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摘要随着电子产品的普及，直流稳压电源及漏电保护装置是各种电子、电气设备工作的动力，是自动化部件不可缺少的组成部分，它广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础。在电源的众多类型中，直流稳压电源应用最为广泛，它与国民经济各个部门息息相关，特别是在实验室、IT业、采矿、小型电器等领域中应用更为广泛。本设计由四个模块组成：直流稳压电源，漏电保护，单片机，显示模块。直流稳压采用了LM2676稳压的设计电路，显示部分采用了1602液晶屏模块，漏电保护装置采用了电桥和LM358电压比较放大器相组合电路，单片机采用R5F100LEA芯片。关键词：稳压电源、漏电保护、R5F100LEA、LM2676、LM358目录1一、任务要求………………………………………………………………2二、方案论证与设计……………………………………………………22.1稳压电源方案论证………………..............................2.2数字显示部分方案论证………………......................2.3漏电检测分析……..……………….............................三、系统原理框图……..……………….............................四、硬件设计……..……………….............................4.1稳压电源模块……..……………….............................4.2数字显示模块……..……………….............................4.3漏电检测模块……..……………….............................五、数据测量分析……..……………….............................六、总结与体会……..……………….............................参考文献……..……………….............................2一、任务要求1.设计并制作一台线性直流稳压电源和一个漏电保护装置；额定输出电为5V额定输出电流为1A的直流稳压电源；设计一个动作电流为30mA的漏电保护装置（使用基本要求部分制作的直流稳压电源供电，不得使用其他电源）。（1）转换开关S接1端，RL阻值固定为5Ω。当直流输入电压在7~25V变化时，要求输出电压为5±0.05V，电压调整率SU≤1%。（2）连接方式不变，RL阻值固定为5Ω。当直流输入电压在5.5~7V变化时，要求输出电压为5±0.05V。（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SL≤1%。（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。（5）转换开关S接2端，将RL接到漏电保护装置的输出端，阻值固定为20Ω，R和电流表A组成模拟漏电支路（见图1）。调节R，将漏电动作电流设定为30mA。当漏电保护装置动作后，RL两端电压为0V并保持自锁。排除漏电故障后，按下K恢复输出。要求漏电保护装置没有动作时，输出电压≥4.6V。（6）要求漏电保护装置动作电流误差的绝对值≤5%，尽量减小漏电保护装置的接入功耗。二、方案论证与设计2.1稳压电源方案论证方案一：7805集成稳压器是一个输出+5V直流电压的稳压电源电路。7805集成稳压电路简单易懂体积小，就是电流只有500mA，输入电压最高只有36V，而且是线性稳压器，压差大，电流大的时候效率极低，发热量大，当输出电流较大时，7805应配上散热板。因7805集成块消耗功率太大，温度升高，集成块易烧坏，使用此集成块时必须配备散热板给电路带来不便，而且影响电路的美观等，所以不采纳此方案。方案二：功率场效应管作调整管的稳压电源用一只V-MOS功率场效应管作调整管的稳压电源。直流输出电压可在1.25V–2V连续可调，输出电流为50mA（须装10平方厘米散热器）时，电压波动不超过0.3％，要求稳压电路输出电流较大，场效应管必须装散热器给所设计的电路带来很多不便，此管输出电压不连续，所以不采纳此方案。3方案三：LM2676是一种开关型集成稳压器，可提供一个驱动能力达3A，可逐级下降的开关稳压器的所有功能，具有良好的线性和负载调节特性：使用一只低导通电阻的DMOS电源开关获得高输出效率；输入电压最高为40V，管耗低；固定输出3．3V，5V和12V电压，可调节输出电压是1.37V-37V，或调节输出；LM2676集成电路使用的分立元件少，电路设计即方便又简单，满足题目给出的要求，所以选用此方案。2.2数字显示部分方案论证方案一：LED数码管（LEDSegmentDisplays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同，LED数码管布线太多设计复杂，成本高，对输入电流电压的要求精度很高，给设计者带来了很多不便，所以不采纳此方案。方案二：1602液晶屏技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。1602液晶屏是依赖极化滤光器(片)和光线本身。1602液晶屏正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当1602液晶屏中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。