常用电源电路设计及应用

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常用电源电路设计及应用范文第1篇

关键词：单片机 远程自动抄表系统 485总线 232总线

中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（c）-0021-02

1 系统功能描述

远程抄表系统主要由主站端数据采集计算机、客户端基于单片机的抄表模块、具有串行数据通信接口的电能计量仪表三部分组成。客户端的自动抄表模块与数据采集计算机通过RS-485串行通信接口相连接，实现数据传输。

远程抄表系统的工作原理是：用户终端的智能电表通过RS-232协议将数据传送给抄表终端模块，抄表终端在收到命令后把存储的数据信息发送给上级数据采集计算机，这样就完成了一次数据交换。本次毕业设计主要是研究客户端基于单片机的电能表远程抄表系统终端的实现方案和硬件设计。

综合考虑各种因素之后，将该终端单片机抄表模块所需实现的主要功能定义如下。

第一，正常情况下采用市电（220 V交流电）供电的方式，即采用交流电源即能维持终端模块的正常工作；系统具有备用电池供电功能以保证在断电情况下的供电。

第二，具有数据掉电保护功能，能保存用户用电电量等信息。

第三，抄表终端与智能电表、远方数据采集计算机分别通过RS-232和RS-485协议进行通信。

第四，终端模块具有实时时钟功能，便于实时测量用户用电电量。

2 系统分析

应用于远程自动抄表系统的电能表有脉冲电能表和智能电能表两类。

脉冲电能表：能够输出与转盘数成正比的脉冲串[1]。

智能电能表：可以通过串行口以编码方式进行通信，按照智能表的输出接口通信方式划分，智能电能表可分为串行通行接口型和低压配电线载波接口型两大类[1]。

电能表的两种输出接口比较：输出脉冲方式技术简单但在传输过程中容易发生丢失脉冲或产生多脉冲现象，而且不能重新发送；而具有串行接口输出方式的智能电表则可以通过相关协议将采集的多项数据进行可靠的远程传输[1]。因而本文中采用的电能表为具有串行通信接口的智能电表。

3 系统硬件电路设计

3.1 系统供电方式设计

由于本模块的使用现场环境相对特殊，故对于电源的设计必须充分考虑到系统供电的稳定性和可靠性。长期以来单片机系统中使用的集成电路器件绝大多数在5 V或3 V的典型电压下工作。为了避免采用多电源供电方案带来的供电模块设计过于复杂等问题，在设计本单片机系统时所采用的集成器件的典型工作电压均为5 V。

在本系统中，220 V的单相交流电作为电源输入，输出为稳定的+5 V电压。供电模块用来实现220～5 V的电压转换。设计方案如下：首先220 V的交流电通过防雷抗干扰电路，接着利用220/18 V变压器降压，再经过桥式整流电路得到18 V左右直流电压，再接着通过一系列的隔离滤波进入直流转换稳压器件LM2575最终得到系统正常工作所需要的5 V电压。另外，考虑到现场存在停电的可能性，还应该设计系统的备用电源。备用电源可以采用比较常见的镍氢电池，当系统正常供电时，电池处于充电状态，对于充电的管理可以选用比较常用的电源充电管理芯片MAX713来管理备用电池的充电过程。当现场停电时，自动转为备用电池给抄表终端系统供电[7]。

3.1.1 正常条件下供电电路

系统在正常运行时采用单相交流电源供电方式，提供给单片机稳定的+5 V电源。可以采用典型的单相桥式整流电路得到18 V直流电压，后通过直流转换稳压器件LM2575转换得到系统正常工作所需的+5 V电压。

3.1.2 备用电池充电电路

系统在由外部电源正常供电的同时对备用镍氢电池进行充电。备用电池充电电路的功能主要由电源充电管理芯片MAX713来完成。MAX713系列是Maxim公司生产的快速充电管理芯片，适合1～16节镍氢电池或镍镉电池的充电。它可以通过简单的管脚电压配置进行编程来实现对充电电池数量和最大充电时间的控制。当系统失去外部市电供电电压以后自动切换为由备用电池供电。

