全国电子设计大赛训练项目
设计报告
题目数控通用直流电源
姓名
学院物理与电子信息学院
专业电子信息科学类
2013年7月20日星期六
题目一数控通用直流电源
目录
设计要求 (3)
摘要 (3)
一、方案论证与比较 (4)
1．1 稳压电源部分方案比较 (4)
1. 2稳压电源方案选择 (5)
1. 3 控制方案比较 (6)
1. 4控制方案选择 (6)
二、系统的具体设计及实现 (7)
2．1系统总框图 (7)
2．2硬件设计 (7)
2．2．1开关稳压电源模块 (7)
2．2．2单片机控制模块 (8)
2．2．3正、负输出可调稳压电源模块 (9)
2．2．4按键模块 (10)
2．3软件设计 (10)
2．3．1主程序流程 (11)
2．3．2过流保护程序流程 (11)
三、测试、结果及分析 (12)
3．1基本功能 (12)
3．2发挥功能部分 (15)
四、总结 (15)
五、参考文献 (15)
附录一、完整的系统原理图 (16)
附录二、完整的系统PCB图 (17)
附录三、实物图 (17)
附录四、完整的程序代码 (18)
数控直流可调电源
摘要
直流稳压电源是常用的电子设备, 它能保证在电网电压波动或负载发生变化时, 输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。本设计用变压器输出的两组交流绕组，设计三组稳压电源，其中两组
3V-15V可调，另一组固定输出＋５Ｖ;额定工作电流为, 并具有“+”、“- ”步进电压调节功能, 其最小步进为,纹波系数不大于4%。并具有数字电位器X9318调整单元基准电压的变化来组成高可靠、小纹波和高精度电压控制的直流可调稳压电源的硬件电路和单片机控制的
完整软件设计流程。
关键词: 直流数控；稳压电源；单片机STC89C52；
Digest: The DC regulated power supply?is a familiar electric equipment?, that can offer stable voltage when input voltage fluctuates or its load changes. The design of DC regulated power supply can offer voltages from 3V to 15V,rated working current ,with the function of “+”“-” step voltages regulator. Its minimum stepped voltage is 12mV, ripple factor less than 4%. This is a reliable , low ripple wave and highly-stable electric equipment.
Keyword: DC regulated power supply, STC 89C52?
设计任务与要求
一、设计任务
设计并制作一个直流可调稳压电源。
二、设计要求
1．基本要求
①用变压器输出的两组交流绕组，设计三组稳压电源，其中两组3V-15V可调，另一组固定输出＋５Ｖ;
②各组输出电流最大：750 mA；
③各组效率大于75%，在500mA输出条件下测量，应在ＤＣ／ＤＣ输入端预留电流测量端；
④为实现程序控制，预留MCU控制接口。
2．发挥部分
①设置过流保护，保护定值为；
②用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化；
③扩展输出电压种类（比如三角波、梯形波等）；
④可实现双电源同步调节或分别调节。
一、方案论证与比较
通过对题目的任务、要求进行分析，我们将整个设计划分成两个部分：稳压电源部分和数控部分。
1. 1稳压电源部分方案比较
方案一：三端稳压电源
根据设计要求，可以采用三端稳压器来实现输出系统所需的三种直流电压：固定+5V 和两组可调输出。其中，用7805实现固定5V的输出，LM317实现可调输出（控制输出电压为~37V）。电路原理图如下：
图1 固定5V输出
7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5v。
图2 LM317可调电源模块
在综合考虑LM317的输出电压范围～37V和其最小稳定工作电流不大于5mA的条件下保证R1≤Ω，R2≤ KΩ,就能保证LM317稳压块在空载时能够稳定工作。输出电压：=(1+R2/R1),在LM317输出范围为～37V的条件下，R2/R1范围为：0～。
V
O
优点：线性电源工作稳定，输出纹波小，且不需做过多调整，使用较为方便，工作安全可靠，适合制作通用型、标称输出的稳压电源。缺点：线性稳压电路的内部功耗大，效率低，散热问题较难解决。
方案二：晶体管串联式直流稳压电路
晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图3所示，该电路中，输出电压
UO 经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI 发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO 为恒定值（稳压值）。
图3 晶体管串联式直流稳压电路方框图
方案三：开关电源
根据设计要求，可选用开关电源来完成设计。LM2596为电路设计核心。
图4 开关电源原理图
当反馈线（即4脚）上不接电阻时，电路固定输出5V ，当R1和R2比值一定时则可控制输出电压值。
优点：功耗小，效率高；由于调整管上的耗散功率大幅度降低后，省去了较大体积的散热片，使得设计的开关稳压电源体积小，使用较为方便，且稳压范围大，实现调整管 取样
误差放大 基准电压 辅助电源 UI UO
稳压的方法也比较多。滤波效率比较高，电路形式多样化，能满足不同的应用场合。
1. 2 稳压电源方案选择
电源技术特别是稳压电源技术在工程技术方面使用性很强，在各个行业里得到了广泛的应用。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立元件组成，体积大，效率低，可靠性差，操作使用不便，自我保护功能不完善，故障率高（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的[1]。当在外在电压波动或负载电流变化的时侯也会使输出电压有所改变。供给电子设备的电压源的不稳定,会使设备产生很多问题。所以，设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。
开关电源具有功耗小、效率高、稳压范围大等优点，克服了传统电源功耗大、可靠性差等缺点，并且, 关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，开关电源效率可达80%~90%，比普通线性稳压电源提高近一倍，目前已成为稳压电源的主流产品。所以决定选择方案三，设计开关型稳压电路,既能实现设计要求,高效率又比较高。
1. 3 控制方案比较
方案一：采用单片机的简易数控直流电源设计方案
