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1、5cd8e6247c7eb4177e419765b0e963c0.pdf簡(jiǎn)易智能小車目錄摘要 1第一章 方案比較與設(shè)計(jì)11.1方案比較與選擇 1 1.1.1電機(jī)選擇方案比較與選擇1 1.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案比較與選擇1 1.1.3 恒流（壓）充電電路方案比較與選擇11.2 方案設(shè)計(jì)與論證 2 1.2.1整體電路組成2 1.2.2總體電路組成框圖2第二章 電路設(shè)計(jì)、理論分析與計(jì)算 22.1主要電路模塊的分析計(jì)算與設(shè)計(jì) 2 2.1.1恒流、恒壓充電電路2 2.1.2控制電路3 2.1.3顯示電路4 2.1.4電源電路5 2.1.5創(chuàng)新部分52.2 軟件設(shè)計(jì)6 2.2.1程序流程圖6 2.2.2主要

2、程序清單(見(jiàn)附錄2)6第三章 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 63.1題目要求的測(cè)試 6 3.1.1輸出恒流狀態(tài)的測(cè)試6 3.1.2輸出恒壓狀態(tài)的測(cè)試7 3.1.3數(shù)字顯示功能8 3.1.4過(guò)熱保護(hù)功能的測(cè)試83.2創(chuàng)新部分的測(cè)試 83.3結(jié)果分析 9第四章 總結(jié) 9參考資料 10附錄 11附錄1電路總圖 11附錄2主要程序清單 12第 12 頁(yè) 共 12 頁(yè)簡(jiǎn)易數(shù)控充電電源摘要 本系統(tǒng)以直流電源為核心，NEC upd78F0547單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電流，并可由液晶顯示器顯示輸出的電壓、電流值。本系統(tǒng)由單片機(jī)程控設(shè)定數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器隔離放大

3、，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電流（壓）。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)可穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流充電狀態(tài)，并在恒流輸出時(shí)可設(shè)置電流100mA慢充和200mA快充，電壓（流）波動(dòng)和紋波電壓（流）小，并具有過(guò)熱保護(hù)和自動(dòng)恢復(fù)功能。關(guān)鍵詞：恒壓，恒流，電壓（流）波動(dòng)，紋波電壓（流）小。第一章 方案比較與設(shè)計(jì)1.1方案比較與選擇 1.1.1 控制電路方案比較與選擇：方案一：采用通用的51單片機(jī)作為主控器，完成數(shù)據(jù)處理，鍵盤掃描，顯示部分的控制等。但51單片機(jī)沒(méi)有AD轉(zhuǎn)換，需要外接AD芯片來(lái)轉(zhuǎn)換采集到的電壓信號(hào)，使電路的硬件、軟件變得復(fù)雜。方案二：采用NEC的upd78F0547單

4、片機(jī)，該單片機(jī)在本設(shè)計(jì)方案中具有以下優(yōu)點(diǎn)：1：內(nèi)置上電復(fù)位清零電路，低電壓偵測(cè)電路和獨(dú)立源看門狗電路，不需要任何外圍元件；2：64個(gè)I/O口，不需要外擴(kuò)展；3：8路10bit A/D ；4：低功耗，寬電壓范圍，抗干擾能力強(qiáng)；5：自帶鍵盤中斷； 比較上述2種方案，方案二電路簡(jiǎn)單、軟件簡(jiǎn)潔、功能強(qiáng)，本課題中我們采用方案二。 1.1.2 顯示電路方案比較與選擇：方案一：采用數(shù)碼管顯示，成本低，亮度高，醒目。但在顯示較多的項(xiàng)目時(shí)，硬件電路復(fù)雜，功耗大。方案二：采用肇慶金鵬OCMJ4X8C液晶屏，該屏自帶字庫(kù)，驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)單，可以顯示4行8列漢字（或4行16列字母，數(shù)字）。顯示信息量大，外形美觀。課題中需