3.2 系统基本电路设计

由抄表系统结构原理图可知，抄表终端要使用两个串口分别对上层和下层通信，一个串口用作RS-232，用来和电表进行通信；一个串口用作RS-485，用来和数据采集计算机通信。由于一般的51单片机只有一个串口驱动器，因此主控制器可以直接选用华邦公司的具有两个串口驱动器的W77E58单片机或者采用一般单串口单片机外加串口扩展芯片例如16C550来扩展出第二个串口[5]。

下面对这两种方案做简单的对比。

方案1：采用具有两个串口驱动器的增强型单片机W77E58。

由于串口驱动器在单片机内部，所以不用外部再增加硬件设备就可以实现双串口功能，同时这种方案的稳定性好也比较可靠，而且相对于采用单串口单片机外加串口扩展芯片16C550成本要低一些。

方案2：采用具有一个串口驱动器的单片机外加串口扩展芯片16C550。

这种方案是对单片机扩展了一组外部寄存器，硬件投入比方案1多，系统稳定性没有方案1好。

3.2.1 控制核心W77E58单片机

根据上文所述对单片机功能的要求以及方案的对比，本设计采用华邦公司的双串口单片机W77E58。W77E58单片机内含2个增强型串口和32 kB大容量Flash存储器，指令集与51系列单片机完全兼容，非常适合在智能化监控系统中使用[6]。

时钟振荡电路是CPU所需要的各种定时控制信号的必备单元，它为单片机提供时钟脉冲序列。复位电路由22uF的电容和1 k的电阻及IN4148二极管组成。在满足单片机可靠复位的前提下，该复位电路的优点在于降低复位引脚的对地阻抗，可以显著增强单片机复位电路的抗干扰能力；二极管可以实现快速释放电容电量的功能，满足短时间复位的要求。

3.2.2 W77E58单片机核心电路

单片机的核心电路包括单片机W77E58、单片机系统中常用的地址锁存器芯片74LS373和存储器SRAM6264。

由于单片机的I/O引脚有限，实际应用中常采用地址锁存器进行单片机系统总线的扩展。本设计中地址锁存器74LS373用来扩展单片机的系统总线，以连接单片机和存储容量为8kB的片外随机存储器SRAM6264。SRAM6264采用+5 V的单电源，所有的输入端和输出端都与TTL电路兼容。WE为写信号，CS为片选信号，OE为输出允许信号，D0～D7为8位数据线，A0～A12为13根地址线[3，7，8]。

3.3 掉电数据保护功能的实现

在单片机控制系统中，通常要保证一些重要的数据在系统掉电后不丢失，当系统再次上电后能够正确地读取这些数据。本设计中就需要实现一些通信数据的掉电保护功能。实现掉电数据保护功能的方法有很多，常用的有系统扩展易失性存储器（RAM）外加电池的方法和系统扩展非易失性存储器（ROM）的方法。其中系统扩展非易失性存储器的方法中常使用EEPROM和FLASH作为存储介质。EEPROM也称为可擦除可编程ROM（Electrically Erasable PROM），随着技术的发展，EEPROM的擦写速度将不断加快，容量将不断提高，将可作为非易失性的RAM使用。由于所设计的系统中需要实现掉电数据保护功能的数据不多，所以选用支持IIC总线数据传输协议的串行EEPROM AT24C04作为系统的掉电数据保护介质，它拥有512×8bit的存储容量，具有结构紧凑、存储容量大等特点。它的IIC接口简单、操作方便，特别适合存储单片机控制系统中一些重要参数[7，11]。

3.3.1 IIC总线简介

IIC（Inter-Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的由数据线SDA和时钟线SCL构成的两线式串行总线，用于连接微控制器及其设备。

IIC总线最主要的有点是简单性和有效性。由于接口直接接在组件之上，因此IIC总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。但要注意IIC总线的接口一般为开漏或开集电极输出，所以在实际电路连接时需要加上拉电阻[5]。

3.3.2 掉电数据保护电路设计

由于所选用的W77E58单片机没有IIC总线接口，所以我们要用单片机的I/O口模拟IIC总线的时序来实现芯片的读写功能。用单片机的普通I/O口模拟IIC总线的硬件连接非常简单，只需要使用W77E58单片机的P1.0口连接SCL，P1.1口连接SDA即可。

