摘要本設計為直流穩壓電源及漏電保護裝置，系統主要由msp430-149微控制器、公升壓電路、直流穩壓電路、lcd顯示電路及漏電保護裝置四部分組成。電路系統設計中以硬體電路為主體，實現了整機系統設計，達到設計任務書要求。在電路中以電感公升壓後提供給穩壓電路，使輸出電壓穩定為5v、電流恆定為1a；通過取樣電阻對輸出電壓、電流取樣後送入微控制器進行a/d轉換與計算，將輸出功率在1062液晶進行實時顯示輸出功率；通過取樣電阻的來比較電壓，使關斷元件繼電器動作，從而達到漏電保護的目的。
本直流穩壓電源及漏電保護裝置具有電路結構簡單、穩定度好、指標精度高等優點。
關鍵詞：公升壓；穩壓；msp430微控制器；繼電器
目錄1系統方案 1
1.1直流穩壓電源方案論證與選擇 1
1.2公升壓電路方案論證與選擇 2
1.3電流取樣及放大電路方案論證與選擇 4
1.4顯示模組方案論證與選擇 5
1.5漏電保護裝置實現方案論證與選擇 5
1.6 微控制器系統方案論證與選擇 6
2系統理論分析與計算 6
2.1直流穩壓電源電路分析及設計 6
2.2 漏電保護裝置電路分析及設計 8
2.3電路與程式設計 9
3程式的設計 12
3.1程式功能描述與設計思路 12
3.2程式流程圖 13
4測試方案與測試結果 13
4.1測試方案 13
4.2 測試條件與儀器 13
4.3 測試方法及結論 14
總結 15
附錄：總電路原理圖 16
設計並製作一台線性直流穩壓電源和乙個漏電保護裝置，電路連線如圖所示。圖中rl為負載電阻、r為漏電電流調整電阻、a為漏電流顯示電流錶、s為轉換開關、k為漏電保護電路復位按鈕
圖1 直流穩壓電源及漏電保護裝置
根據設計任務的要求，按圖1所示系統結構，直流穩壓電源及漏電保護裝置主要由直流穩壓電源、漏電保護裝置、微控制器系統控制及顯示電路等幾部分組成，為突出設計思路，這裡分模組、分單元進行方案設計論述。
直流穩壓電路在電子系統中是最常用的基本模組，實現直流穩壓電路的方案較多，例如分離式串聯型線性直流電路、三端線性整合穩壓、開關直流穩壓電源、dc-dc穩壓模組等均可實現直流穩壓，結合設計任務技術指標及設計要求，可實現本任務的技術方案主要有三端固定整合穩壓、三端線性可調穩壓與dc-dc開關整合穩壓。
lm7805三端穩壓整合屬於典型的串聯型線性直流穩壓器，電路內部結構主要由調整、取樣、比較放大、基準、過流過熱保護等幾部分組成，輸出電壓範圍是4.8v~5.2v,穩定電壓為5v，輸出電壓範圍5ma~1a。
具有穩壓效能好、雜訊低、紋波抑制比高等優點。採用lm7805三端穩壓整合組成穩壓電源電路具有電路結構簡單，應用中所需元器件極少，可靠性較高。
但是當輸入25v時，7805上的損耗功率達20w，同時，負載調整率和電壓調整率達不到題目所需的要求。因此放棄該方案。
lm317是可調三端正輸出電壓線性穩壓器，電路工作原理、內部結構與lm7805相似。lm317輸出電壓範圍從1.2v到37v連續可調，輸出電流超過1.
