用500mA＼50V的硅橋
（2）硅橋（Bridge2）的耐壓值為：
URm2==7V
硅橋的額定電流為 ：
ID= 1/2×I0max=1/2×500mA=250mA
由此，可選用500mA＼14V的硅橋
4.5 確定濾波電容C1
取RLC1≥ 3 ×T/2，則有：
C1≥ =0.003F （T為交流電網電壓的周期）。
選取C1和C4為3300uF/25V的鋁電解電容器
4.6 確定外接取樣電阻R1
取樣電流IR1≥（3 ～ 5）ID，取IR1= 3ID，
則：R1=UXX / IR1=5V/3×3.2mA≈0.521K
可取R1= 510?
4.7 選擇可調電位器RP
當RP的下端不接-5V輔助電源，而直接接地時，可得：
U0= UXX+ （UXX/R1+ ID） ×RP
RP=（U0- UXX）/ （UXX/R1+ ID）≈0.538K
所以，可取RP 為600?的可調電位器。
4.8 確定R2
2CW13是硅穩壓二極管，最大工作電流 IZM=38mA，穩定電壓UZ=5.5～6.5V，R2為限流電阻，有： R2=UZ / IZM
R2范圍為140?～ 170?，可取R2=150?。
4.9 C2，C3的選取
電路中C2，C3是為減小紋波，消除自激振蕩而設立的。
C2=C3=C5= 0.1 ～ 0.33uF
4.10 -5V輔助硅穩壓管穩壓電路的設計
為抵消+5V而設置的-5V輔助硅穩壓管穩壓電路。
5 結論
本設計是一個直流穩壓電源，可以不同時輸出兩組電壓（+5V和0～+12V），電路簡單，易于實現。但在輸出0～+12V時，用電位器對電壓進行調節，由于電位器阻值的非線形和調整范圍窄，使直流穩壓電源難以實現輸出的電壓的精度調整。在穩壓器公共端電流 變化時，輸出電壓會受到影響，為進一步改善電路，可以在實用電路中加電壓跟隨器，將穩壓器與取樣電阻隔離。
參考文獻
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[4]童詩白，華成英主編.模擬電子技術[M].北京：高等教育出版社，2001（01）.
作者簡介
李翠翠（1983-），女，陜西省咸陽市人。大學本科學歷?，F為西安汽車科技職業學院助教。研究方向為汽車電子技術。
直流穩壓電源的設計方案范文3
關鍵詞 智能汽車競賽；電源管理模塊；電機驅動模塊
中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2015）09-0032-02
全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽是以“立足培養、重在參與、鼓勵探索、追求卓越”為宗旨，鼓勵創新的一項科技競賽。以飛思卡爾半導體公司的微處理器為核心，通過自主設計傳感器、電源管理模塊、電機驅動模塊和編寫控制程序，制作一個能按照比賽規則自動識別賽道完成比賽的模型汽車。
硬件是智能車的基礎，其影響著車模系統穩定性?；诖?，本文主要提出一套電源管理模塊、電機驅動模塊的可行設計方案。
1 電源管理模塊
根據調整管的工作狀態，直流穩壓電源分為線性穩壓電源和開關穩壓電源。線性穩壓電源通過采樣、反饋等方式來控制調整管的導通程度，其輸出電壓文波比較小、工作噪聲小、反應速度快；調整管工作在放大狀態，效率比較低，發熱量大。在開關穩壓電源中，開關管工作飽和或者截止狀態，對應開、關兩個狀態；效率高，功耗小，存在比較嚴重的開關干擾。
電源管理模塊為車模系統的各個模塊供電，其供電穩定性是車模穩定運行的基礎。在設計中，不僅要考慮各個模塊的正常工作電壓、電流，還要做好各個模塊的隔離，減小模塊之間的噪聲干擾?？偟膩碚f，通過三端集成穩壓芯片來給各個模塊來供電。競賽中，常用的電源有串聯型線性穩壓電源（LM2941、TPS系列等）和開關型穩壓電源（LM2596、LM2575、AS1015等）兩大類。