液晶显示器因为它的体积小，显示内容丰富，超薄轻巧，位数多，可以显示32位，32个数码管体积相当庞大。显示内容丰富，可显示所有数字和大、小写字母。程序简单，如果用数码管动态显示，会占用很多时间来刷新显示，而1602自动完成此功能。1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了不同的点阵字符图形，这些字符有，阿拉伯数字、英文字4母的大小写、常用的符号等，每一个字符都有一个固定的代码，其中数字与字母同ASCII码兼容；所以采纳此方案。2.3漏电检测分析直流电源的正极端和负极端分别串联一个检测电流的电阻。当正极端串入电阻的流出电流和负极端串入电阻的流出电流相等，说明负载没有漏电；当正极端串入电阻的流出电流大于负极端串入电阻的流入电流，说明负载有漏电，并且当电流差值大于30mA时，漏电保护装置动作，自动切断负载。三、系统显示原理框图5四.硬件设计4.1稳压电源模块电源采用自制直流稳压电源，ＡＤ／ＤＣ转换器单片机Ｒ５Ｆ１００ＬＥＡ取样电路稳压电源１２０６液晶显示屏ＬＭ３５８功率比较器6图*LM2676引脚图下图是LM2676,组成的8V到40V输入,5V,3A输出的直流稳压电源电路直图**流稳压电路图4.2数字显示模块数字显示采用LCD1602液晶显示，LCD1602已很普遍了，市面上字符液晶绝大多数是基于R5F100LEA控制液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此R5F100LEA写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，定义如下表和图所示：图***7S16*6C3B2E13DG6C3B2E13DK412KR40.8R8100KR6100KR30.8R11W100R9100KR2100KR7AAKKD1IN4007+5V5kRp14CLK3D21Q5Q6CLRPRU4A74LS7420RL1+5V170R5漏电电阻123U3A74LS0012U2A74LS04+5V+5V0.8孔3cm孔距接线端子接线端子电源-接线端子1122334455667788K1Relay-DPDTkey_inkey_outkey_outkey_in12P1Header2+5V48231U1ALM358VCC0RR120RR1022110RR11GND321321KA7123845612121212211212121221132123456781413121110987654321141312111098765432121141312111098765432112234112124.3漏电检测模块根据设计要求，我们设计了漏电保护装置电路图，电路组成有直流电桥检测电路，电压比较器，D触发器，直流5V直流继电器及其驱动回路，复位几个部分。如下图所示：图漏电检测电路原理图图漏电检测电路PCB图一、直流电桥检测电路正常时，负载为20Ω电阻，输入电压≥4.6V，因此输出电流≥230mA。由此可知，正极8端和负极端串入电阻之后最大值为1.6Ω，取上、下检测电流的电阻阻值为0.5Ω，设计有余量。电桥另两个桥臂为基准桥臂，由两个100KΩ电阻，5KΩ电位器的串联支路组成；取样桥臂有两个100KΩ电阻组成，电路如图1所示。这两个桥臂输出电压分别接LM358的同相输入端和反相输入端，进行电压比较。未漏电时，调节5KΩ电位器使U--U+＞3mV。当有30mA漏电情况发生时，U+电压几乎不变，而U-电压下降7.5mV，此时U+-U-3.5mV，电压比较器输出电压送到下一级。二、D触发器将D触发器CP和D端接高电位，使脉冲和数据端无效。因为74LS74D触发器置位端RP和清零端CLR低电平有效，所以D触发器的置位端接电压比较器经非门的输出信号。CLR端接复位电路的输入端。D触发器的输出端为Q端，输出信号送到直流继电器的驱动级，控制继电器线圈得电与失电，从而控制是否切断负载。三、复位电路复位端采用一个与非门的输入信号控制D触发器的清零端。与非门输入信号一端来自电压比较器经非门的输出信号。另一端来自电位器，按钮和100Ω（1/2W）电阻组成的支路。当按钮按下前，复位电路给与非门输入低电平，复位端不起作用。当按钮按下后，复位端给与非门输入高电平，复位端起作用。漏电后，电压比较器输出低电平，继电器动作，切断负载，并且自锁。只有当按下复位按钮后，将D触发器清零，使继电器线圈失电，接通负载。当漏电故障没有排除，按下复位按钮，则使继电器失电后，又迅速得电，再次切断负载。只有当漏电故障排除后，才能按下复位键，使负载得到电压。四、5V直流继电器驱动电路驱动电路由小功率三极管3DG6和开关型三极管3DK4组成。当漏电时，3DG6截止，3DK4导通，继电器线圈得电，自动切断负载。当没有漏电时，3DG6饱和导通，3DK4截止，继电器线圈不能得电，而不能切断负载，负载保持供电。五、数据测量分析（1）电压调整率输入电压（V）789121825负载输出电压（V）5.015.015.025.025.035.04由图表得Uo1=5.01v，Uo2=5.04v，由公式100%UU-USO1O1O2U得Su=0.39%。经计算验证符合电路设计要求。（2）电源调整率9输入电压（V）5.55.666.56.67输出电压(V)4.904.915.015.015.015.012由图表Uo1=4.90v，Uo2=5.012v，由公式100%UU-USO1O1O2U得