采用STC89C52单片机作为该系统的控制单元，可以通过数据采样和LM2596的电压调整可以改变系统输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理得到输出的电压大小，但是电路过于繁琐较难控制。也可用数字电位器Ｘ9318的分档来计算输出电压。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的大小控
制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。
优点：技术比较熟练，使用广泛，价格便宜，而且功能上也完全满足本系统的要求，用数字电位器还使电路设计较简便；缺点：纹波系数较大。
方案二：采用FPGA的简易数控直流电源设计方案
采用FPGA作为控制器完成数控部分、键盘、显示器接口控制。输出部分采用D/A0832与运算放大器UA714，输出电压波形由FPGA的输出数据控制，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出。显示数据由FPGA提供。
采用FPGA作为控制器。具有速度快，且自带512字节的EEPROM，不需要另外接扩展的EEPROM的优点；缺点是，我们对FPGA的使用不太熟悉，价格比较贵。
方案三：采用各类数字电路来组成的数控直流电源设计方案
采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。
采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。
1.4 控制方案选择
比较以上三种方案的优缺点，采用STC89C52作为控制器。完成整个数控部分的功能，也便于系统功能的扩展。且技术比较熟练，使用广泛，价格便宜，而且功能上也完全满足本系统的要求。但因为本系统对单片机的速度要求不是很高。经过比较，我们选用方案一并且用数字电位器Ｘ9318的分档来计算输出电压.。电源采用数字控制，具有以下明显优点：
1.采用先进的智能控制策略和控制方法，与传统直流稳压电源相比，具有新颖性、独创性和先进性,体现出电源模块的高程度智能化，更加完美性能。
2.系统升级方便，控制比较灵活，只需修改控制算法，而不必改动硬件线路。
3. 提高控制系统的可靠性，更容易实现标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用相同的控制板，而只需对软件控制部分做一些调整便可。
4.基于单片机的数控直流稳压电源，它不仅能作为常规的电子产品和科研实验电源用，而且可以通过软件编程的方法使稳压电源产生连续变化的输出电压，具有很高的性价比, 系统电压输出的一致性比较好，成本低廉，方便量产。
二、系统的具体设计及实现
2．1系统总框图
图5 系统总框图
2.2 硬件设计
本系统由电源模块，数字控制模块，单片机控制模块，按键模块组成。
开关稳压电源模块
1）LM2596 电源降压调整器原理图
图6 LM2596降压调整原理图
LM2596系列开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路
2）开关稳压电源原理分析
开关稳压电源原理：电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成
图7电源方框图及波形图
a整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。
b稳压电路：由于得到的输出电压U4受负载、输入电?压?和?温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压U0。
3）开关稳压电源原理图
图8 开关稳压电源原理图
220V市电（实际供电电压为238V）经过变压器转换后得到双电压，再经过桥式整流滤
波电路，得到*=(V)电压。其中+电压根据公式Uout=Vref*(1+R2/R1)接入恰当比值的电阻经过LM2596稳压得到稳定+5v电压。
2.2．2单片机控制模块
1）STC89C52芯片资料
如图9所示。该芯片正常工作电压为5V，支持的最高时钟频率为80MHz，Flash程序存储器为8KB,RAM数据存储器为512B,内置看门狗电路，支持ISP/IAP[6]。本单片机具有以下优点：
1.超低功耗
(1)掉电模式：典型功耗为,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。
(2)空闲模式：典型功耗为2mA。
(3)正常工作模式：典型功耗为4mA-7mA。
2.超强抗干扰
(1)I/O口、电源、时钟、看门狗、复位电路都是经过特殊处理。
(2)宽电压，不怕电源抖动，工作电压范围为– 6V。
(3)高抗静电（高ESD保护），轻松过2000V。快速冲干扰。
图9 STC89C52片引脚图
控制部分是系统整机协调工作和智能化的核心部分，采用STC89C52RC单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。
2）单片机控制模块原理图:
图10 STC89C52最小系统原理图
2.2.3正、负输出可调稳压电源模块
1）数字电位器X9318功能说明
如图11所示X9318数字电位器包含一个电阻阵列滑动开关一个控制区和非易失性存储器滑动端位置由一个三线接口控制电位器由包含99个电阻单元的电阻阵列和一个滑动开关网络组成在每个电阻单元的两端之间有抽头点可访问滑动终端滑动端的位置由CS、U/D和INC输入端控制滑动端的位置可存储在非易失性存储器中在上电的操作中可重新被调用该器件可用作一个三终端电位器以控制电压或用作一个两终端可变电阻以控制电流,子数控电位器具备三个有力应用优势:固态电位器的可变性和可靠性;基于计算机数控的灵活性;用于存储多个电位器设置或数据的非易失性存储器的保持性能良好.其应用范围非常广泛。
图11 X9318引脚配置图
2）正负输出可调电源原理分析：
正、负输出电压可调的直流电源。它主要由两片LM2596电源降压调整器（150KHz，3A）构成，电路十分简单能输出±15V的电压，通过滑动变阻器可调节电压。由于该设计预定额定电流为,最大输出电压为15V，所以选用S9012。Q1管和电阻R7、R8、R9、Q2管
和电阻R11、R22、R18为过流保护部分。当输出电流大于时，R8和R11上的压降为使得Q1、Q2管导通，达到过流保护的功能。电阻R7、R18对Q1、Q2管基极分流，使三极管基极电流明显变小，降低三极管的功耗，保护三极管。光耦U6、U7、U9起隔离作用；光耦U3、U8起电平转换作用，保证单片机接收到电平信号便于实现逻辑控制。
3）正负输出可调电源原理图
图12正负输出可调电源原理图
按键模块
图13 按键模块原理图
系统共设置了8个独立按键，16个矩阵按键,实现对单片机的控制。
软件设计
主程序流程
过流保护序流程
三、测试、结果及分析
观察系统运行状况，并辅助示波器、万用表得到以下结果。
3．1基本功能
1)基本功能实现情况:
正电压可调电源的输出电压在可调,负电压在可调，稳压模块固定输出+5v。+15v可调电源模块Io=，Uo=，Ii=，Ui=，η=%；-15v可调电源模块Io=，Uo=，Ii=，Ui=，η=77%效率为，DC/DC输入端已预留电流测量端CU控制接口已预留。
2）以下是固定5V输出测试数据(10组)
3)电压输出特性图
4）以下是可调电源测试数据
1、当输出最大时
+15V可调输出电压最大时（Uo=）：