車模電源是7.2V2000mAh的鎳鎘可充電電池，其對車模的各個模塊供電。系統的供電示意圖如圖1所示，7.2V電壓給不同電壓的模塊供電，主要的模塊電壓有12V、5.5V、5V和3.3V。用電池給電機供電，將電源電壓經升、降壓再給其他模塊供電。電機驅動芯片IR2104的供電電壓為12V，S-D5舵機的供電電壓為5.5V，線性CCD的供電電壓為5V，單片機的供電電壓為5V，調參模塊等供電電壓為5V和3.3V。
MC9S12XS128單片機是系統的控制中心，其工作的穩定性直接影響車模運行。為了減少其他模塊對其干擾，采用低壓差線性穩壓電源供電。TPS7350具有過流、過壓和電壓反接保護電路，可以有效地保護單片機；最大輸出電流500mA，大于單片機工作電流；穩壓線度相對比較好。所以選用TPS7350對其單獨供電。線性CCD工作條件電源電壓為-0.3V-6V，考慮到單片機的AD采樣轉化精度和線性CCD推薦工作條件等原因，選其最佳工作電壓5V。VDD最大連續電流為40mA，在比賽中一般需要用到2-4個線性CCD，最大電流一般不超過200mA。線性CCD是模擬傳感器，其供電電源的波動將影響其性能， TPS7350穩壓后電壓波動較小，用其對線性CCD單獨供電。
S-D5是數字舵機，工作電壓4.5V-5.5V，正常工作電流200mA，堵轉電流是800mA；工作電壓在5.5V下，帶有堵轉保護功能。舵機在實時控制時存在滯后性，滯后時間的大小主要由舵機的響應時間和轉向傳動比決定。在轉向傳動比不變時，舵機的響應時間與供電電壓有關；舵機的工作電壓越高，響應越快，同時扭矩力越大。選擇5.5V供電，既可提高舵機響應速度，又可以保護舵機。LM2941S是低壓差線性穩壓芯片，原理圖如其輸出電壓，在輸出電流時，。選用為，為，計算得。
常用的調參模塊主要有藍牙、SD卡、OLED顯示屏和按鍵等。不同調參模塊的電壓不同，SD卡供電電壓為3.3V，藍牙、OLED顯示屏可以接3.3V或者5V，按鍵一般接5V。測速模塊一般供電5V。這些模塊電流一般較小，可以根據PCB設計的需要調整各模塊的電壓分配。
2 電機驅動模塊
在競賽中，電機驅動的方式一般有兩種方式：集成芯片、柵極驅動芯片和N溝道MOSFET。常用的集成驅動芯片有BTN7970、BTN7971等；常用的柵極驅動芯片有IR系列的IR2104、IR2184等；常用N溝道MOSFET型號多樣。
集成驅動芯片在過流、短路、過溫和欠壓時，芯片自動關斷輸入。為了防止車模在運行過程中因為芯片保護而停止工作，在設計時要考慮過流保護、散熱等情況并采取措施。而B型車模電機功率比較大，正常工作電流都要大于1A，在啟動或者堵轉的情況下，電流會更大，很容易造成驅動芯片發熱；如若散熱不好，會影響芯片正常工作，進而影響車模運行。所以采用半橋驅動芯片IR2104驅動4個LR7843型N溝道MOSFET H橋的方式來驅動電機。
首先了解一下H橋驅動原理，電機和4個N溝道MOSFET共同構成一個類似于字母H的驅動橋，如圖4所示。當Q1、Q4導通時，直流電機中通過從左到右的電流；當Q2、Q3導通時，直流電機中通過從右到左的電流；流經電機電流方向的改變就可以實現電機的正反轉。但是，在控制4個N溝道MOSFET導通時，同一橋臂的Q1和Q2、Q3和Q4不能同時導通，導通會造成源地的短路；在兩次狀態轉換過程中可能出現瞬時短路，需要在轉換時插入“死區”。在這里，采用一片柵極驅動芯片IR2104來驅動同一橋臂上下兩個NMOS管導通。IR2104內部集成升壓電路，一個自舉二極管和―個自舉電容便可完成自舉升壓。IR2104內部設置死區時間，存在于在每次狀態轉換時，可以保證同一橋臂上、下兩管的狀態相反。