3.4 基于RS-232、RS-485串行通信接口电路设计

在实际应用中，单片机很多时候不是作为一个独立的控制单元而存在，它还要与其他单元进行通信。串行接口是单片机应用系统常用的通信接口。在实际应用中，单片机系统使用的是TTL电平，单片机中的串口输出的信号也是如此，但是串行通信中一般使用的是RS-232通信协议，二者的电平并不相同，需要外接接口进行电平匹配。实现这种电平变换可以使用分立元件，也可以采用集成电路芯片，目前较为广泛的是使用集成电路转换芯片[7，8]。

由于抄表终端与数据采集计算机的距离较远，采用RS-232标准进行通信，带负载能力差、通信范围小，传送距离不超过15 m，难以满足远距离的数据传输和控制。长距离通信通常采用RS-485方式。在单片机系统中加入RS-485方式的串行通信，就可以完成抄表终端与远程上位数据采集计算机的数据传送。RS-485总线采用差分信号传输，抗干扰能力强，传输距离远。采用双绞线在100 kbit/s的速率时可以传送的距离为1.2 km，若速率降到9600 bit/s则传送距离可达15 km。RS-485可以实现多个负载的功能。用一对线便可连接多达32个不同设备[13]。

RS-232既是电气标准也是物理标准，而RS-485只是电气标准，没有规定现实其电气特性所必需的物理环境，故可采用RS-232的物理标准。这就为在单片机系统中实现RS-485通信提供了方便。应用时仍使用单片机的串口，但是信号传递过程中使用RS-485协议，以达到较长的传输距离。本系统中需要使用两个串行通信接口，一个用来和数据采集计算机通信，一个用来和电表通信，分别采用RS-485和RS-232标准。

参考文献

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[6]余永权.世界流行单片机技术手册（欧亚系列）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[7]求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2004.

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[12]清源科技.Protel 99 SE电路原理图与PCB设计及仿真[M].北京：机械工业出版社，2007.

[13]徐德军，蔡键龙，龚建荣.用单片机实现远程自动抄表[J].电子工程师，2001，27（5）：17-18.

常用电源电路设计及应用范文第2篇

北京工商大学计算机与信息工程学院 付 扬

【摘要】设计一种多路输出的直流稳压电源。通过对220V电网电压进行降压、整流、滤波，并以三端可调和固定输出的集成稳压器稳压，得到多路电压输出。设计中依据Multisim仿真，通过不断调试修改电路参数，取得了理想的设计效果。该电源可以满足多种工作电压系统的需求，并在实际中得到很好地使用，具有很强的实用价值。

【关键词】Multisim仿真;稳压电源;多路输出

1.引言

在电子电路和电子设备中常常需要各种不同电压的直流电源，但有些电源只有某一固定电压输出，或有些电源体积偏大，给一些便携式电子产品及小型的电子系统使用带来不变，基于此本设计研究一种多输出便于携带的直流稳压电源，它将电网交流电变为各种需要的直流稳压电源。

为保证设计实现，电路基于Multisim仿真进行设计。Multisim是美国国家仪器公司推出的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，它具有较为详细的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电子电路。

2.设计任务及方案

设计多路输出直流稳压电源，即输出±（1.25V～20V）任意可调电压;输出±12V电压;输出±5V电压。

设计的直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图1所示。其各部分主要完成的作用是：电源变压器将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2;整流电路将交流电压u2变为脉动的直流电压u3;滤波电路将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4;稳压电路清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。

图1 直流稳压电源框图

3.单元电路设计

3.1 变压器降压和整流电路

220V交流电首先要降压，以得到合适的电压值，其降压和整流电路如图2所示。根据设计任务，需要降压电路具有2路输出，电源变压器可选一次输入220VAC，二次输出2个绕组均为20V，其A点仿真波形如图3所示，图中两条曲线分别为输入交流电压波形和降压后的波形，A点相位与输入相同，B点相位与输入相反。

图2 降压和桥式全波整流电路

图3 输入波形和A点降压波形

利用整流二极管的单向导电性，将降压后双向变化的交流电变成单向脉动的直流电，常用的整流电路有单相半波整流电路与单相桥式整流电路两种，本设计采用单相桥式整流电路，其仿真结果如图4所示，图中上面曲线为C点整流波形，下面曲线为D点整流波形。