5、要同時(shí)顯示電壓，電流的設(shè)定值和輸出值等，要求顯示內(nèi)容豐富。比較上述2種方案，方案二電路簡(jiǎn)單、顯示信息量大、能很好的滿足題目要求，我們采用方案二。 1.1.3 恒流（壓）充電電路方案比較與選擇：方案一：選用CPLD等可編程邏輯器件，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝上容易實(shí)工作穩(wěn)定。方案二：采用運(yùn)算放大器等通用電路實(shí)現(xiàn)恒流（壓）的控制、調(diào)整，成本低、使用靈活、完全能滿足題目對(duì)簡(jiǎn)易恒流（壓）電源的要求。比較上述兩種方案，雖然方案一實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，而且可以很容易地滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求，但是，我隊(duì)參賽的選手是大二的學(xué)生，目前還沒(méi)有學(xué)習(xí)有關(guān)可編程邏輯器件（CPLD）的課程，所以我們選擇方案二。1.2方案設(shè)計(jì)與論證 1.2

6、.1整體電路組成電路部分主要有：恒流、恒壓充電電路，檢測(cè)電路，控制電路，顯示電路，、鍵盤電路，創(chuàng)新部分電路等模塊組成。 1.2.2總體電路組成框圖圖1.1 總體電路組成框圖第二章 電路設(shè)計(jì)、理論分析與計(jì)算2.1 主要電路模塊的分析計(jì)算與設(shè)計(jì) 2.1.1恒流、恒壓充電電路這部分電路是整個(gè)電路的核心部分，主要由D/A轉(zhuǎn)換電路，恒流、恒壓調(diào)整電路，檢測(cè)電路組成?？刂齐娐份斔蛠?lái)的數(shù)字信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換電路IC205轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為基準(zhǔn)電壓，然后送到電壓比較器IC201的正輸入端。輸出端取樣電阻上取得取樣電壓信號(hào)送到電壓比較器IC201的負(fù)輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較，比較結(jié)果由IC201的輸出端反饋到T20

7、2，控制T202的導(dǎo)通狀態(tài)。由D201、D202、R201、T203組成一個(gè)恒流源A，恒流值I=2Ud-Ube/R201 。T202的導(dǎo)通狀態(tài)影響著對(duì)恒流源A的吸收電流，從而改變恒流源A對(duì)調(diào)整管T201基極的驅(qū)動(dòng)電流，穩(wěn)定調(diào)整管T201的輸出值。為減小輸出紋波，調(diào)整管T201使用達(dá)林頓三極管。調(diào)整管T201基極電流由一恒流源提供，進(jìn)一步減小電源電壓波動(dòng)對(duì)調(diào)整管T201帶來(lái)的影響。電路采用懸浮驅(qū)動(dòng)。電位器W103以及單片機(jī)（內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換）組成電壓檢測(cè)電路。W103將輸出電壓的取樣信號(hào)送單片機(jī)內(nèi)部的A/D電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)處理，并由LCD顯示器顯示測(cè)量值。取樣電阻R202、

8、IC202以及單片機(jī)（內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換）組成電流檢測(cè)電路。取樣電阻R202上的取樣信號(hào)送IC202處理、送單片機(jī)內(nèi)部的A/D電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)處理，并由LCD顯示器顯示測(cè)量值。圖2.1 恒流、恒壓充電電路原理圖 圖2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖 2.1.2控制電路控制電路主要由NEC upd78F0547單片機(jī)及外圍電路、鍵盤電路等組成。單片機(jī)接收檢測(cè)電路傳輸來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后將電壓和電流值顯示到液晶上。該電路能夠通過(guò)按鍵設(shè)定電源的輸出電壓值和電流值，通過(guò)控制D/A芯片的設(shè)定值實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓值和電流值。并根據(jù)檢測(cè)實(shí)際輸出的電流（壓）值與設(shè)定值比較后，調(diào)整D/A芯片的