NMOS管是電壓驅動型器件，柵極電壓高于源極電壓即可實現NMOS的飽和導通。電壓通斷MOS管時，要比大10V以上，而且開通時必須工作在飽和導通狀態。IR2104工作電壓為10-20V，采用B0512S隔離電源升壓模塊來供電，IR2104輸出達到15V左右，可以驅動NMOS管。NMOS管柵源極之間是容性結構，柵極回路存在寄生電感，合適的柵極電阻可以迅速衰減柵極回路在驅動芯片驅動脈沖的激勵下要產生很強的振蕩。LR7843型N溝道MOSFET，。電機驅動模塊設計電路圖如圖4。
3 結論
本文的電路方案經過測試，證明了其可行性與可靠性。在車模系統中，各個模塊能穩定可靠地運行。
直流穩壓電源的設計方案范文4
關鍵詞：Atmega16單片機；DA轉換器；開關穩壓芯片；BUCK電路
數控直流電壓源，就是輸出電壓可控的直流電壓源。如今，電子設備己成為人們日常工作和生活中必不可少的一部分，而電源恰恰是電子設備的心臟，為電子設備提供所必需的能量，起著萬分關鍵的作用。電源系統對安全性、可靠性、便捷性以及實用性的要求正變得越來越高，數控直流電壓源也因此逐漸受到人們的青睞。傳統可調電源往往通過電位器來達到目的，雖然這樣的電源有很大的輸出功率，但很難做到精確調整，效率也不高。而數控直流電壓源輸出精確可調，亦有較高的輸出功率以及轉換效率，且更加輕便。本文的目的就是研究和實現高效低耗的數控直流電壓源。
1數控直流電壓源基本組成及工作原理
本文所設計的數控直流電壓源的基本組成結構框圖如圖1所示，系統中，MCU選用AVR單片機Atmega16，它內部資源豐富，功耗低，可以保證系統穩定、可靠運行。DA轉換器選用TLC5615，其基準源由基準源芯片REF5020產生。模擬電路模塊包括開關穩壓芯片LM2596_ADJ，運放芯片TL082，開關型電壓轉換芯片LMC7660以及功率電感等器件，共同構成一個BUCK電路。輸出電壓、電流經采樣電路采入MCU并由液晶LCD5110進行顯示。按鍵作為輸入設備，對輸出電壓進行設置。
本設計工作原理是將單片機與DA轉換器進行SPI通信，使DA輸出可調的控制電壓，送到運放TL082反相端。而以開關穩壓芯片LM2596_ADJ為核心的BUCK電路上電后即輸出電壓，經分壓后送到運放同相端，此時TL082作為比較器使用以比較上述兩個電壓。運放輸出信號經二極管IN4148送入LM2596-ADJ的反饋腳（FB端）控制輸出電壓，由于LM2596-ADJ內部有1.235V基準電壓以及比較器，當FB腳處電壓小于基準時，會抬高輸出電壓；反之，則會降低，最終達到穩定從而達到數控的功能。接上負載后，輸出電壓、電流經采樣點路送入MCU，就能在LCD5110上顯示輸出電壓與輸出電流。當采得電流值大于額定值，則將軟件關閉LM2596_ADJ的使能端，進行過流保護。
2系統硬件電路設計
2.1 單片機最小系統電路設計
單片機最小系統是利用最少的器件而使單片機工作的電路組織形式。 最小系統電路原理圖如圖2，包括單片機、振蕩電路、復位電路及供電電路。
2.2 DA轉換器及其基準源電路設計
DA轉換器及其基準源電路設計如圖3所示， REF5020電路簡單，在其2腳（Vin）與4腳（Gnd）之間加上18V以下直流電壓，再在6腳（Vout）接小電容即可得到基準電壓。TLC5615為10位DA轉換器，其1～4腳可與單片機標準SPI口PB4～7相連，通過收到的10位數字碼控制輸出電壓。它的5腳與8腳加上供電電壓，6腳（REFIN）接來自基準源的2.048V電壓，就能在7腳獲取DA的輸出電壓。
2.3 穩壓電路及其后級濾波電路設計
LM2596系列是降壓型開關穩壓芯片，其電路為一標準BUCK電路。穩壓電路及其后級濾波電路設計如圖4所示，輸入電壓從其1腳（IN）與3腳（GND）接入，輸入電壓為40V以下直流電壓。開關信號由其2腳（OUT）輸出，加到電感與吸納二極管上。5腳（ON/OFF）為芯片使能端，低電平有效。4腳（FB）為反饋端，接入反饋信號以控制輸出電壓。圖中上半部分為5.0V穩壓輸出，為單片機供電。下半部分為主穩壓電路，輸出可數控的電壓。PCB設計要點，輸出電感、電容以及后級濾波電路參數設計可按實際設計要求參考芯片技術手冊。