图4 整流电路仿真波形

设变压器副边电压为：

（1）

整流输出电压平均值Uo：

（2）

由于每个周期内，D1、D4串联与D2、D3串联各轮流导通半周，所以每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，二极管截止时，每个二极管承受的最高反向电压就是变压器次级交流电压u2的最大值。

3.2 滤波

整流输出的直流电压脉动分量比较大，为减小脉动，在整流电路之后加上滤波电路。本设计采用电容滤波，电容在高频时容抗小，和负载并联，从而达到减小纹波的目的，电容滤波电路如图5所示。

图5 整流滤波电路

若滤波电路负载开路，则输出电压为。接入负载后，其输出电压取决于时间常数RLC，RLC 越大，Uo越高，脉动越小，同时负载电流的平均值越大，整流管导电时间越短，二极管 iD的峰值电流越大，当时，工程上常取：

（3）

仿真波形如图6所示，滤波后输出电压的脉动程度大大减少，而且输出电压平均值U0提高了，上面曲线是C点波形，此时C为10μF电容，下面近乎直线是D点波形，C为4700μF电容滤波波形。

图6 10μF和4700μF电容滤波波形

3.3 稳压电路

稳压电路采用三端集成稳压器，三端集成稳压器只有三个引脚，即输入端、输出端、公共端。输出电压固定的三端集成稳压器有正输出（LM78××）和负输出（LM79××）两个系列，以上各型号中的××表示输出固定电压值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。输出电压可调的三端集成稳压器有LM317、LM117（输出正电压），LM337、LM137（输出负电压），其最大输入电压40V，输出电压范围为⒈25～37V。

4.整体电路设计实现

整体电路设计如图7所示，输出±可调电压由LM317和LM337的E、F输出，其通过调节滑动变阻器RW，输出电压可调，其输出电压计算公式：

（4）

LM7812和LM7912输出G、H分别为±12V，LM7805和LM7905输出M、N分别为±5V，其正电压E、G、M点输出仿真如图8所示，负正电压F、H、N点输出仿真如图9所示，由仿真可见，实现了预期的设计。

图7 多路输出稳压电源电路

图8 分别为E、G、M点输出电压

图9 分别为F、H、N点输出电压

5.结论

基于multisim的实现了直流稳压电源的降压、整流、滤波和稳压设计，实现了多种稳压输出，其设计调试方便，达到理想设计。该设计已经使用到我们电子技能实训的各种电子系统中，使用方便，效果很好。

参考文献

[1]卞文献，何秋阳.Multisim10仿真软件在《模拟电子技术》理论课教学中的应用[J].电子世界，2012.13：162-163.

[2]雷跃，谭永红.用Multisim10提升电子技术实验教学水平[J].实验室研究与探索，2009（4）：24-27.

常用电源电路设计及应用范文第3篇

全国大学生电子设计竞赛至今已成功举办了十余届，参赛学校和学生逐年递增。各省、市积极配合，大力宣传，也成为每年对各高校的教学成果的一次检阅标志。

2培训学生的选择及参赛选手的选定

首先，新生入校后，对其大力宣传大学生电子竞赛的目的和意义，让学生树立信心。以自愿和培训指导团队教师推荐方式相结合进行广泛、初级选拔。在指导老师的培训下，对一些理论扎实，善于动手，具有创新能力的学生进行全方面进培养。在参赛的五至六个月前，从众多的培养学生中再次选择写作水平较好的，理论和电路设计制作能力强的三人小组参加全国大学生电子设计大赛的培训。在报名参赛时，选择一个最佳小组队伍参赛。

3培训内容

全国大学生电子设计竞赛分本科组和大专组。纵观历届全国大学生电子设计竞赛题目类型：有电源类、信号源类、高频无线电类、放大器类、仪器仪表类、数据采集与处理类和控制类七大类。其知识范围广，涉及电子技术、传感器应用、电机控制、电子测量、单片机应用、电子CAD技术等内容。培训具体内容包含以下一些内容：A/D、D/A转换器，专用集成放大器，信号变换电路，开关电源知识；各种集成传感器，霍尔元件等及传感器调理电路知识；混频器、模拟乘法器，锁相环，锁相频率合成器，DDS技术知识；各种交、直流电动机的控制，驱动电路的设计知识；各种计量电路、测量电路等测量知识；单片机最小系统设计，仿真软件的使用知识；电子CAD、电子电路辅助设计软件进行电路图绘制，PCB板图设计，EDA技术应用知识等。电子系统的基本方法、制作步骤，硬件、软件设计，制板装配，调试与测试等知识；电子设计竞赛设计总结报告写作的方法与要求等。

