大學生電子設(shè)計大賽

1、大學生電子設(shè)計大賽（ J 題）LED照明用不間斷恒流電源（高職高專組）參賽學生： 指導老師： 學 校： 院 系： 時 間：目錄摘要02一、方案設(shè)計與論證1、主控電路 2、顯示電路 二、電路與程序設(shè)計-030303031、電路總體框圖 032、單元電路的設(shè)計 03三、分析與計算及改進 041、整流濾波后電壓的大小 042、提高效率的方法 05四、測試方案與測試結(jié)果 051、測試儀器及設(shè)備 052、測試結(jié)果分析 05五、結(jié)論 06六、參考文獻 06附錄 071、 MSP430F14最小系統(tǒng)原理圖 072、電路總體框圖 073、降壓電路原理圖 084、升壓電路原理圖 085、 LED驅(qū)動電路原理圖

2、086、備用電源欠壓保護電路設(shè)計框圖 097、自動調(diào)光電路設(shè)計框圖 09& EMI抑制電路設(shè)計 09摘要本系統(tǒng)有主電源和備用電源兩部分， 主電源和備用電源能進行自主切換并實現(xiàn)恒流輸出，電源具備短路保護和欠壓保護功能。系統(tǒng)以 MSP430F14單片機為主控 制器結(jié)合變壓器、整流濾波、DC-DC變換、A/D模塊ADS1251電壓信號采集、D/A 模塊DAC8522俞出數(shù)字信號實現(xiàn)LED亮度自動調(diào)節(jié)。12864液晶實時顯示數(shù)據(jù)，本 系統(tǒng)較好的完成了設(shè)計任務的基本要求和發(fā)揮部分的要求， 在部分電路的設(shè)計中優(yōu) 于設(shè)計指標。關(guān)鍵字：MSP430F14單片機、12864 液晶屏、DAC8522 AD

3、S1251U DC-DC變換、方案設(shè)計與論證1、主控電路 根據(jù)要求，我們擬定了以下兩種方案并進行了綜合的比較論證，具體如下： 方案一 ：采用 89C52 單片機操作簡單，價格低廉，運用技術(shù)成熟，應用范圍 廣泛， 可以實現(xiàn)要求的一些基本功能。 但考慮該單片機功耗相對較大， 運算速度較 慢，所以我們不采用這種方案。方案二：控制器模塊采用MSP430F14單片機作為控制芯片，MSP430F14芯片 具有功耗低、運算速度快、精度高、 I/O 口豐富等特點，適合多個外部中斷處理， 片內(nèi)集成12位ADC采樣速率高。方案選擇：綜合以上考慮，我們選擇方案二。 MSP430F149單片機最小系統(tǒng)圖 （見附錄）。

4、2、顯示電路方案一： 用數(shù)碼管進行顯示。數(shù)碼管顯示速度快，操作簡單，顯示效果簡潔明 了。但是不能顯示字母和漢字，顯示內(nèi)容較少，人機關(guān)系較差。而且需要單片機實 時掃描，占用單片機CPU內(nèi)存多。方案二： 1602 字符液晶，只能顯示兩行字母和數(shù)字，使用不便。 方案三： 12864 圖形液晶，內(nèi)帶中文字庫，可直接顯示中文，多種顯示模式， 使用方便。方案選擇： 綜合以上考慮，我們選擇方案三。采用 12864液晶，操作簡單，可 直接用MSP430F14單片機10 口控制。12864液晶使用ST7920控制器，5V電壓驅(qū)動，帶背光，內(nèi)置8192個16*16點 陣、128個字符（8*16點陣）及64*256

5、點陣顯示RAM與外部CPU接口采用并行 或串行兩種控制方式。二、 電路與程序設(shè)計1、電路總體框圖（見附錄）。2、單元電路的設(shè)計2.1 降壓電路降壓電路（該原理圖見附錄）采用降壓芯片 LMK2596SS行降壓，該電路為變 壓器次級輸出的20V交流電經(jīng)過整流、濾波后通過 DC-DC電路降壓到8V，最大 電流為 1A。2.2 升壓電路：升壓電路（該原理圖見附錄）采用升壓芯片 XL6009進行升壓，當主電源斷電 后，備用電源（3V-4.2V）經(jīng)過升壓電路升壓后，輸出電壓為 8V，輸出電流最大 1A。2.3 LED 驅(qū)動電路設(shè)計該電路（原理圖見附錄）采用大功率CMO管IRF840進行設(shè)計，將RP1調(diào)整到