2.4 負電壓產生電路設計
由于需為運放提供雙電源，故需產生一負電壓，可利用開關型電壓轉換芯片LMC7660。負電壓產生電路設計如圖5，在芯片8腳（V+）與3腳（GND）加入一正直流電壓，并在2腳與4腳之間串上一10～22μF電容，即可在5腳得到對應正電壓的負電壓。
2.5 比較電路設計
比較電路設計如圖6所示，本部分電路的核心思想是將輸出電壓（經分壓后）與DA輸出的控制電壓進行比較，若輸出電壓小，則抬高輸出電壓；反之，則降低，使兩個電壓達到動態平衡以達到數控目的。本電路中，運放與反相端之間的電容，與反饋端的電阻構成一個類似積分器的結構，當平衡時，正負偏移量相等，故系統輸出將很穩定。
3系統軟件設計
系統軟件總流程圖如圖7所示，本部分設計包括單片機與DAC的SPI通信子程序、AD采樣子程序、掉電保持子程序、液晶顯示子程序以及鍵盤掃描子程序，從而達到控制DA輸出電壓、獲取實時電壓電流、掉電保持、實時顯示以及鍵盤控制等多項功能，具體見下文分析。
3.1 單片機SPI通信程序設計
AVR單片機Atmega16的標準SPI口為PB4～PB7，當直接使用時，只需配置若干相關寄存器即可進行數據的主從機傳輸，且由于本程序無需從DA傳數據到單片機，故實際上MISO（PB6）口是不需工作的。工作時，需要配置SPI相關寄存器，即SPCR寄存器以及確定主機模式、時鐘頻率等。當使能端（PB4）有效，將一個字節數據賦給數據寄存器SPDR，就可傳送一個字節的數據到TLC5615，完成后狀態寄存器SPSR中的SPI完成標志位置位，在下次傳送時需軟件清零，完成后PB4拉高以停止SPI數據傳輸。
3.2 AD采樣程序設計
Atmega16單片機內部集成了一個8通道10位的AD轉換器。使用時，首先需要配置AD模式寄存器ADMUX以確定AD的參考電壓選取、采樣通道、放大倍數等。下面要配置ADC控制和狀態寄存器ADCSRA寄存器以決定分頻率，AD中斷是否使能，AD是否啟動等。另外，若要使用AD中斷，還要配置全局中斷寄存器SREG。完成后就會開始進行AD轉換，轉換得到的10位數字碼存在兩個寄存器ADCH與ADCL，在程序中取出兩個寄存器內容后進行一定的轉換即可。
3.3 掉電保持程序設計
Atmega16內部具有512字節EEPROM，地址范圍為0～511。EEPROM的讀寫方便，ROM的每個地址可存儲一個字節。每當用于控制的10位數字碼變化，就將其按高低8位拆分，存入ROM中，當開機時再取出相應地址里的內容，重組10位數字碼，即可完成掉電保持功能。
3.4 液晶顯示程序設計
LCD5110是84*48點陣液晶顯示屏，它采用串行接口與MCU進行通信且支持多種串行通信協議。液晶顯示字符的原理就是將每個6*8的點陣進行選擇性點亮，使其顯示出相應字符的形狀。本設計需顯示電壓、電流，當得到AD采樣結果后，將數據按位拆分，并顯示在不同位置即可。
4結論
通過測試，本文所設計的數控直流電壓源性能穩定可靠，設計電路實用、簡單，效率高，帶負載能力較強，該系統有如下特點：
（1）本系統輸出電壓在0～24V可調，步進為0.1V，輸出電流最大可達3A，輸出電壓值、電流值由液晶LCD5110顯示。
（2）最大輸出功率45W以上，電源效率在80%以上，紋波不大于100mV。
（3）具有掉電保持、過流保護、常用電壓預置等多種功能。
本數控直流電壓源設計方案巧妙、電路及控制原理簡單，輸出可調且具有不錯的帶負載能力、很高的轉換效率，可應用于供電電壓在24V以下的各類電子設備供電。
參考文獻：
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作者簡介：