4培训方式与方法

高等职业院校的学制为三年，时间紧凑，为了能使培训工作顺利进行，通常采用课外分散培训和短期集中培训相结合方式进行。

4.1课外分散培训

常设一个实验室，配有齐全的电子测量仪器和设备，常年对培训学生开放。按学生的层次不同，分别制订培训计划，周一下达培训设计内容，周末检查。指导老师每周按时对学生指导，采用老带新的方法。新生的培训从基本技能开始，进行一些常用电路安装、调试培训，由浅入深。老生的培训则采用个人和小组相结合的方法进行，培训、设计制作的内容相对复杂、难度较大。定期下达一个与全国大学生电子竞赛试题难度相近的电子系统设计制作任务，指导老师定时进行检查指导。

4.2暑期集中培训

对参加每年一届的省级竞赛的同学，其培训时间一般为期2-3个月，其中用一个月时间对常用电路设计知识进行培训。每周进行2次校内模拟竞赛，电路设计难度和制作时间与省级历届的题目相近。对参加每两年举行一届的全国小组竞赛的学生，其培训时间一般为3-5个月，充分利用暑期进行培训。要求每小组分工合作进行资料查阅，电路系统设计，程序设计，电路安装、调试，设计报告等工作。培训后2个月，每2周进行一次模拟竞赛，进行电路设计制作，充分提高各小组成员的协作能力。

4.3加强培训指导教师团队建设

学校建立大学生竞赛培训指导教师的培育与团队建设中心。在竞赛组织方面，通过开展各种形式和规模的研讨，集体讨论竞赛大纲、编写培训教材、完善培训方式。通过培训指导教师的共同参与，确定培训目标、内容及定位。支持培训指导教师开展各项科研工作，以教学为基础，以科研促进教学，全面提升竞赛水平。

4.4竞赛技巧培训

设计总结报告的撰写能力培训。竞赛最后提交的成果形式除设计作品之外还有设计总结报告部分。其撰写质量直接关系着竞赛的成绩，进行技术设计报告的规范性训练是很有必要的，包括结构安排、格式、文法与表达等。资料查阅能力培训。电子设计大赛涉及面广，哪些信息对竞赛更有效与有用，以及如何选择信息。进行资料查阅能力的培训，让学生明确自己需要的和必须掌握的信息，将对培训工作起到事半功倍的效果。团队协作能力培训。要求队员充分发挥聪明才智、群策群力、默契配合，要求队员平时在学习上和生活上都能相互帮助、团结协作，便于竞赛时能有条不紊。

5结语

常用电源电路设计及应用范文第4篇

【关键词】数控电源;D/A转换;便捷

引言

从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术的发展对提高一个国家劳动生产率的水平，具有举足轻重的作用。在电源种类繁多和技术的多样化中，不断地提出了更多、更高、更先进的要求来迎合当今时代的步伐。电源设备是电子仪器的一个重要组成部分，通常有直流电压源、直流电流源、交流电压源和交流电压源等。随着信息时代的飞速发展，电源设备也逐渐向数字化方向发展，数控电源的已是当今研究的主流[1-3]。

所谓数控电源，就是电源的输出电压受输入数字量的控制。如8位的数字量，当全零时输出为0V，当全1时输出为25.5V，数字量每增加1，输出增加0.1V，只要输入的数字量改变了，就可以得到对应的稳定的输出电压。三位同学在老师的指导的下，学习了模拟电路和数字电路，设计出了简易的纯数字电路控制的数控直流稳压电源，通过仿真和电路制作并调试，实现了功能。具有电路简单，控制灵活，误差小等特点。

1.系统总体设计

数控稳压电源要求输出电压值的设置，一般通过设置按键与输出电压显示结合进行设置。设置电路由按键、脉冲产生电路和计数电路组成。输出电路由D/A转换电路、稳压电路和显示组成，具体框图如图1所示：