-15V可调输出电压最大时（Uo=）
2、当输出最小时
+15V可调输出电压最小时（Uo=）
-15V可调输出电压最小时（Uo=）
3．2 发挥功能部分
过流保护基本实现，保护值为。实现人工按键控制输出电压变化可实现双电源同步调节或分别调节，+15v可调电源纹波系数为%；-15v可调电源纹波系数为%，可调电源可以实现低频率的三角波、梯形波输出。
四、总结
本设计基本完成数控直流稳压电源的基本功能和发挥功能，采用LM2596作为电源模块的核心，使得输出电压极为稳定。还扩展了精调、粗调功能。并实现了单片机的控制功能，系统运行稳定，其他各项功能都比较完美的实现了。
经过本次设计，我对89C52单片机及数字电位器的使用、过流保护的设计等有了更深层次的了解！
五、参考文献
[1]数控直流稳压电源[EB/OL]. 盛方单片机整理
[2]冯泽虎,朱相磊,滕春梅.基于单片机的可编程直流稳压电源设计[J].中国高新技
术企业,2009(21):36-37.
[3]高松.基于单片机的数控直流稳压电源[J].陶瓷研究与职业教
育,2008(2):43-44.
[4]明亮,马学强,苏向阳.数控直流稳压电源[J].数字技术与应用,2009(12):10-11.
[5]Dave Garza .The 8051 Microcontroller[M]. America:Library of Congress
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[6]LM2596卢月琼,李昌禧.用单片机制作的直流稳压可调电源[J].电子世
界,2005(12):24-25.
[8]刘桂英,刘高潮,黄国华.串联型直流稳压电源的仿真分析[J].广西师范学院学报,2004,21(2):55-59.
[9]高伟.AT89C51单片机原理及应用（第一版）[M].北京:国防工业出版
社,2008,71-75
[10] 汤竞南,沈国琴.51单片机C语言开发与实例[M].北京：人民邮电出版
社,2008,1-4,89-95
附录一本设计的电路原理图
附录二完整的系统PCB图
附录三实物图
附录四完整的程序代码
#include<> //包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
sbit UD1=P1^0;//电源可调正端升/降控制脚
sbit INC1=P1^1;//电源可调正端“增加”控制脚
sbit SW1=P1^2;//电源可调正端 LM2596开关控制脚
sbit XX1=P1^3;//电源可调正端过流检测信号
sbit UD2=P1^4;//电源可调负端升/降控制脚
sbit INC2=P1^5;//电源可调负端“增加”控制脚
sbit SW2=P1^6;//电源可调负端 LM2596开关控制脚
sbit XX2=P1^7;//电源可调负端过流检测信号
sbit k1=P2^0;//电源可调正端升/降控制按键
sbit k2=P2^1;//电源可调正端增加控制按键
sbit k3=P2^2;//电源可调负端升/降控制按键
sbit k4=P2^3;//电源可调负端增加控制按键
sbit k5=P2^4;//电源同步升，降控制端
sbit k6=P2^5;//电源同步增加控制端
sbit led1=P2^6;//正电源指示灯
sbit led2=P2^7;//负电源指示灯
/*------------------------------------------------
定时器0初始化子程序
电子竞赛中作品设计的一般步骤
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
6.2 电子竞赛作品设计制作步骤 与一般的电子产品设计制作不同的是，电子设计竞赛作品设计制作一方面需要遵守电子产品设计制作的一般规律，另一方面要在限定时间、限定人数、限制设计制作条件、限制交流等情况下完成作品的设计制作，电子竞赛作品设计制作有自己的规律。电子竞赛作品设计制作大约需经过题目选择、系统方案论证、子系统、部件设计与制作、系统综合、调试与测量等步骤，最后完成作品和设计总结报告。 6.2.1 题目选择 全国大学生电子设计竞赛作品设计制作时间是4天3晚，3人一组。竞赛题目一般为5～6题，题目在竞赛开始时（第1天的8.00）开启。以2003年第6届为例共有6题：电压控制LC振荡器（A题）、宽带放大器（B题）、低频数字式相位测量仪（C题）、简易逻辑分析仪（D题）、简易智能电动车（E题）、液体点滴速度监控装置（F题）。 正确地选择竞赛题目是保证竞赛成功的关键。参赛队员应仔细阅读所有的竞赛题目，根据自己组3个队员的训练情况，选择相应的题目进行参赛制作。 选择题目按照如下原则进行： （1）明确设计任务，即“做什么？”。选择题目应注意题目中不应该有知识盲点，即要能够看懂题目要求。如果不能看懂题目要求，原则上该题目是不 可选择的。因为时间是非常紧张的，没有更多的时间让你去重新学习，另外根 据竞赛纪律，也不可以去请教老师。 （2）明确系统功能和指标，即“做到什么程度？”。注意题目中的设计要求一般分基本要求和发挥部分两部分，各占50分。应注意的是基本部分的各 项分值题目中是没有给出的，但在发挥部分往往会给出的各小项的分值。选择 时要仔细分析各项要求，综合两方面的要求，以取得较好的成绩。 （3）要确定是否具有完成该设计的元器件、最小系统、开发工具、测量仪器仪表等条件。 在没有对竞赛题目进行充分地分析之前，一定不能够进行设计。题目一旦选定，原则上是应保证不要中途更改。因为竞赛时间只有4天3晚，时间上不允许返工重来。 6.2.2 系统方案论证 题目选定后，需要考虑的问题是如何实现题目的各项要求，完成作品的制作，即需要
自动搬运机器人 王泽栋1 曹嘉隆1 高召晗1 杨超2 （1．电子信息工程系学生，2.电子信息工程系教师） 【摘要】 本设计与实作是利用反射式红外线传感器所检测到我们所要跑的路线，我们以前后车头共4颗红外感应传感器TCRT5000来检测黑色路线，并利用Atmel 公司生产的8位单片机AT89S52单片机做决策分析。，将控制结果输出至直流电机让车体自行按预先设计好的路线行走。以AT89S52晶片控制自动搬运机器人的行径，藉由自动搬运的制作过程学习如何透过程式化控制流程、方法与策略、利用汇编语言控制电机停止及正反转，使自动搬运机器人能够沿轨道自行前进、后退以及转弯。目的是在于让车子达到最佳效能之后，参加比赛为最终目的。自动搬运机器人运行过程中会遇到直线、弯道、停止。该设计集检测，微控等技术为一体，运用了数电、模电和小系统设计技术。该设计具有一定的可移植性，能应用于一些高难度作业环境中。 【关键词】自动搬运；黑线检测；时间显示。 1.系统方案选择和论证 1．1 系统基本方案 根据要求，此设计主要分为控制部分和检测部分，还添加了一些电路作为系统的扩展功能，有电动车每一次往返的时间（记录显示装置需安装在机器人上）和总的行驶时间的显示。系统中控制部分包括控制器模块、显示模块及电动机驱动模块。信号检测部分包括黑线检测模块。系统方框图如图1.1.1 图1.1 系统方框图 1．2各模块方案的比较与论证 （1）控制器模块 根据设计要求，控制器主要用于信号的接收和辨认控制电机的正反转、小车的到达直角转弯处的转向、时间显示。 方案一：采用MCS-51系列单片机价格低、体积小、控制能力强。 方案二：采用与51系列单片机兼容的Atmel公司的AT89S52作为控制器件