沈瀚祺，男，（1991～）浙江桐鄉人，杭州電子科技大學電子信息學院本科生，研究方向：數字圖像處理與DSP芯片設計。
直流穩壓電源的設計方案范文5
【關鍵詞】單片機；模塊化 ；超聲波傳感器 ；現代化農業
Abstract： according to the needs of agricultural production and life， using AT89C51 microcontroller as the core of a modular design of intelligent sprayer. The design is divided into four modules： spray theme module， water tank， the nozzle and the propulsion system. The theme of the internal power supply module realization and external non power supply； the water tank using the ultrasonic sensor and the buzzer can realize the medicine barrel water level monitoring and alarm； the nozzle part can realize manual control and automatic control； power propulsion system by actuator and sensor modules. The design of application can improve agricultural operation efficiency and safety， and the modular combination allows users to freely choose collocation function， very adapt to modern agricultural management.
Keywords： single chip microcomputer； modularization； ultrasonic sensor； modern agriculture
0引言
農業用噴霧器是農業機械的重要組成部分，是農民在噴藥、施肥過程中不可缺少的常用小型農用機械。施藥效率高低、噴藥范圍遠近、農藥浪費等問題直接影響生產生活效率和經濟效益。目前市場上有的自動噴霧器雖已解決了背負噴霧器噴灑過程中人的手動操作噴藥過程，但離人們的想象中的還相差甚遠；有的雖然不用人力背負，但需拖拉機等農用機械的拖動，不能夠輕松省力的噴藥。隨著科學技術的發展，模塊化的方法和理念被引入到企業的生產和管理中，成為推動產業結構調整和升級的革命性力量。該模塊化電動噴霧器的出現方便了人們的生產生活，解決了輕松噴藥的問題。它的設計結構簡單、使用安全、市場需求量大、生產投入不大，容易拼裝，模塊化電動噴霧器的研制有了更大的發展空間。
1系統設計方案
使用時，打開系統電源，超聲波傳感器開始檢測藥液位置，防止裝水過量。開始工作時，舵機開始轉動為整個系統動力，節省人力。當藥液不足時，系統報警，噴霧器停止工作，提醒加藥。水泵的開關可以有遙控開關實現。當到達地頭時，關閉水泵和機器。當工作中系統電量不足時，可以用蓄電池供電，不影響作業效率。系統設計方案如圖1-1：
圖 1-1 整體控制框圖
2硬件設計
2.1硬件整體設計
模塊化電動噴霧器主要由電動噴霧器主體模塊、水箱、噴霧頭和動力系統四部分組成。其中噴霧器的抽水和噴水都通過電動隔膜泵實現；水箱部分盛放藥物；噴霧頭采用機載噴頭；動力系統采用舵機提供動力。