图1 总系统硬件框图

2.各部分模块电路设计

2.1 设置电路

设置电路有四个按键，分别是步进、步退、快进和快退，如图2所示。步进按键后连两个施密特反向器和555单稳态消抖电路，既可消抖又可波形整形的作用，如图3所示。

连续脉冲由555多谐振荡电路产生，其振荡频率由总步长与在总步长内预定完成时间决定。

用或门实现快进和步进的的切换。

当按下并释放单脉冲按钮一次时产生一个单脉冲。

当不按多谐振荡按钮时，无振荡脉冲，按下时产生连续的多谐振荡脉冲。

图2 按键设置电路

图3 单稳态消抖电路和555连续脉冲产生电路

2.2 计数电路

脉冲产生电路主要提供单脉冲或连续脉冲作为计数电路的输入计数脉冲。计数电路一般由8位二进制计数器组成。常用的4位二进制计数芯片有74LS161、74LS191、74LS193、40193 等。这里选用2片74LS193组成异步加法计数器，如图4所示。本电路计数从00到FF计数，即256进制。

图4 计数电路

图5 D/A转换电路

2.3 D/A转换电路

D/A转换的基本思想：数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码都有一定的权值，将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，从而实现数字量模拟量的转换。D/A转换采用DAC0832转换芯片，不需两级缓冲，采用两级直通的控制模式，如图5所示。其电压与输入二进制的转换关系公式为：

2.4 参考电压的设置电路

参考电压的准确程度直接影响着D/A转换的精度，所以一般要求参考电压用专用的基准电源芯片供给。这里采用LM317提供基准电压，此基准电压给D/A转换电路提供基准电压用。如图6所示。

图6 LM317电源电路

3.设计流程

如图7所示，为数控电源的设计流程。

图7 数控电源设计流程

D/A芯片参考电压值的确定：

根据输出电压的计算公式可以知道，参考电压的值由数控稳压电源设计的最大输出电压、最大的数字值，以及步进电压值，RF 、R1的值共同决定。

如本电路设计的最大输出电压为12.7V，步进为0.05V， RF=R1，则：

如果VREF太大，可外接RF，若要求参考电压为正，则输出再接一级方向器。

4.电路设计与制作

图8为数控电源仿真总图，图9为简易数控电源的实物制作图。

图8 数控电源仿真总图

图9 数控电源实物图

5.检测和调试

5.1 通电前检测

（1）先用万用表电阻挡，检测各组电源输入端分别是否短路。

（2）按照各集成块的引脚排列图，先用万用表蜂鸣器挡检查各集成块的电源VCC端及接高电平的引脚与电源+5V端或者+15V端（U6，U7）是否通，接地端与电源GND端是否通，U7的VSS端与-15V是否通。

5.2 通电后的检测

5.2.1 脉冲产生电路的检测和调试

先将J5加+5V，J2与J5的GND相连。

（1）将两个555插到U2E、U6E上，检测多谐振荡器的工作情况。用万用表直流电压20V档，测量输出U2E、U6E的3脚的直流电压，测得此处电压在3.5V，故此电路为多谐振荡，工作正常。再插上U2（40106），当对应的按键B3、B1按下时，用万用表直流电压20V档，测量输出U2E、U6E的3脚的直流电压，电压在3-3.5V左右，不按时电压为0V，说明电路在振荡。

（2）再分别检测单步脉冲发生器电路工作情况。

插上CD4016按单步增（B4）或单步减（B2）按键，检测4016的6或10脚，快速按下并释放后电压是否有所增加，有变化说明有单步脉冲产生。

（3）再插上74LS02到U4，在1和4脚重新观测4个按键的单脉冲和连续脉冲是否正确。

参考数值：

测1脚（进）：

按键B3 连续脉冲，电压输出值1.1～1.3V

按键B4 单脉冲，电压5V，0V切换

测4脚（退）：按键B1 连续脉冲，电压输出值1.1～1.3V

按键B2 单脉冲，电压0V，5V切换

5.2.2 计数电路的检测和调试

插上两块74LS193（U5B、U4B），测两块的输出Q3～Q0，组成的8位二进制数（U4B为高4位，U5B为低4位），按单步进按键，记录8位二进制数，看是否加1变化。或按单步减按键看8位二进制数是否减1变化。