1994～2009全国大学生电子设计竞赛历届题目一览 第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目 题目一简易数控直流电源 题目二多路数据采集系统 第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目 题目一实用低频功率放大器 题目二实用信号源的设计和制作 题目三简易无线电遥控系统 题目四简易电阻、电容和电感测试仪 第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目 A题直流稳定电源 B题简易数字频率计 C题水温控制系统 D题调幅广播收音机* 第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛题目 A题测量放大器 B题数字式工频有效值多用表 C题频率特性测试仪 D题短波调频接收机 E题数字化语音存储与回放系统 第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛题目 A题波形发生器 B题简易数字存储示波器 C题自动往返电动小汽车 D题高效率音频功率放大器 E题数据采集与传输系统 F题调频收音机 第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目 电压控制LC振荡器（A题） 宽带放大器（B题） 低频数字式相位测量仪（C题） 简易逻辑分析仪（D题） 简易智能电动车（E题） 液体点滴速度监控装置（F题） 第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛题目 正弦信号发生器（A题） 集成运放参数测试仪（B题） 简易频谱分析仪（C题）
单工无线呼叫系统（D题） 悬挂运动控制系统（E题） 数控直流电流源（F题） 三相正弦波变频电源（G题） 第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目音频信号分析仪（A题）【本科组】 无线识别装置（B题）【本科组】 数字示波器（C题）【本科组】 程控滤波器（D题）【本科组】 开关稳压电源（E题）【本科组】 电动车跷跷板（F题）【本科组】 积分式直流数字电压表（G题）【高职高专组】 信号发生器（H题）【高职高专组】 可控放大器（I题）【高职高专组】 电动车跷跷板（J题）【高职高专组】 第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目光伏并网发电模拟装置（A题）【本科组】 声音导引系统(B题)【本科组】 宽带直流放大器（C题）【本科组】 无线环境监测模拟装置（D题）【本科组】 电能收集充电器（E题）【本科组】 数字幅频均衡功率放大器（F题）【本科组】 低频功率放大器（G题）【高职高专组】 LED点阵书写显示屏（H题）【高职高专组】
2017年全国大学生电子设计竞赛简易水情检测系统（P题） 2017年8月12日
摘要 本设计的是简易水情检测系统以STC89C52芯片为核心，辅以相关的外围电路，设计了以单片机为核心的水情检测系统。系统主要由5V电源供电。在硬件电路上在，用总线连接PH值传感器和水位传感器，通过传感器收集到的水情数据发送到单片机，单片机存储实时数据，并显示在12864LCD液晶屏上。在软件方面，采用C语言编程。通过对单片机程序设计实现对水情检测系统的水情数据的采集、显示和检测。 关键词：单片机最小系统；PH值传感器；水位传感器；AD模块 Abstract The design is a simple water regime detection system to STC89C52 chip as the core, supplemented by the relevant external circuit, designed to single-chip as the core of the water regime detection system. The system is powered by 5V power supply. In the hardware circuit, with the bus connection PH sensor and water level sensor, through the sensor to collect the water data sent to the microcontroller, single-chip storage of real-time data, and displayed on the 12864LCD LCD screen. In software, the use of C language programming. Through the single-chip program design to achieve the water regime detection system of water data collection, display and detection. Key words:single chip minimum system; PH value sensor; water level sensor; capacitance
2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品 设计报告部分错误未修正，软 件部分未添加 竞赛选题：数字频率计（F 题）
摘要 本设计选用FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法，全部电路使用PCB 制版，进一步减小误差。 AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度，且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为1s 的等精度测量法。闸门时间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了系统精度。 经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指标上远超赛题发挥部分要求。 关键词：FPGA 自动增益控制等精度测量法