電動噴霧器主體模塊由電動隔膜泵、蓄電池、直流變壓器、電動車電源接頭、噴霧器進水管、出水管構成。其中所采用的電動隔膜泵結構緊湊，體積小，重量輕，運轉平穩，噪音低，使用壽命長；電動車電源接頭的使用方便了充電，為噴霧器的使用時間提供了保障。
水箱部分由單片機和超聲波傳感器、蜂鳴器組成檢測模塊。蜂鳴器驅動電路是采用三極管驅動，經過三極管的放大給蜂鳴器提供穩定的電流輸出。當啟動噴霧器時，單片機開始檢測水位，提醒加藥；當過量時，提醒停止加藥。噴霧頭可以根據需求自主更換。動力推進系統采用單片機控制舵機轉動，通過機械結構連接軸承帶動輪子轉動節省人力。
2.2 DC-DC變換
電路上電時，外接的啟動電路通過引腳7提供芯片需要的啟動電壓。在啟動電源的作用下，芯片開始工作，脈沖寬度調制電路產生的脈沖信號經⑥腳輸出驅動外接的開關功率管工作。功率管工作產生的信號經取樣電路轉換為低壓直流信號反饋到3腳，維護系統的正常工作。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號經②腳送到內部的誤差比較放大器，與內部的基準電壓進行比較，產生的誤差信號送到脈寬調制電路，完成脈沖寬度的調制，從而達到穩定輸出電壓的目的。然后在經過變壓器降壓到16V輸入到LM317內。經過1、2引腳的電路組成輔助關斷電路。輔助關斷電路的實現原理：在過載或短路時，輸出電壓降低，電壓反饋的光耦不再導通，輔助關斷電路當檢測到光耦不再導通時，延遲一段時間就動作，關閉電源。如圖2-1所示：
圖2-1硬件設計圖
LM317三端可調節輸出穩壓器，輸出電壓范圍1.2v-37v，提供電流超過1.5A電流。R11和R12調節輸出電壓，可以根據需求使用適當的電阻；C5提高抵抗諧波能力，保護LM317不受損；D3在電容放電時保護LM317不受損；D2是在Vin輸入短路時保護LM317不受損。輸出電壓為：Vout=1.25*（1+R12/R11）。
3主程序設計流程圖
該程序主要是檢測藥桶液位的情況，實現對液位的監控并報警提醒。以及控制遙控開關對噴霧器的開閉。如圖3-1所示：
4結束語
該作品主要體現了模塊化，當自帶電源耗盡時可以切換電動車電源?？梢酝ㄟ^電動車直流變壓器直接將電動自行車、電動三輪車的48v-64v電壓變壓為水泵所需要的12v電壓；本設計方便實用，可以安裝在獨輪小推車、電動三輪車等工具上，與普通背式噴霧器相比省時省力、效率高、噪聲??；操作簡單方便，遙控手動開關自由切換、壓力大、噴藥范圍廣、射程遠；電動噴霧器的設計結 構 簡 單、價 格 低 廉、市 場 需 求 量 大、生 產 投 入不 大，容 易 拼 裝 ；模塊化的組合可使用戶自由選擇搭配功能，非常適應現代化農業管理。
圖3-1主程序流程圖
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直流穩壓電源的設計方案范文6
論文關鍵詞：電子系統；設計方法；設計能力
隨著科學技術的發展、知識經濟時代的到來，社會對大學生提出了許多新的要求。大學生應該具有扎實的基礎理論知識、較強的實踐能力、創新意識、創業精神和協調能力、強烈的責任感和服務意識等。
當今世界，電子產品不斷更新發展，并且向智能化方向發展，日益突出單片機和FPGA等可編程器件在電子產品設計和創新中的重要性。新產品的更新換代促使用人單位對電子信息專業的學生有更高的要求：第一，要有扎實的專業基礎知識，例如學習和掌握“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“高頻電子技術”、“單片機原理”和“微機原理”等主要課程；第二，動手能力要強；第三，要能緊跟電子信息產業的迅速發展，要有較強的適應工作的能力，使用先進應用軟件的能力，例如會利用諸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具軟件進行電路設計和仿真調試。用人單位對畢業生的要求除了能夠掌握一定的基礎理論和工具之外，還要求畢業生具有基于單片機系統的電子產品的設計經驗。