5.2.3 D/A转换电路的检测和调试

插上DAC0832。J4接入+15V和-15V。

（1）调整DAC0832的参考电压VREF（U6的8#）。调整多圈精密电位器RV1使VREF=12.8V。

（2）调整多圈精密电位器RV2，使S1左端为-0.625V，VREF=12.8V， 再将S1的中间和左边用短路帽短接， S2也盖上短路帽 。

（3）插上LM358（U7）。记录74LS193组成的的8位二进制计数的值，测试转换电压（U7的7#），用公式验证：

5.2.4 稳压电路的检测和调试

将S2、S3短路帽插上，在J1端接入交流12V，用变压器220/12V实现，实际输出13.2V左右，DC POWER SUPPLY也打开，发光二极管亮。

（1）按单步进B4、快进B3（或单步退B2、快退B1），用万用表直流电压20V档，观测输出端J6的电压的变化情况。是否实现数控功能。

（2）用万用表直流电压20V档，测量记录单步进的两次输出电压差，与0.05V的误差。

6.结论

本电路设计的简易数控电源，包括电压设置按键、计数脉冲产生电路、计数电路、D/A转换电路和稳压电路五部分电路组成，本电路电压输出稳定，电压变化范围在0～12.7V，步进为0.05V，输出电压不随负载和环境温度变化。电路实际输出测试结果表明，本系统稳定性好、精度较高、操作简单、人机界面友好。在实验操作和设备生产中，能够广泛应用到这种可靠性高、操作简单的数控电源，不仅能够提高设备的性能，同时能够缩短研发周期，本系统具有较高的实用性。

参考文献

[1]乔国良.数控式直流稳压电源[J].计算机工程与科学， 1980（4）：59-63.

[2]陈岩.简述直流稳压电源的设计与研究[J].门窗，2012 （6）：140.

[3]李小琴.数控稳压电源的设计[J].电子世界，2014（2）：156.

[4]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]詹新生，张江伟.基于AT89C51的数控直流电压源的设计[J].现代电子技术，2008（19）：107-109.

作者简介：

朱佳奇，现就读于宁波职业技术学院电子信息工程系应用电子技术专业。

王佳晨，现就读于宁波职业技术学院电子信息工程系应用电子技术专业。

常用电源电路设计及应用范文第5篇

【关键词】断路器;A/D;单片机

1.引言

在低压配电系统中，低压断路器是应用最为广泛保护装置之一，主要应用于要求实现保护且不频繁操作的场合。它不仅能在正常工作情况下接通、分断负载电流，而且允许在故障或不正常的情况下自动切断电路，从而保护变压器、用电设备和供电线路;同时通过上下级线路的选择性配合，能够避免非故障区域的停电，减少不必要的损失。鉴于此设计一款智能的低压断路器具有很大的现实意义[1]。

2.总体方案设计

论文所设计的系统包括参量中央处理控制模块、信号采集模块、信号调理模块、人机交互模块、通信模块以及电源模块等。图1为硬件系统结构框图：

图1 整体结构框图

本论文所设计的智能断路器控制单元所要实现的基本保护功能包括：三段电流保护（过载长延时保护、短路短延时保护及短路瞬时保护）和单相接地保护，用户可根据实际需要选用过电压保护、低电压保护。

3.电路设计

3.1 单片机I/O口扩展

图2 AT89C51RC2单片机接口扩展原理图

AT89C51RC2单片机最小系统如图2所示，本论文所实际的智能控制系统是以AT89C51RC2片上系统为核心的单片机应用系统。

3.2 A/D转换模块

由于AT89C51RC2单片机内部并没有集成ADC模块，因此必须外接ADC芯片，这里我们选用了一种美国TI公司生产的TLC1543芯片。TLC1543是一款11模拟输入通道，高性价比，采用CMOS工艺的10位开关电容逐次逼近原理实现的模数转换器。该芯片内置3路自测方式，片内集成系统时钟，固有的采样和保持功能，具有转换速度快、误差小的特点[2]。TLC1543芯片采用串行通信接口，与单片机接线简单，引线很少，能够很好节省单片机的I/O资源。TLC1543芯片与单片机接线如图3所示。