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1. 系统方案 1.1. 方案比较与选择 宽带通道放大器 方案一：OPA690 固定增益直接放大。由于待测信号频率范围广，电压范围大，所以选用宽带运算放大器OPA690，5V 双电源供电，对所有待测信号进行较大倍数的固定增益。对于输入的正弦波信号，经过OPA690 的固定增益，小信号得到放大，大信号削顶失真，所以均可达到后级滞回比较器电路的窗口电压。 方案二：基于VCA810 的自动增益控制（AGC）。AGC 电路实时调整高带宽压控运算放大器VCA810 的增益控制电压，通过负反馈使得放大后的信号幅度基本保持恒定。 尽管方案一中的OPA690 是高速放大器，但是单级增益仅能满足本题基本部分的要求，而在放大高频段的小信号时，增益带宽积的限制使得该方案无法达到发挥部分在频率和幅度上的要求。 方案二中采用VCA810 与OPA690 级联放大，并通过外围负反馈电路实现自动增益控制。该方案不仅能够实现稳定可调的输出电压，而且可以解决高频小信号单级放大时的带宽问题。因此，采用基于VCA810 的自动增益控制方案。 正弦波整形电路 方案一：采用分立器件搭建整形电路。由于分立器件电路存在着结构复杂、设计难度大等诸多缺点，因此不采用该方案。 方案二：采用集成比较器运放。常用的电压比较器运放LM339 的响应时间为1300ns，远远无法达到发挥部分100MHz 的频率要求。因此，采用响应时间为4.5ns 的高速比较器运放TLV3501。 主控电路 方案一：采用诸如MSP430、STM32 等传统单片机作为主控芯片。单片机在现实中与FPGA 连接，建立并口通信，完成命令与数据的传输。 方案二：在FPGA 内部利用逻辑单元搭建片内单片机Avalon，在片内将单片机和测量参数的数字电路系统连接，不连接外部接线。 在硬件电路上，用FPGA 片内单片机，除了输入和输出显示等少数电路外，其它大部分电路都可以集成在一片FPGA 芯片中，大大降低了电路的复杂程度、减小了体积、电路工作也更加可靠和稳定，速度也大为提高。且在数据传输上方便、简单，因此主控电路的选择采用方案二。
2013年全国大学生电子设计竞赛 简易旋转倒立摆及控制装置（C题） 【本科组】 摘要： 通过对该测控系统结构和特点的分析，结合现代控制技术设计理念实现了以微控制器MC9S12XS128系列单片机为核心的旋转倒立摆控制系统。通过采集的角度值与平衡位置进行比较，使用PD算法，从而达到控制电机的目的。其工作过程为：角位移传感器WDS35D通过对摆杆摆动过程中的信号采集然后经过A/D 采样后反馈给主控制器。控制器根据角度传感器反馈信号进行PID数据处理，从而对电机的转动做出调整，进行可靠的闭环控制，使用按键调节P、D的值，同时由显示模块显示当前的P、D值。 关键字： 倒立摆、直流电机、MC9S12XS128单片机、角位移传感器WDS35D、PD算法
目录 一、设计任务与要求 (3) 1 设计任务 (3) 2 设计要求 (3) 二系统方案 (4) 1 系统结构 (4) 2 方案比较与选择 (4) （1）角度传感器方案比较与选择 (4) （2）驱动器方案比较与选择 (5) 三理论分析与计算 (5) 1 电机的选型 (5) 2 摆杆状态检测 (5) 3 驱动与控制算法 (5) 四电路与程序设计 (6) 1 电路设计 (6) （1）最小系统模块电路 (6) （2）5110显示模块电路设计 (7) （3）电机驱动模块电路设计 (8) （4）角位移传感器模块电路设计 (8) （5）电源稳压模块设计 (8) 2 程序结构与设计 (9) 五系统测试与误差分析 (10) 5.1 测试方案 (10) 5.2 测试使用仪器 (10) 5.3 测试结果与误差分析 (10) 6 结论 (11) 参考文献 (11) 附录1 程序清单（部分） (12) 附录2 主板电路图 (15) 附录3 主要元器件清单 (16)
光伏并网发电模拟装置（A 题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S 和电阻R S 模拟光伏电池，U S =60V ，R S =30Ω~36Ω；u REF 为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V ，频率f REF 为45Hz~55Hz ；T 为工频隔离变压器，变比为n 2:n 1=2:1、n 3:n 1=1:10，将u F 作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L =30Ω~36Ω。 R L U S 图1 并网发电模拟装置框图 二、要求 1．基本要求 （1）具有最大功率点跟踪（MPPT ）功能：R S 和R L 在给定范围内变化时， 使d S 1 2 U U =，相对偏差的绝对值不大于1%。 （2）具有频率跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化时，使u F 的频率f F =f REF ， 相对偏差绝对值不大于1%。 （3）当R S =R L =30Ω时，DC-AC 变换器的效率η≥60%。 （4）当R S =R L =30Ω时，输出电压u o 的失真度THD ≤5%。 （5）具有输入欠压保护功能，动作电压U d （th ）=（25±0.5）V 。 （6）具有输出过流保护功能，动作电流I o （th ）=（1.5±0.2）A 。 2．发挥部分 （1）提高DC-AC 变换器的效率，使η≥80%（R S =R L =30Ω时）。 （2）降低输出电压失真度，使THD ≤1%（R S =R L =30Ω时）。 （3）实现相位跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化以及加非阻性负载时，
均能保证u F 与u REF 同相，相位偏差的绝对值≤5°。 （4）过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。 （5）其他。 三、说明 1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。 2．U S 采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。 3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。 4．DC-AC 变换器效率o d P P η= ，其中o o1o1P U I =?，d d d P U I =?。 5．基本要求（1）、（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变化到电路 达到稳态的时间不大于1s 。 6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。 7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。 8．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、 主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。
2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品
设计报告 部分错误未修正，软 件部分未添加
竞赛选题：数字频率计（F 题）
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摘要
本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度 的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法， 全部电路使用 PCB 制版，进一步减小误差。
AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度， 且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率 范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为 1s 的等精度测量法。闸门时 间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了 系统精度。
经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指 标上远超赛题发挥部分要求。
关键词：FPGA 自动增益控制 等精度测量法
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摘 要....................................................................................................................1 目录........................................................................................................................ 2 1. 系统方案...................................................................................................3
1.1. 方案比较与选择................................................................................3 1.1.1. 宽带通道放大器.........................................................................3 1.1.2. 正弦波整形电路.........................................................................3 1.1.3. 主控电路.....................................................................................3 1.1.4. 参数测量方案.............................................................................4
1.2. 方案描述............................................................................................4 2. 电路设计...................................................................................................4
2.1. 宽带通道放大器分析........................................................................4 2.2. 正弦波整形电路................................................................................5 3. 软件设计...................................................................................................6 4. 测试方案与测试结果...............................................................................6 4.1. 测试仪器............................................................................................6 4.2. 测试方案及数据................................................................................7
4.2.1. 频率测试.....................................................................................7 4.2.2. 时间间隔测量.............................................................................7 4.2.3. 占空比测量.................................................................................8 4.3. 测试结论............................................................................................9 参考文献................................................................................................................ 9
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基于单片机的宿舍自动通风装置 1、创意来源 睡眠状态下，一个人一晚上会呼出200升二氧化碳。门窗紧闭，房间里的氧气浓度会逐渐降低。最终容易造成大脑缺氧，严重影响我们的身体健康！经常开窗保持空气流通，有利于排出室内的脏空气，保证足够的氧气供应。 房间里本来就存活着很多的细菌和微生物。由于门窗紧闭，空气无法流通，就为一些病菌提供了大量滋生、繁殖的良好条件，更严重地威胁着我们的身体健康！经常开窗通风换气，可以有效地减少室内病菌滋生，利于我们的身体健康。 有些宿舍由于不注意开窗通风，室内空气质量极差，有极大的异味，学生在这种环境中长期生活，对身心健康有较大危害。 所以宿舍要经常开窗通风换气，保持室内空气流通；每天早、中、晚坚持定时通风换气，做到每次开窗10分钟到30分钟。但是，有些宿舍经常忘记开窗通风，导致屋内空气得不到更新。有些宿舍因为处在一楼，有些宿舍楼内经常发生盗窃案件，比如星天苑G座，而白天宿舍成员长时间不在宿舍内，因担心被窃，不敢开窗通风。 为解决这种现象，我设计了这种宿舍自动通风装置。预期该装置可以实现定时自动开窗关窗功能。 2、系统总体设计方案 系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件，在其基础上外围扩展芯片和外围电路，附加时钟电路，复位电路，键盘接口及LED显示器。键盘采用独立连接式。外围器件有LED显示驱动器及相应的显示数字电子钟设计与制作可采用数字电路实现,也可以采用单片机来完成。若用数字电路完成,所设计的电路相当复杂,大概需要十几片数字集成块,其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现,焊接的过程比较复杂,成本也非常高。若用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,那么就降低了硬件电路的复杂性,而且其成本也有所降低,所以在该设计与制作中采用单片机AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。 电路由下列部分组成：时钟电路、复位电路、控制电路、LED显示，报警
