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1、德州职业技术学院高职专业毕业论文 题目：直流稳压电源与漏电保护装置系 部： 电子与新能源工程系 专 业： 太阳能应用电子 姓 名： 学 号： 201202060203 指导教师： 二O一三年十一月十五日摘要直流稳压电源由于具有体积小、效率高、重量轻的特点，近年来飞速发展。直流稳压电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使直流稳压电源进入更广泛的应用领域，别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。同样，漏电保护器对家庭用电有很好的保护作用，避免因电路中的电流过大而使电路中的负载损坏。为用电提供了安全的保障。本直流稳压电源及漏电保护，由LM388K组成的稳压电路与继
2、电器组成的漏电保护装置共同组成，在漏电保护装置中利用单片机AT89C52与ADC0809检测电路中的漏电电流，从而控制继电器动作，同时控制液晶LCD1602显示电路的输出功率。关键字: LM388k 单片机AT89C52 ADC0809 继电器 液晶LCD1602 Abstract:Dc regulated power supply with the characteristics of small volume, high efficiency, light weight, rapid development in recent years. Dc voltageHigh frequency
3、 power supply is its development direction, high frequency, the miniaturization of switch power supply, dc regulated power supply and to enter into a wider range of applications, especially in the field of high and new technology application, promoted the high-tech products of miniaturization, light
4、 change.Also, the leakage protector for households have very good protection effect, avoid the damage of the load current in the circuit and make the circuit. To provide security guarantee.The dc regulated power supply and electric leakage protection, composed of LM388K regulating circuit and the re
5、lay composed of leakage protection device, in the electric leakage protection device with AT89C52 microcontroller ADC0809 detecting leakage current in the circuit, so as to control relay action, to control the output power of LCD LCD1602 display circuit.Key words: LM388K, single chip microcomputer A
6、T89C52, ADC0809, relay, LCD1602目录第一章 系统方案51.1系统要求51.1.1 任务51.1.2 基本要求51.2总体方案设计61.2.1 直流稳压电源方案设计61.2.2 漏电保护器方案设计71.2.3 显示模块方案设计7第二章 主要元器件及其资料82.1 电源电路的主要元器件资料82.2 控制部分的芯片（AT89C52）资料82.3 检测部分的芯片（ADC0809）资料92.3 显示模块芯片资料112.4 漏电关断模块（继电器）资料12第三章 理论分析与计算143.1 稳压电源分析计算143.2 显示模块分析153.3 漏电检测分析计算153.4 关断保护分
7、析计算15第四章 硬件电路设计174.1电路图设计174.2 工作流程图18第五章 利用软件检测应用19第六章 测试方案与测试结果206.1调试方案与仪器206.2 测试数据206.3 测试结果分析20总结21致谢22参考文献23附件124附件226第一章 系统方案1.1系统要求1.1.1 任务设计并制作一台线性直流稳压电源和一个漏电保护装置，电路连接如图 1 示。图中 RL为负载电阻、R 为漏电电流调整电阻、A 为漏电流显示电流表、S为转换开关、K 为漏电保护电路复位按钮。 图1.1.1 电路连接图1.1.2 基本要求设计一台额定输出电压为 5V，额定输出电流为 1A 的直流稳压电源。 （1
8、）转换开关 S 接 1 端，RL阻值固定为 5。当直流输入电压在 725 V 变化时，要求输出电压为 50.05V，电压调整率 SU1%。 （2）连接方式不变，RL阻值固定为 5。当直流输入电压在 5.57V 变化时，要求输出电压为 50.05V。 （3）连接方式不变，直流输入电压固定在 7V，当直流稳压电源输出电流由1A 减小到 0.01A 时，要求负载调整率 SL1%。（4）制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。 1.2总体方案设计1.2.1 直流稳压电源方案设计方案一：利用三端稳压器78系列里的7805对电路进行稳压，最大输出电流为1.5A,表1.2.1三端稳压器780
9、5的参数图由上表可知，输出电压典型值为5V，输出电压为4.75V5.25V,不能将输出电压的误差范围控制在0.05V之间。方案二：利用串联型大电流可调集成稳压器LM338k，它的最大输出电流为5A，可调范在1.25V25V。LM338k的控制端ADJ与可变电阻连接，当可变电阻变化到一定的值时，LM338k会使输出电压会保持在5V左右，不再因为输入电压的改变而变化，它组成电路简单而且稳定 综上所述，选用方案二。1.2.2 漏电保护器方案设计方案一：在干簧管上缠绕线圈与晶闸管、继电器共同来实现漏电保护。干簧管上缠绕的线圈有不同的电流通过时，线圈会产生磁场同时使干簧管内的弹片接触其常开触点闭合，接通
