基于C51的高精度线性电源及监控系统设计电气工程专业.doc

基于C51的高精度线性电源及监控系统设计 Design of High Precision Linear Power Supply and Monitoring System Based on C51 目录 摘 要 3 ABSTRACT 4 第一章 引言 5 1.1 课题研究意义 5 1.2 课题来源 6 第二章 高精度线性电源的简介 8 2.1 工作原理 8 2.2主要特点 8 2.3工作精度 8 2.4应用场合 8 第三章 电源总体设计 9 系统硬件设计结构框图 9 第四章 系统总体设计 10 第五章 系统电路硬件设计 11 5.1 单片机及显示模块配置 11 5.2 ±15V和+5V直流电源设计 12 5.3单片机供电及基准参考电源设计 14 第六章 系统程序设计 17 d100ms(); 18 6.3性能测试 19 第七章 软件系统设计 19 第八章 系统调试 20 8.1电源系统调试步骤 20 8.2测试出现的问题及解决措施 22 结论 22 参考文献： 23 25 摘 要 对于先进的实验设备和测控系统，需要高精度的线性电源输出。因此，以单片机为核心，以可调的三端电压调节器作为电压调节器。对电源电路的结构设计进行了优化，提高了元器件的性能。建立了一套多路输出、高精度线性电源及监测系统.通过空载到全负荷试验，电源稳定性很好，两种电源的输出均能满足测控系统的功率要求。为了满足航空控制模块包括摆动台、1200 HZ双相陀螺仪驱动电源、1.5KVA400HZ中频功率箱等测控系统的要求，需要高精度、高电流输出的线性电源。同时，1200 HZ和400 hz中频交流电源的输出波形不应改变，因此有必要设计一种高精度的多路输出直流电源。电源系统优化了内部结构设计。增加反馈等环节，建立几条线路，并具有较高精度的直流电源，电源双输出电压±15V，单输出5V，负载电流在0-1.5A变化的过程中。输出电压仍能保证高精度输出。利用先进的元器件和电路结构的不同设计，建立了一种高精度、大输出的航空电源，以满足航空测控设备的需要。同时采用单片机和图形显示模块对电源输出进行实时监控。通过实际测试和对24位高精度台式万用表的调整，测试和显示结果如下：负载变化率≤0.1%，双电源输出电压对称性0。1%，远远超过预期的设计精度。该电源已安装在航空测控箱中，并已投入使用。经过初步试运行，供电效果良好。 关键词：线性电源 高精度 测控系统 ABSTRACT For advanced experimental equipment and measurement and control system, high-precision linear power output is required. Therefore, the single-chip microcomputer as the core, the adjustable three-terminal voltage regulator as the voltage regulator. The structure design of the power supply circuit is optimized, and the performance of the components is improved. A set of multi-output, high-precision linear power supply and monitoring system is established. Through no-load to full load test, the power supply stability is very good, the output of both kinds of power supply can meet the power requirement of the measurement and control system. In order to meet the requirements of aeronautical control module including swing table, 1200 HZ dual-phase gyroscope driving power supply, 1.5KVA400HZ intermediate frequency power box and other measurement and control systems, the linear power supply with high precision and high current output is needed. At the same time, the output waveform of 1200 HZ and 400 hz intermediate frequency AC power supply should not be changed, so it is necessary to design a high precision multi-output DC power supply. The power supply system optimizes the internal structure design. Add feedback, establish several lines, and have high precision DC power supply, power supply dual output voltage ±15V, single output 5V, load current in the process of 0-1.5A change. The output voltage can still