2017年全国大学生电子设计竞赛 管道内钢珠运动测量装置（M题） 【高职高专】
摘要： 系统以STC15W4K61S4单片机为主控器，设计一款管道内钢珠运动测量装置。该装置可以获取管道内钢珠滚动的方向，以及倒入管道内钢珠的个数和管道的倾斜角度。并通过LCD12864液晶显示屏实时显示钢珠滚动方向、个数以及管道的倾斜角度。系统包括单片机主控模块、角度信号采集模块、磁力传感器模块、显
示模块、电源模块、采用稳压输出电源为系统提供工作电源。系统制作成本较低、工作性能稳定，能很好达到设计要求。 关键词:角度传感器、磁性接近开关、LCD12864 目录 1设计任务与要求 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2技术指标 (1) 1.3题目评析 (1)
2方案比较与选择 (2) 2.1单片机选择 (2) 2.2角度测量选择 (2) 2.3 钢珠运动检测选择 (2) 2.4显示选择 (2) 2.5电源选择 (2) 3电路系统与程序结构设计 (3) 3.1系统硬件总体设计 (3) 3.2单片机最小系统模块设计 (3) 3.3角度传感器模块设计 (3) 3.4 磁性传感器模块设计 (4) 3.5显示模块设计 (4) 3.6电源模块设计 (4) 3.7程序结构与设计 (5) 4系统测试 (5) 5总结 (6) 参考文献及附录 (6)
1设计任务与要求 1.1设计任务 设计并制作一个管道内钢珠运动测量装置，钢珠运动部分的结构如图1.1所示。 1.2技术指标 1．基本要求 规定传感器宽度 w≤20mm，传感器1和2之间的距离l 任意选择。 （1）按照图1.1所示放置管道，由A 端放入2～10粒钢珠，每粒钢珠放入的时 间间隔≤2s，要求装置能够显示放入钢珠的个数。 （2）分别将管道放置为A 端高于B 端或B 端高于A 端，从高端放入1粒钢 珠，要求能够显示钢珠的运动方向。 （3）按照图1.1所示放置管道，倾斜角ɑ为10o～80o之间的某一角度，由A 端放入1粒钢珠，要求装置能够显示倾斜角ɑ的角度值，测量误差的绝对≤3o。 2．发挥部分 设定传感器1和2之间的距离l 为20mm ，传感器1和2在管道外表面上安放的位置不限。 （1）将1粒钢珠放入管道内，堵住两端的管口，摆动管道，摆动周期≤1s ， 摆动方式如图1.2所示，要求能够显示管道摆动的周期个数。 （2）按照图1.1所示放置管道，由A 端一次连续倒入2～10粒钢珠，要求装置 能够显示倒入钢珠的个数。 （4）其他。 3.设计报告。 1.3题目评析 根据设计要求，对题目评析如下： 本题的重点： ① 传感器灵敏度的选择。 ② 用于钢珠运动检测的传感器选择 图1.1：管道内钢珠运动测量装置的结构图 图1.2：管道摆动方式
全国大学生电子设计大 赛作品报告 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
2015年全国大学生电子设计竞赛 多旋翼自主飞行器（c题） 2015 年8月15 日 摘要 旋多翼自主飞行器由RL78/G13MCU板（芯片型号R5F100 LEA）,STM32单片机模块(加SD卡)，CMOS摄像头，A2212/13T新西达电机。STM32单片机输入信号到RL78/G13MCU板，启动飞行器和CMOS摄像模块，RL78/G13MCU飞控模块矫正飞行器在空中的姿态，实现悬停,前进,后退等功能，CMOS模块将拍摄的视频内容存储在STM32模块内置的SD卡里。当飞行到目的地时各模块自动停止工作。 飞行器能一键式启动，并开始航拍，从A点起飞，飞向B区，在B区降落，但不是中心，当飞行结束后，拔掉SD卡，能顺利的通过P0机回放，在飞行过程中，始终在电子示高线H1和H2的区间内。 目录 目录
1. 方案论证与比较 四旋翼算法方案 方案一：采用欧拉角法欧拉角法静止状态，或者总加速度只是稍微大于g 时，由加计算出的值比较准确。 使用欧拉角表示姿态，令Φ,θ和Φ代表ZYX 欧拉角，分别称为偏航角、俯仰角和横滚角 。 载体坐标系下的 加 速 度(axB,ayB,azB)和参考坐标系下的加速度(axN, ayN, azN)之间的关系可表示为(1)。其中 c 和 s 分别代表 cos 和 sin 。axB,ayB,azB 就是mpu 读出来的三个值。 这个矩阵就是三个旋转矩阵相乘得到的，因为矩阵的乘法可以表示旋转。 axB c c c s s axN ayB c s s s c c c s s s s c ayN azB s s c s c s c c s s c c azN θψθψθφψφθψφψφθψφθφψφθψφψφθψφθ-??? ?????????=-++????????????+-+?????? (1) 飞行器处于静止状态，此时参考系下的加速度等于重力加速度，即 00xN yN zN a a g a ????????=???????????? （2） 把（2）代入（1）可以解 : arctg θ= （3） yB zB a arctg a φ??= ? ?? （4） 即为初始俯仰角和横滚角，通过加速度计得到载体坐标系下的加速度即可将其解出，偏航角可以通过电子罗盘求出。 方案二：四元数法（通过处理单位采样时间内的角增量(mpu 的陀螺仪得到的就是角增量)，为了避免噪声的微分放大，应该直接用角增量-------抄的书） 本项目采用的是方案一。 STM32控制方案 方案一： 直接激活飞控模块（RL78/G13MCU ），可以很好的与飞控进行协调，实现飞控模块的启动与停止。 方案二：使用STM32直接控制飞行器飞行。在植入的程序里包含对四旋翼的控制算法和自启动和自停止，还有视频模块的处理，但太过复杂。
精心整理全国电子设计大赛训练项目 设计报告 题目数控通用直流电源 摘要 一、 1．1 1.2 1.3 1.4 二、 2．1系统总框图 (7) 2．2硬件设计 (7) 2．2．1开关稳压电源模块 (7) 2．2．2单片机控制模块 (8) 2．2．3正、负输出可调稳压电源模块 (9) 2．2．4按键模块 (10) 2．3软件设计 (10) 2．3．1主程序流程 (11) 2．3．2过流保护程序流程 (11) 三、测试、结果及分析 (12)
3．1基本功能 (12) 3．2发挥功能部分 (15) 四、总结 (15) 五、参考文献 (15) 附录一、完整的系统原理图 (16) 附录二、完整的系统PCB图 (17) 0.12V, 一、 设计并制作一个直流可调稳压电源。 二、设计要求 1．基本要求 ①用变压器输出的两组17.5V交流绕组，设计三组稳压电源，其中两组3V-15V可调，另一组固定输出＋５Ｖ; ②各组输出电流最大：750mA； ③各组效率大于75%，在500mA输出条件下测量，应在ＤＣ／ＤＣ输入端预留电流测量端； ④为实现程序控制，预留MCU控制接口。 2．发挥部分 ①设置过流保护，保护定值为1.2A； ②用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化；