10、晶闸管，使继电器常开触点闭合，常闭触点断开。同时断开输出电路，从而实现漏电保护功能。但是干簧管上缠绕的线圈很难确定其产生磁场的大小。方案二：使用ADC0809判断电路中的漏电电流，是否超过设定的漏电电流值，从而使单片机启动继电器工作，断开输出电路，实现保护电路作用。此方案可得到确定的数值。可对漏电电流改变。综上所述，选用方案二。1.2.3 显示模块方案设计方案一：使用液晶显示屏显示。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。方案二：使用数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐
11、老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称量快，精确可靠，操作简单。但是数码管在显示大量的内容及字符时就显得有点吃力，不能满足大量内容的需求。综上所述，采用方案一。第二章 主要元器件及其资料2.1 电源电路的主要元器件资料LM338可调三端稳压器提供5A的平均输出电流，输出电压范围为1.2V至32V连续可调。LM338内置过载保护电路，自动限制功耗。此保护电路允许瞬态负载强电流通，12A以内的瞬态电流不会实施保护，以利于某些设备的顺利启动。 图2.1 LM338k的外观及引脚图2.2 控制部分的芯片（AT89C52）资料STC89C52是STC公司生
12、产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89
13、C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。图2.2（a） STC89C52单片机的引脚图图2.2（b）STC89C5单片机的实物图2.3 检测部分的芯片（ADC0809）资料ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁
14、器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809的主要参数：（1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。（2）具有转换起停控制端。（3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时）（4）单个+5V电源供电（5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。（6）工作温度范围为-40+85摄氏度（7）低功耗，约15mW图2.3（a） ADC0809的内部结构图图2.3（b）ADC0809的实物图2.3 显示模块芯片资料1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点
15、阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块。1602引脚资料： 第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：R
16、W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。1602的主要参数：3.3V或5V工作电压，对比度可调内含复位电路提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有80字节显示数据存储器DDRAM内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM图2.3（a） lcd1602液晶引脚图图2.3（b） LCD1602实体图
17、2.4 漏电关断模块（继电器）资料继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等
18、）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离。图2.4（b）继电器模块的实物图第三章 理论分析与计算3.1 稳压电源分析计算LM338是串联型大电流可调集成稳压器，最大输出为5A，可调范围在1.2525V。而使直流稳压电源输入为5.5V25V，因此选用此芯片实现稳压5V。图3.1 5V稳压电路（1）当转换开关 S 接 1 端，RL阻值固定为 5。当直流输入电压在 725 V 变化时，要求输出电压为 50.05V，电压调整率 SU1%。式中 Uo1是直流输入电压为 7 V 时的输出电压， Uo2是
19、直流输入电压为 25 V 时的源出电压。所以： U02-U010.01U01，U021.01U01（2）当连接方式不变，直流输入电压固定在 7V，当直流稳压电源输出电流由1A 减小到 0.01A 时，要求负载调整率 SL1%。式中 Uo1是负载电阻为 500 时的输出电压， Uo2是负载电阻为 5 时的直流稳压电源输出电压。所以： U02-U010.05U01，U021.05U013.2 显示模块分析电路中的漏电电流经过ADC0809检测，判断电路中的电流是否达到电路设计的漏电电流，ADC0809检测后将检测信号传送给AT89C52单片机，使其控制保护电路，同时将电路中每段时间的电压和电流显示
20、出来，是人们通过LCD1602液晶观察清楚，随时随地的了解电路中的电压。3.3 漏电检测分析计算使用ADC0809检测并判断线圈中导线电流的变化，是否达到30mA，当电流达到30mA时，ADC0809将信号传至单片机使单片机工作，由单片机产生脉冲信号输出，通过继电器模块的线圈的断开来控制继电器的通与断，在使后面负载电路与电源电路断开；当电流小于30mA时，单片机与ADC0809正常工作，继电器模块吸合，始终保持电路接通。3.4 关断保护分析计算本直流稳压电源及漏电保护器是利用ADC0809检测电路中漏电电流，判断其是否达到直流稳压电源及漏电保护器设定的漏电电流值。如果达到设定的漏电电流，ADC