9、設(shè)定值 ，使得電源的輸出穩(wěn)定、可靠。 圖2.3 CPU電路原理圖 圖2.4 鍵盤電路原理圖 2.1.3顯示電路顯示電路采用4行8列的漢字液晶屏顯示實(shí)際的設(shè)定電流值、設(shè)定電壓值、實(shí)際輸出的電流值、實(shí)際輸出電壓值。電壓分辨率0.1V。電流分辨率1mA。液晶屏能夠在設(shè)定時(shí)顯示設(shè)定的電壓和電流值。 圖2.5 LCD顯示電路原理圖 2.1.4電源電路此電源電路具有2組輸出直流輸出，一組為主輸出DC18V，作為充電電路的能源輸入；另一組輸出DC 12V和DC 5V，給本電源中控制電路、恒流（壓）調(diào)整電路、顯示電路等部分提供工作電源。 圖2.6 電源電路原理圖 2.1.5創(chuàng)新部分1. 恒流輸出時(shí)，在100m

10、A（慢充）和200mA（快充）可設(shè)置的基礎(chǔ)上，增加了電流值從100MA-200MA可調(diào)功能，步進(jìn)為20 mA。2. 可設(shè)置多種恒壓輸出狀態(tài)，恒壓輸出值：10V,9V,12V。 2.2 軟件設(shè)計(jì) 2.2.1程序流程圖 2.2.2主要程序清單（見(jiàn)附錄2） 第三章 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析本題目制作完成后,對(duì)整體電路的主要指標(biāo)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試。測(cè)試情況如下：3.1題目要求的測(cè)試 根據(jù)題目基本要求和發(fā)揮部分的要求，我們按要求條件反復(fù)作了多次測(cè)試，記錄了測(cè)試結(jié)果，并對(duì)測(cè)試結(jié)果做了分析、對(duì)比。 3.1.1輸出恒流狀態(tài)的測(cè)試我們將充電電源接上負(fù)載電阻，適當(dāng)選擇負(fù)載電阻值，使充電電源處于恒流充電狀態(tài)，進(jìn)行模擬充電測(cè)試

11、。這時(shí)可以方便設(shè)置100mA（慢充）和200mA（快充），并能通過(guò)操作鍵盤，在100MA-200MA之間方便可靠地調(diào)節(jié)電流值，步進(jìn)為20 mA。我們?cè)诤懔鬏敵鰻顟B(tài)允許條件下，多次反復(fù)更換不同負(fù)載電阻值，測(cè)試了更換不同負(fù)載電阻時(shí)，輸出電流變化量的絕對(duì)值；在不同負(fù)載電阻條件下，實(shí)時(shí)檢測(cè)輸出的紋波電流值。記錄了其中10次測(cè)試數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3-1,3-2。 表3-1 輸出恒流（100mA）狀態(tài)的測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)負(fù)載電阻值 （歐姆）改變負(fù)載電阻時(shí)，測(cè)試電流變化絕對(duì)值發(fā)揮部分要求的絕對(duì)值測(cè)試的紋波電流值發(fā)揮部分要求的紋波電流值結(jié)果是否滿足題目發(fā)揮部分要求110-3mA0.8 mA1mA滿足要求2151.8

12、mA3mA0.7 mA1mA滿足要求3201.6 mA3mA0.7 mA1mA滿足要求4301.3 mA3mA0.6 mA1mA滿足要求5401.2 mA3mA0.6 mA1mA滿足要求6501.1 mA3mA0.5 mA1mA滿足要求7601.1 mA3mA0.5 mA1mA滿足要求8701.1 mA3mA0.5 mA1mA滿足要求9801.1 mA3mA0.4 mA1mA滿足要求10901.0 mA3mA0.4 mA1mA滿足要求 表3-2 輸出恒流（200mA）狀態(tài)的測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)負(fù)載電阻值（歐姆）改變負(fù)載電阻時(shí)，測(cè)試電流變化絕對(duì)值發(fā)揮部分要求的絕對(duì)值測(cè)試的紋波電流值發(fā)揮部分要求的紋