電子設計競賽正是對人才全面培養、更新教育理念、改革教學方法和內容等起到了促進作用，具有極其重要的現實意義。電子設計競賽的選題引進了新的理論與技術，是跨學科的、系統的和綜合的。為了有效指導學生參加各類電子競賽，特對綜合電子系統設計的教學模式、課程內容、教學方法及考評進行改革。
一、綜合電子系統設計課程的性質
電子系統設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統的設計，包括系統軟硬件設計及系統調試等多方面的知識。電子系統設計課程體系是以“單片機原理及應用”課程為核心，由“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“傳感器技術”、“電子設計自動化”、“可編程邏輯器件及應用”、“C語言程序設計”等相關課程組成。它是一門綜合性較強的專業課程，通過本課程的理論學習和動手實驗，培養學生的專業知識綜合運用能力、系統分析能力和電子產品開發創新能力。
學生經過前期基礎課的學習，通過隨課的驗證性實驗，對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握，在老師的指導下基本能夠進行單元電路的設計和調試，通過課程設計也能完成本課程簡單的綜合性實驗。但一些驗證性實驗多數是教材內容原理的演示和再現，實驗內容和方法都是老師指定，學生基本沒有進行系統級的設計和實訓，綜合實踐能力有待提高，學生沒有發揮自己的主觀能動性，積極性不高，不利于創新性人才的培養。
鑒于上述情況，對綜合電子系統設計的理論內容和實踐方法進行改革創新。
二、綜合電子系統設計理論課內容
根據本課程的實際情況和學生所具備基礎知識，安排如下幾個環節：模擬電路單元設計，數字系統單元的設計，微處理器單元電路的設計以及電子系統抗干擾技術等環節。
結合全國電子大賽，模擬單元電路主要講述運算放大器的設計以及正確使用、有源濾波器的設計方法、外圍電子元器件（電子、電容）的計算和選擇；直流穩壓電源的設計方法以及參數元器件的選擇；各種信號產生的方法，重點講述數字頻率合成DDS的原理和實現技術。以上這些單元內容的安排是結合歷年來全國電子設計大賽有關模擬電路環節而選擇的，通過這些內容的講解有利于提高學生模擬電子技術的設計方法。
數字系統設計單元主要講解數字系統設計方法，突出現代數字系統設計——EDA設計方法；可編程邏輯器件的特點及選擇；數字系統設計舉例，比如AD、DA控制器的實現、交通燈控制器的實現、電子密碼鎖的設計等。通過大量實例的講解使學生能初步掌握用大規?？删幊踢壿媽崿F中等難度的數字邏輯系統。
微處理器單元主要講述目前流行的各種處理器，例如51內核單片機、MSP430單片機、AVR單片機、PIC單片機等型號，介紹它們的特點、應用范圍、怎樣根據項目需求來選擇合適的微處理器；根據學生目前對微處理器的掌握和學習情況，重點講述基于單片機串行通信的設計，包括幾種流行的串行通信協議：SPI協議、IIC協議、UART協議以及one—wire協議，分析它們的特點，在不具有SPI總線、IIC總線的微處理器中怎樣通過IO口模擬它們的總線協議；以具有這些總線協議的集成電路芯片的利用提高學生的C語言編程能力。
在微處理器單元里，另外的重點內容多基于單片機的并行通信設計，包括常用的人機接口電路（鍵盤、LCD、LED顯示），這是在大多數的電子系統設備中都具有的，學生有必要掌握它們的設計方法以及編程技術。