21、0809将信号输入单片机AT89C52，输出信号，使漏电关断部分动作，继电器吸合，继电器常闭触点断开，输出电路收到保护，图为3.4关断保护电路图3.4 关断保护电路第四章 硬件电路设计4.1电路图设计 图4.1直流稳压电源及漏电保护部分电路图4.2 工作流程图输入5.5V25V电压5V输出检测电流30mA漏电保护负载输出结束开始否是图4.2直流稳压电源及漏电保护器工作流程图 第五章 利用软件检测应用利用3keil软件编写程序产生hex文件，再通4过STC_ISP软件把编写好的程序下载到所用的STC89C51/STC89C52单片机中，对所写程序进行检测。查看作品的实际动作。第六章 测试方案与测
22、试结果6.1调试方案与仪器向串联型稳压电源输入5.525V之间的电压，利用电压表检测输出的电压，是否达到预定的要求5V,如果未达到，可利用螺丝刀对R1的阻值进行调整，直到使输出达到5V。调节仪器螺丝刀（用于调节可变电阻的阻值）表6.1 调试仪器仪器名称型号技术指标用途数字万用表MY632KHz2.0%，20KHz1.5%检测稳压电路的输出电压和漏电电流示波器JC1022T25Hz 500M/s用于检查电路中电流的输出波形6.2 测试数据表6.2 直流稳压电源的输出数据输入电压（V）7.0010.0013.0016.0019.0022.00输出电压（V）4.994.995.005.005.015
23、.036.3 测试结果分析 当直流稳压电源输入在5.525V之间变化时，直流稳压电源输出保持在50.05V，同时当电路中的电流30mA时，由ADC0809检测，传输单片机控制继电器动作，断开输出电路，保护电路。总结通过本次直流型稳压电源及漏电保护的制作，学会了使用单片机和ADC0809的运用，了解了电路的构成，以及各器件的作用和在电路中的运用。特别了解到了串联型大电流可调集成稳压器LM338k芯片的使用方法，了解了LM338k在电路中如何运用。同时了解了漏电保护器内部构造，知道它是如何实现漏电保护的，漏电保护原理。通过本次的学习，了解了很多的东西，对以后，不管是电子电路还是程序设计，都有重要的
24、帮助。致谢 大学的学习生活即将结束。在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够顺利完成，感谢各位老师的关心和帮助。最后向所有关心和帮助过我的人表示真心的感谢。参考文献1王静霞，杨宏丽.单片机应用技术（C语言版）.北京：电子工业出版社，2009.2郭天祥.单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2009.3尹常永.电子技术.北京：高等教育出版社，2008.4韩广兴.电子实用电路识图学用速训.电子工业出版社，2011.5姚丙申.数字电子技术与实训.济南：山东科学技术出版社，2010.6王松武.常用电路模块分析与指导.北京:清华大学出版社，2
25、007.附件1图附1 5V稳压电源的实物图图附2 单片机最小系统实物图图附件3 总体实物图附件2#include#include/调用_nop_()；延时函数用#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable=0123456789;/定义显示的数组ucharcodetable1=WWW.TXMCU.COM;sbitlcden=P10;/定义管脚sbitlcdrs=P17;sbitlcdrw=P16;sbita=P13;sbitb=P14;sbitc=P15;sbitst=P33;sbiteoc=P11;sbitoe=P12
26、;sbitCLOCK=P34;ucharnum,flag;voiddelay(uintz)/延时函数uintx,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);voidwrite_com(ucharcom)/1602读指令lcdrw=0;lcdrs=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;voidwrite_data(uchardate)/1602读数据lcdrw=0;lcdrs=1;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;voidlcd_init()/1602初始化函数lcden=0;
27、write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);voidmain()/主函数uchardate=0;floattemp=0.0;ucharq,b,s,g;uchari;a=1;/选着ADC0809的第7通道b=1;c=1;TMOD=0x12;/选择定时器工作方式2TH0=254;TL0=254;/定时2us，为ADC0809提供500Khz的工作频率TR0=1;ET0=1;EA=1;lcd_init();oe=0;while(1) st=0;/ADC0809初始化st=1;_nop_();/延时1s_nop_();
28、st=0;_nop_();_nop_();_nop_();for(i=0;i20;i+);while(eoc=0);/等待转换完成oe=1;date=P2;/P2选择为ADC的数据口oe=0;temp=(float)date*5.0/256;/数据处理temp=temp/100.0;temp=temp*100000.0;q=(int)temp/1000;b=(int)temp%1000/100;s=(int)temp%1000%100/10;g=(int)temp%10;write_com(0x80);/1602显示处理好的数据write_data(tableq);delay(20);write_data(table13);delay(20);write_data(tableb);delay(20);write_data(tables);delay(20);write_data(tableg);delay(20);write_com(0x80+0x40);for(num=0;num13;num+)write_data(table1num);delay(20);28 / 28