13、波電流值結(jié)果是否滿足題目發(fā)揮部分要求110-3mA0.7 mA1mA滿足要求2151.7 mA3mA0.7 mA1mA滿足要求3201.7 mA3mA0.6 mA1mA滿足要求4301.6 mA3mA0.5 mA1mA滿足要求5401.6 mA3mA0.3 mA1mA滿足要求6501.5 mA3mA0.4 mA1mA滿足要求7601.5 mA3mA0.3 mA1mA滿足要求8701.3 mA3mA0.2 mA1mA滿足要求9801.1 mA3mA0.2 mA1mA滿足要求10901.0 mA3mA0.2 mA1mA滿足要求 3.1.2輸出恒壓狀態(tài)的測(cè)試我們將充電電源接上負(fù)載電阻，適當(dāng)選擇負(fù)載電

14、阻值，使充電電源處于恒壓充電狀態(tài)，進(jìn)行模擬充電測(cè)試。我們?cè)诤銐狠敵鰻顟B(tài)允許條件下，多次反復(fù)更換不同負(fù)載電阻值，測(cè)試了更換不同負(fù)載電阻時(shí)，輸出電壓波動(dòng)值；在不同負(fù)載電阻條件下，實(shí)時(shí)檢測(cè)輸出的紋波電壓值。記錄了其中10次測(cè)試數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3-3。 表3-3 輸出恒壓狀態(tài)的測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)負(fù)載電阻值（歐姆）改變負(fù)載電阻時(shí)，測(cè)試電壓波動(dòng)值發(fā)揮部分要求的電壓波動(dòng)值測(cè)試的紋波電壓值發(fā)揮部分要求的紋波電壓值結(jié)果是否滿足題目發(fā)揮部分要求1200-0.2V7mV10mV滿足要求25000.05V0.2V7mV10mV滿足要求31K0.05V0.2V6mV10mV滿足要求42K0.03V0.2V6mV10mV滿足要

15、求54.7K0.03V0.2V4mV10mV滿足要求65.6K0.04V0.2V4mV10mV滿足要求76.8K0.03V0.2V5mV10mV滿足要求88.2K0.03V0.2V4mV10mV滿足要求99.1K0.02V0.2V4mV10mV滿足要求1010K0.02V0.2V4mV10mV滿足要求 3.1.3數(shù)字顯示功能 充電電源輸出電壓值、輸出電流值，均可在液晶顯示屏上以漢字的形式顯示。 3.1.4過(guò)熱保護(hù)功能的測(cè)試本充電電源具良好的過(guò)熱保護(hù)功能。模仿電源過(guò)熱的工作環(huán)境，進(jìn)行了多次測(cè)試，每次當(dāng)電源溫度上升到60oC（或者大于60oC）時(shí)，保護(hù)電路馬上啟動(dòng)工作，電源停止輸出，起到自動(dòng)保護(hù)電

16、源的作用。當(dāng)電源溫度下降到正常狀態(tài)后，電源自動(dòng)恢復(fù)工作。表3-4記錄了其中10次測(cè)試情況。 表3-4 過(guò)熱保護(hù)測(cè)試情況記錄表序號(hào)電源保護(hù)時(shí)的溫度（oC）電源溫度每次60oC時(shí)，是否即時(shí)保護(hù)每次降溫后是否自動(dòng)恢復(fù)結(jié)果是否滿足題目發(fā)揮部分要求161.0是是滿足要求260.8是是滿足要求360.2是是滿足要求460.9是是滿足要求560.4是是滿足要求660.7是是滿足要求760.2是是滿足要求860.6是是滿足要求960.4是是滿足要求1060.5是是滿足要求 3.2創(chuàng)新部分的測(cè)試 1. 恒流輸出時(shí)，在電流值100MA-200MA之間,反復(fù)進(jìn)行了很多次的調(diào)整測(cè)試，步進(jìn)為20 mA。每次都能方便靈活