6、 適當?shù)奈恢?，通過調(diào)整電位器 RP2能使IRF840漏極電流在300Ma500m內(nèi)恒流輸 出。2.4 備用電源欠壓保護電路設(shè)計該電路利用單片機對備用電源電壓進行采樣，當采樣值低于 3V時單片機動作 控制繼電器斷開，使備用電源與升壓電路斷開，用以保護蓄電池。2.5 短路保護電路在220v輸出電路中加有自恢復保險絲來保護電路，當后級電路中發(fā)生短路情 況后，保險絲會自動切斷電路， 當電路正常后，保險絲會自動恢復暢通， 正常工作。2.6 自動調(diào)光電路設(shè)計自動調(diào)光電路采用光敏電阻作為感光元件， 利用光敏電阻的采取的感光強弱來 轉(zhuǎn)換成高低電平信號，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADS1251U將電壓信號采回到單片機，

7、當 光照強度較高時，單片機控制設(shè)置的負載電流為 500mA讓LED亮度可隨環(huán)境光線 增強而自動降低 。2.7 開機沖擊電流開機沖擊電流采用熱敏電阻串聯(lián)在電源輸入端， 溫度較低時電阻很大， 隨著電 阻發(fā)熱溫度升高，電阻逐漸變小，達到抑制開關(guān)沖擊電流過大的目的。2.8 EMI抑制電路設(shè)計本電路是利用電感和電容的特性，使頻率為 50Hz左右的交流電可以順利通過 濾波器，但高于50Hz以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除，這就使開關(guān)電源產(chǎn)生的 高頻諧波被濾掉而不會污染電網(wǎng)。三、分析與計算及改進1、整流濾波后電壓的大小用20V的交流變壓器將220V市電變壓并整流后直流電壓為 U,經(jīng)濾波后的電壓 為U1,貝U1

8、 = U *1.2 = 24V考慮在全波整理信號濾波之前加入校正電路， 可以有效的改善整流濾波后交流電 的紋波，可以提高濾波后的電壓值，進而改善電路的功率因數(shù)。2、提高效率的方法在設(shè)計電路中選擇合適的開關(guān)器、變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率 器件，以及供電輸入端和負載端，盡可能使用最少的元器件，降低開關(guān)頻率；控制電路盡可能使用數(shù)字方法實現(xiàn)等都可以有效地提高系統(tǒng)的效率。四、測試方案與測試結(jié)果1、測試儀器及設(shè)備（1）工頻變壓器（2）RigolDM3052臺式數(shù)字萬用表（3）RigolDP1116A可編程線性直流電源（4）DT9205A數(shù)字萬用表（5）RigolDS1302CA高性能數(shù)字示波器

9、2、測試結(jié)果分析在輸入電壓220v、50HZ電壓變化范圍+15%20%條件下，變壓器次級輸出的 20V交流電經(jīng)過整流橋、濾波后通過 DC-DC電路降壓到8V，最大電流為1A。測 試結(jié)果分析如下表：測試次數(shù)輸入電壓（v）輸出電壓（V）輸出電流（A）11767.980.9821867.980.9831967.990.9942067.990.9952168.01.062268.01.072368.01.082468.011.0192538.011.01當主電源斷電后，備用電源（3V-4.2V）經(jīng)過升壓電路升壓后，輸出電壓為 8V， 輸出電流最大1A。從下表兩次測試結(jié)果可以得出：當電池電壓低于3V時升

10、壓電路關(guān) 斷，輸出為0V,靜態(tài)電流在20uA到50uA之間。A、當升壓電路輸入電壓在3V4.2V內(nèi)測試數(shù)據(jù)下：測試次數(shù)輸入電壓（V）輸出電壓（V）輸出電流（A）13.07.980.9823.17.980.9833.27.980.9843.37.990.9953.47.990.9963.57.990.9973.68.01.083.78.01.093.88.01.0103.98.01.0114.08.01.0124.18.01.0134.28.01.01B、當輸入電壓小于3V時，測試結(jié)果如下測試次數(shù)輸入電壓（v）輸出電壓（V）靜態(tài)電流（ua）12.00.0022.10.0032.20.0042.3

11、0.0152.40.0262.50.0272.60.0382.70.01592.80.015102.90.016五、結(jié)論本系統(tǒng)利用MSP430F14單片機控制，結(jié)合數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換、液晶顯示等外圍 電路，經(jīng)過我們四天三夜的設(shè)計與制作， 完成了題目的基本要求與發(fā)揮要求， 并在 此基礎(chǔ)上加入了我們自己的想法。 在制作過程中我們遇到了一些困難，曾一度陷入 困境，但通過團隊的共同努力，從各個方面仔細分析，多角度思考，終于解決了所 有問題，圓滿的完成了作品，提高了我們分析及解決問題的能力， 同時也深刻的體 會到了共同協(xié)作和團隊精神的重要性，使我們獲益匪淺。六、參考文獻【1】秦增煌電工學模電部分（第七版）北

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