5a，lm317它不僅具有固定式三端穩壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓調節範圍寬、穩壓效能好、雜訊低、紋波抑制比高等優點。
lm317與7805有類似的缺點，也放棄該方案。
lm2576是典型的串聯型開關穩壓電路，是降壓開關型整合穩壓電路，具有最大電流可以達到3a，最大輸入電壓可以達到45v，較高的輸出效率，輸出電壓連續可調，但是輸出紋波大，由於輸入輸出壓差較大，在輸入5.5v時，輸出不能達到5.0v，不能滿足設計任務要求。
所以放棄此方案。
結合串聯開關穩壓電源優點，利用lm2576 開關穩壓整合外接mos功率管構成開關穩壓+串聯穩壓電路。將lm2576穩壓電路輸出電壓提供給mos管的穩壓電路，不僅提高了系統效率，限制mos管上的功耗，達到我們所需要的要求。在電路設計中，由於雙極性電晶體雙極性電晶體發射結提供超出允許範圍的反向偏置，並不對流經電晶體的電流進行限制，所以選用增強行mos管。
通過對lm7805三端穩壓積體電路、lm317三端可調穩壓積體電路、串聯型開關穩壓電路、開關穩壓+串聯穩壓比較，在本系統選用方案四開關穩壓+串聯穩壓來實現直流穩壓電源設計。
由於irfp250、irfp450等功率mos管要處於導通狀態，要求柵-源極之間的壓差大於8v，在開關穩壓+串聯穩壓電路中lm2576輸出電壓為5v，不能給mos管提供較高的觸發電壓，所以需要公升壓電路對直流穩壓電源輸出電壓進行公升壓提供給功率mos管進行公升壓。
555定時器屬於模-數混合積體電路，應用較為廣泛，在典型應用中，可實現輸出電壓公升壓的目的，由555定時器構成的公升壓電路如圖2所示。
電路的工作過程為u1產生方波脈衝從3腳輸出，使三極體q1處於開關狀態。當u1的3腳輸出為低電平時，三極體q處於截止狀態，三極體關斷，輸出電流從電源流經電感l1、二極體d1、負載形成輸出電壓，同時對電感充磁產生自感電動勢，並對電容進行充電，此時輸出電壓為l1上電壓與電容c3的電壓疊加，達到公升壓的目的。
圖2 555構成公升壓電路圖
在電路原理分析中，沒有考慮電容、電感的放電，在大負載、小電容、電感的情況下不能實現公升壓，在本設計中通過實驗驗證不滿足所需要球的輸出電壓，本方案捨棄。
max232是典型的單電平轉換器件，由max232電平轉換晶元構成公升壓電路如圖3所示。max232內部本身有乙個公升壓電路，能夠實現輸出公升壓的目的。採用max232作為公升壓模組具有搭接簡單，除錯簡單，易於實現。
圖3 max232構成公升壓電路圖
但是通過反覆的實驗，max232的2腳最大電壓公升至9v，電壓不能滿足設計任務要求。本方案捨棄。
由電感構成的公升壓電路如4所示，電路簡單，易於實現公升壓，電壓穩定，滿足所需要的電壓。
圖4 max232構成公升壓電路圖
方案一具有特點直流供電，電路簡單，但通過實驗測試電路不穩定，滿足不了所需要的電壓,不能滿足設計需求；方案二具有電路可靠簡單,不需要搭接外部電路，低成本，通過實驗測試電路二腳最高的輸出電壓為9v不能滿足設計需求；方案三直流供電，電路簡單，穩定可靠。通過實驗驗證與測試，結合設計任務需求選擇方案三。
功率取樣及介面電路是對直流穩壓電源輸出的電壓、電流進行取樣，為提高電源效率，減小取樣損耗，取樣訊號幅度較低，通過放大器放大調理後，輸出給微控制器進行a/d採集與運算處理，在顯示部件中進行實時功率顯示。
電路是由兩個運算放大器組成兩個電壓跟隨器，然後通過減法器提取差值，進行取樣放大，電路簡單，使用範圍廣，但是誤差較大。
此電路是利用差分放大，首先對取樣電阻電壓進行取樣， lm324運算放大器通過驗證它的精度滿足不到所需要的要求，ad260通過驗證它的精度能滿足所需要的要求，所以綜上所述選擇方案二。
硬體電路簡單（數碼管越多，這個優勢越明顯），由於每個時刻只有乙個數碼管被點亮，所以所有數碼管消耗的電流較小。動態掃瞄數碼管亮度不如靜態顯示時的亮度高，例如有8個數碼管，以1秒為單位，每個數碼管點亮的時間只有1/8秒，所以亮度較低；如果重新整理率較低，會出現閃爍現象。
帶中文字庫的lcd12864是一種具有4 位/8 位並行、2 線或3 線序列多種介面方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字型檔的位圖形液晶顯示模組；其顯示解析度為128×64, 內建8192 個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ascii 字符集.利用該模組靈活的介面方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機互動圖形介面。可以顯示8×4 行16×16 點陣的漢字，也可完成圖形顯示。
採用lcd12864優點具有硬體電路簡單、功耗較低、顯示較為豐富。
1602液晶也叫符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模組。它由若干個5x7或者5x11等點陣字元位組成，每個點陣字元位都可以顯示乙個字元，每位之間有乙個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字元間距和行間距的作用。
顯示模組主要是顯示穩壓直流電源的是輸出功率，所需顯示的資訊量相對較少，為降低電路成本，提高價效比顯示模組選用方案三。
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