17、地進(jìn)行電流值調(diào)整。 2. 恒壓輸出時(shí)，除了10V恒壓充電狀態(tài)之外，還可以方便設(shè)置9V,12V等恒壓充電狀態(tài)。反復(fù)進(jìn)行了很多次的調(diào)整測(cè)試，每次都能方便靈活地進(jìn)行恒壓值調(diào)整。3.3結(jié)果分析將上述測(cè)試結(jié)果與題目要求進(jìn)行了比較、分析，見(jiàn)表3-5。 表3-5 結(jié)果分析表 項(xiàng)目 題目要求（發(fā)揮部分）測(cè)試結(jié)果結(jié)果分析基本要求輸出恒流狀態(tài)電流100mA（慢充）和200mA（快充）可設(shè)置可設(shè)置滿足要求改變負(fù)載，輸出電流變化5mA3mA滿足要求紋波電流2mA1mA滿足要求輸出恒壓狀態(tài)改變負(fù)載，輸出電壓波動(dòng)0.5V0.2V滿足要求紋波電壓20mV10mV滿足要求數(shù)字顯示數(shù)字顯示功能實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)滿足要求發(fā)揮部分輸出恒流狀

18、態(tài)改變負(fù)載，輸出電流變化3mA3mA滿足要求紋波電流1mA1mA滿足要求輸出恒壓狀態(tài)改變負(fù)載，輸出電壓波動(dòng)0.2V0.2V滿足要求紋波電壓10mV10mV滿足要求保護(hù)功能電源溫度60oC時(shí)，保護(hù)；降溫后恢復(fù)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)滿足要求其他 特色創(chuàng)新部分恒流輸出時(shí)電流值在100mA-200mA之間可調(diào)整，步進(jìn)為20 mA。無(wú)有，可實(shí)現(xiàn)滿足要求恒壓輸出時(shí)可設(shè)置多種恒壓輸出狀態(tài)，恒壓輸出值：10V,9V,12V。 無(wú) 有，可實(shí)現(xiàn)滿足要求本作品設(shè)計(jì)、制作完成后，對(duì)其主要指標(biāo)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果與題目要求進(jìn)行了比較、分析。測(cè)試、分析結(jié)果：本設(shè)計(jì)主要指標(biāo)全部滿足了題目基本要求和發(fā)揮部分的要求。第四章 總結(jié)在本

19、次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們遇到了各種困難和許多沒(méi)有預(yù)想到情況，但通過(guò)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作和努力，我們終于克服了困難、解決了問(wèn)題。由于我們自身水平有限和時(shí)間緊張等因素，本作品在設(shè)計(jì)上還存在許多值得改進(jìn)的地方。經(jīng)過(guò)此次電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，我們?cè)陔娐返脑O(shè)計(jì)、調(diào)試方面得到了很好鍛煉，能力也有了很大的提高，同時(shí)也深刻的體會(huì)到：實(shí)踐是理論運(yùn)用的最好檢驗(yàn)，懂得了共同協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神的重要性，提高了我們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。參考資料：1 劉守義單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20022 王福瑞單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 19983 曾 波數(shù)控恒流源電子世界，第九期，20054 何希才電子電

20、路北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20035 李義府模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，20046 李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1994 7 劉迎春.MCS-51 單片機(jī)原理及應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005.58 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì). 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯 編：第一屆第五屆. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.89 楊志忠. 數(shù)字電子技術(shù). 北京：高等教育出版社，2003.1210胡晏如. 模擬電子技術(shù). 北京：高等教育出版社， 2004.311羅亞非. 凌陽(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2003.12 12NEC 78K0/KF2 8位單片機(jī)用戶手冊(cè).2005.7 附錄附錄1：電路總圖