3.3 电源模块

常用的电压源设计有电流源供电和电压源供电。由于电流互感器装设在装置的出线端，一旦断路器跳闸，控制单元就将失去电压，所以必须设置备用电源来保证电源模块失去供电电压之后单片机、LCD显示器等电子元件的正常工作，电源电路设计较为复杂。因此，我们采用电压源供电的方式，即任意取一相电压经电源变压器变压、整流单元整流后，采用DC-DC模块转换为所需电压。电压源供电是由装置进线端馈电线路供电，只要馈电线路不失去电压，即使断路器跳闸，也能保证控制单元的正常供电。系统电源电路如图4所示。

图3 TLC1543芯片与单片机接线原理图

图4 电源输出原理图

3.4 通信模块

为了对测量数据显示、后续数据处理及测量信号校正，可利用单片机的串行口与PC机进行串行通信，将单片机采集的数据传送到PC机中，由PC机的高级语言对数据进行整理及统计等复杂处理。在实现计算机与单片机之间的串行通信时，通常采用标准通信接口进行串行通信。美国电子工业协会（EIA）正式公布的通信标准总线包括：RS-232、RS-449、RS-422、RS-423、RS-485等[3]。在串行通信中，应用最广泛的标准总线是RS-485，其通信距离约为1219m，最高速率10Mbps。SN65LBC184芯片与单片机AT89C51RC2的接线如图5所示。

图5 串口通信电路

3.5 温度检测、时钟输入电路

为了防止因温度过高导致断路器误动作甚至损坏设备本身，采用MAXIM公司微型化、高性能的1-Wire数字温度传感器DS18B20对智能控制单元工作环境温度进行检测与控制。

现代化的配电系统往往要求能够记录故障发生、人员登录、设备操作等的具体时间，以便在事后进行故障分析。这就要求我们给智能控制单元配备实时时钟输入电路。DS1302芯片是MAXIM公司推出的一款性能较好、功耗低的实时时钟芯片。

单片机与DS1302芯片、DS18B20芯片的接线原理如图6所示。

图6 DS1302、DS18B20与单片机的接线原理图

图7 主程序流程图

4.系统主程序

主程序是整个软件系统的中枢，它不仅指挥着程序流程，而且将各功能子模块有效地连接起来，因此主程序的设计对于整个软件设计起着至关重要的作用。系统上电或复位后，首先进行系统自检，判断硬、软件有无故障，如果有故障则报警，然后开中断，判断是否需要设定整定值，随后进行信号采样，一周期采样完成后计算有效值，所计算的有效值与事先设置的整定值进行比较，判断有无故障或不正常工作状态发生，随即判断是否需要脱扣，如果系统发出脱扣信号则系统推出，如果无故障发生或不需要脱扣，则返回到采样环节循环。本文设计了如图7所示的整体程序流程图。

图8 显示功能界面

5.仿真

本设计所用的仿真软件为英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。它是目前比较好的仿真单片机及器件的工具。智能断路器不仅能够显示三相电流、三相电压、频率、温度参数，而且还具有时间显示的功能，由于1602是显示字符的液晶显示屏，一共能显示2行，每行能显示16个字符。所以参数的显示需要通过键盘进行切换。显示功能界面如图8所示。在试验中，我们采用一个继电器代替脱扣电路，当仿真开始时，继电器闭合。当系统出现故障时，继电器断开以保护设备。

6.结论

本文结合具体设计要求，系统能够实现三段电流保护、单相接地保护、过电压保护、短路保护、欠电压保护以及过温保护，保护精度控制在正常的范围之内。本文为实现断路器的智能化和可通信等功能。经仿真调试结果表明，该系统不仅实现了较好的保护功能，还实现了测量和监控等功能。所设计的控制器可靠性高，实时性好，特别是实现了现场通信，应用前景广阔。

参考文献

[1]卢丽君.基于TLC1543的单片机多路采样监测系统的设计[J].仪器仪表与分析监测，2007（4）：5-6，40.

[2]傅启国.低压断路器智能控制器设计与研究[D].硕士学位论文.南京：南京理工大学，2008.