guarantee high precision output. Based on the design of advanced components and circuit structures, a high precision and large output aeronautical power supply is established to meet the needs of aeronautical measurement and control equipment. At the same time, single chip microcomputer and graphic display module are used to monitor the power output in real time. Through practical test and adjustment of 24-bit high-precision table-top multimeter, the test and display results are as follows: load change rate ≤ 0.1%, symmetry of output voltage of dual power supply 0.1%, which far exceeds the expected design precision. The power supply has been installed in the aeronautical survey and control box and has been put into use. After preliminary trial operation, the power supply effect is good. Keywords:linear power supply high-accuracy TT&C system 第一章 引言 对于一些先进的电子设备来说，需要高精度、稳定的线性直流电源，因此需要开发高精度的线性稳压电源。高精度直流稳压电源有多种电路形式，如串联型、开关型、集成电路、直流稳压电源等。 在先进的电子设备中，直流稳压电源的故障率最高，但在直流稳压电源中，整流滤波电路获得的直流电源电压往往不稳定。当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压也会发生变化。电子设备供电电压的不稳定会引起许多问题。为了满足各种电子电路的要求，设计了一种高质量的直流稳压电源。因此，对直流稳压电源的研究具有十分重要的意义。 目前，产生高精度直流线性稳压电源的方法有两种：一种是模拟法，另一种是数字法。前者的电路由模拟电路控制，后者由数字电路自动控制。直流稳压电源正朝着数字化方向发展。因此，有必要对数控恒压电源进行研究。随着科学技术的飞速发展，对电源的可靠性、输出精度和稳定性提出了越来越高的要求。利用D/A转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术，越来越有利于程控电源的设计。可编程电源不仅可以方便地输入和选择预置电压值，而且具有较高的精度和稳定性，可以任意设定输出电压或电流。所有功能都是通过单片机控制的面板上的键盘来实现的。为电路实验带来了极大的方便，提高了工作效率。 1.1 课题研究意义 随着电子技术的发展，特别是数字技术的发展，直流电源变得越来越重要，越来越接近我们的现实生活。直流稳压电源已成为人们日常生活中不可缺少的必需品，它不需要空间大、体积小、安全性高，已广泛应用于各种电子设备中，给人们的生活带来极大的方便。因此，它得到了广泛的应用。它在工业电器和家用电器的自动控制中有着广泛的应用。由于电路在人们日常生活中的广泛应用，它具有很强的重用功能，可以使人们在不知道的情况下感到方便。 1.2 课题来源 本论文的课题“多通道高精度高稳定性线性电源的研究与设计”，是来源于之前参加的一个项目的一部分。采用本课题研制的控制舱综合测试系统，对装配后的战术型控制舱和自动驾驶仪的综合性能参数进行了测试，并进行了环境应力筛选试验。同时，可用于交收检测和常规试验。整个系统是基于工控机的自动测控系统。主要包括：高低温摆动台运动控制系统、主控制箱、直流电源箱、1200 HZ双相陀螺仪驱动电源。1.5KVA400HZ中频电源箱和其他子项目，如下图所示 航空飞行器测试控制舱测控系统组成 为了满足1200 HZ双相陀螺驱动、1.5KVA400HZ中频功率箱等高精度大电流输出线性电源系统的要求，同时满足控制舱、摆台和1.5KVA400HZ两相陀螺仪的要求，为了获得1200 HZ和400 hz中频交流电源在大电流输出下的标准正弦波，设计了一种高精度多输出直流电源。通过优化电路结构，设计了电源系统。增加反馈等环节，建立多通道高精度直流输出，电源双路输出电压±15v，为测控系统中的集成运算放大器和功率放大器提供电源，单输出5V满足单片机和系统数据采集的需要。当两种电源的负载电流在0~1.5A和01A变化时，两种电源的输出电压仍能保证高精度输出。通过采用高质量的元器件和独特的电路结构设计，建立了一种高精度、高稳定性、宽范围的航空测控设备输出电源，能够满足航空测控设备的要求。同时(C8051F020单片机12864ZB图形显示模块)实时监控电源输出。 第二章 高精度线性电源的简介 2.1 工作原理 线性电源的电压反馈电路处于线性(放大)状态。开关电源是指用于在饱和切断区域工作的调压管。也就是说，开关的状态。线性电源通常对输出电压进行采样，然后将基准电压发送到比较电压放大器中。电压放大器的输出作为电压调节器的输入，控制稳压器的结电压，使其结电压随输入的变化而变化。开关电源通过改变开关的开关时间来改变输出电压，即改变占空比 2.2高精度线性电源的构成 许多