電子系統抗干擾技術也是綜合電子系統設計中非常重要的內容。當系統處在比較惡劣的環境下，抗干擾設計的好與壞直接決定了系統能否正常工作。微處理器雖然本身的抗干擾能力較強，但是用微處理器構造的控制系統仍存在著抗干擾的問題。為防止外界對系統的干擾，并確保電子系統安全可靠運行，必須采取相應的抗干擾措施。電子系統的干擾主要來自于供電系統、過程通道及空間電磁波。電子應用系統的抗干擾設計應針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。具體方法有硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。
在這一章節里主要講解電磁兼容設計、器件選型、降熱散熱計算、電路板和電子系統可靠性測試等綜合知識。通過對本小節的學習，使學生應達到以下目標：熟悉系統的各種干擾來源及形式；學會供電系統及過程通道的抗干擾措施；能說出在印制電路板設計中體現的抗干擾措施；學習設計軟件陷阱及看門狗電路，從而為綜合電子設計系統設計打下良好的基礎。
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三、精心設計安排實驗
這門課實踐性很強，除了教師講述的理論內容和方法外，安排大量的實驗以及鼓勵學生去參加科技創新和各種電子設計的比賽，提升學生分析問題、解決問題的能力，從而提高他們的實際動手能力。根據課程的內容合理安排一些設計性的實驗題目。安排的實驗不同于在學習相應的基礎時所做的實驗，要體現獨立思考的能力。
教師布置實驗題目、講述方法，學生以實驗項目為中心，整合理論知識，查閱相關資料，具體的實驗方案和電路要學生自己去網上或圖書館查閱資料獨立完成。在做實驗前，電路圖以及程序代碼要在課下完成，實驗室只是調試電路和程序以及老師考核實驗成績。這樣做可以更好地將理論與實踐結合到實驗項目中去，使學生在動手實踐能力和分析解決問題的能力上有一定的提升；也可以鍛煉學生學會搜集資料、整理資料，提高他們獨立自主的學習能力。同時，教師在帶領學生學習的過程中也在不斷地提升自己，積累經驗。
結合電子設計競賽，安排各章節相應的實驗項目：模擬電路單元主要是運算放大器和二階有源濾波器的設計；重點是直流穩壓電源的設計；數字系統單元設計安排了數字頻率計、交通燈控制器，重點是DDS數字頻率的合成實驗。微處理器單元安排了基于單片機SPI總線時鐘顯示器和基于單片機并行通信的LCD顯示系統。鑒于目前的實驗條件，這些實驗主要是通過仿真軟件來完成。模擬單元電路里，利用Multisim電子電路仿真軟件來完成運算放大器和有源濾波器以及直流穩壓電源的設計；在數字電路系統設計中，利用MAX+PLUS II軟件完成DDS數字頻率合成的實驗；微處理器單元，利用PROTEUS軟件完成單片機的并行和串行通信實驗。這樣在不需要任何實驗儀器和元器件的情況下，為學生提供了一個展示才華的平臺，充分發揮學生的想象力和創造力。
四、綜合電子系統設計的考核標準
目前我國教育領域使用的最普遍的考核方式仍是閉卷考試。閉卷考試對于考核學生的知識掌握情況是非常重要的，但對于綜合電子系統設計這門技術性實踐性和綜合性非常強的課程，不適合采用閉卷考試對學生能力進行考查。
為了真正鍛煉學生的實際動手能力，對這門課的考核采取如下方式：平時上課出勤、答疑以及學習的主動性占20%；實驗占30%（其中課前預習的情況比重占80%）；最后50%的成績是學生的作品。學生可以完成一個老師指定的題目，在確定最佳設計方案后，到實驗室完成了系統單元電路的仿真，進行安裝、測量和調試，把實際的設計作品做出來。也可以根據學科專業方向并結合自身興趣，自主選擇一個課題作為課程的設計項目，經過系統規劃、設計、電路實現、系統調試完成一個完整的電子作品；最后通過驗收、答辯、總結、演講結束課程的學習。在系統的制作和調試過程中，讓學生想方設法采取各種措施解決所遇到的實際問題，不斷調整參數，修改和完善設計方案，得到真正的訓練。