③扩展输出电压种类（比如三角波、梯形波等）； ④可实现双电源同步调节或分别调节。 一、方案论证与比较 通过对题目的任务、要求进行分析，我们将整个设计划分成两个部分：稳压电源部分和数控部分。 1.1稳压电源部分方案比较 方案一：三端稳压电源 根据设计要求，可以采用三端稳压器来实现输出系统所需的三种直流电压：固定+5V和两组可调输出。其中，用7805实现固定5V的输出，LM317实现可调输出（控制输出电压为1.2~37V）。 电路原理图如下： 图1固定5V输出 7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5v。 图2LM317可调电源模块 在综合考虑LM317的输出电压范围1.25～37V和其最小稳定工作电流不大于5mA的条件下保证R1≤0.83KΩ，R2≤23.74KΩ,就能保证LM317稳压块在空载时能够稳定工作。输出电压：V O =1.25(1+R2/R1),在LM317输出范围为1.25～37V的条件下，R2/R1范围为：0～28.6。 优点：线性电源工作稳定，输出纹波小，且不需做过多调整，使用较为方便，工作安全可靠，适合制作通用型、标称输出的稳压电源。缺点：线性稳压电路的内部功耗大，效率低，散热问题较难解决。 方案二：晶体管串联式直流稳压电路 晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图3所示，该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。 图3晶体管串联式直流稳压电路方框图 方案三：开关电源 根据设计要求，可选用开关电源来完成设计。LM2596为电路设计核心。 调整管 取样 误差放大 基准电压 辅助电源 UI UO
一：方案论证 1.系统总体设计方案 根据题目要求，总体设计方案如下：将交流电220V送进隔离变压器，一级输出18V交流电。通过整流滤波，将交流电转为直流电，进行DC-DC升压和降压。副DC-DC实现的降压值为5V，用于给单片机控制系统供电。通过键盘可以对主DC-DC升压的输出电压进行设定和步进调整，并由AD对输出进行采样，通过在单片机内预置的算法对输出进行补偿调整，同时从液晶屏上数字显示出电流和电压值。当开关稳压电源输出电流达到上限时，启动过流保护；当故障排除后，开关电源恢复正常工作。系统总体框图如图1.1所示。 图1.1 系统总体框图 2.主DC-DC升压电路设计方案 DC－DC升压电路采用自举式升压方式，如图1.2所示，当晶体管导通时，电感与电源接地端直接相连，形成回路。随着能量存储到电感的磁场中，流过电感的电流斜线上升，磁力线增强。 当晶体管截止时，磁场开始消失。随着它的减弱，会切割电感的导线，产生一个电压。由于磁场的运动方向与磁场建立时的方向相反，所以感应电压反向。从而实现升压的过程。 晶体管截止时电流方向 图1.2 自举式主DC-DC回路拓扑图 3.控制方法及实现方案 对主DC-DC升压转换器的控制方法采用硬件闭环控制为主、软件补偿和测量相结合的方法对DC-DC的输出进行精确控制。硬件控制采用国家半导体公司的LM2587-ADJ开关电源控制芯片组成对输出主回路的电压闭环控制，实现对系统
的粗调。软件控制选用STC12C5412AD 单片机作为系统控制器，系统的显示、按 键、A/D 、D/A 全部集中在核心控制板上，通过预置算法实现对系统的精调。 4.提高效率的方法及实现方案 1.降低二极管的损耗：二极管一般需要0.7V 的导通电压降。在输出电压为 21.6V 时，二极管要消耗一定的输出功率。而肖特基二极管的导通压降一般为 0.2V ～0.3V ，因此使用这类二极管这能够有效降低其上的功率损耗。 2.降低开关管的损耗：如果将开关管设计在外围电路中，极易由于设计参数 的问题导致开关管部分时间工作在线性区，会引起一定损耗。在设计中，选用 LM2587，它将开关管集成到芯片内部，参数由厂家整定，可以大大减少功耗。 3.减少铜损：铜损是由导线的寄生电阻和电感线圈引起的。实际设计中，选 用横截面积大的铜丝，并采取多股缠绕的方法，减少单位横截面积电阻。 4.减少铁损：引起铁损的原因有两个——磁滞损耗和涡流损耗。在实际操作 中，采用EI 型电感磁芯，并在连接处留有一定空隙。由于存在空气间隙，使之 不易产生磁滞和涡流。 二：电路设计与参数计算 1.主回路器件的选择及参数计算 题目中要求：18V 交流输入时，经转换后输入电压为21.6V （理论计算得出）， 负载端电压为30V~36V 。最大输出电流I omax 为2A ，主DC-DC 升压变换器效率 η≥70%(发挥部分要求达到η≥85%)。据此，在主DC-DC 升压回路中主要用来 实现DC-DC 变换器的器件为LM2587-ADJ 。LM2587-ADJ 内部有一个100kHz 的振荡器，内部开关电流额定值5A ，负载电压V load <65V ，输入电压需保持在 4V~40V ，变换器效率90%，理论上完全满足设计需求。 主DC-DC 回路电路图如图2.1所示，通过改变R 2和R 3的比值即可设定所需 负载电压值。 图2.1 主回路原理图 将反馈电压与内部参考电压1.23V 进行比较： V load =1.23V(1+32R R ) （2-1）
第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目A题简易数控直流电源 一、设计任务 设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下： 二、设计要求 1．基本要求 （1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV； （2）输出电流：500mA； （3）输出电压值由数码管显示； （4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减； （5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。 2．发挥部分 （1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值； （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。 三、评分意见 项目得分
基本要求 方案设计与论证、理论计算与分析、电路图 30 实际完成情况 50 总结报告 20 发挥部分 完成第一项 5 完成第二项 15 完成第三项 20 B 题 多路数据采集系统 一、设计任务 设计一个八路数据采集系统，系统原理框图如下： 主控器能对50米以外的各路数据，通过串行传输线（实验中用1米线代替）进行采集的显示和显示。具体设计任务是： （1）现场模拟信号产生器。 （2）八路数据采集器。 （3）主控器。 二、设计要求 1．基本要求 （1）现场模拟信号产生器：自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz ～2kHz 范围变化，再经频率电压变换后输出相应1～5V 直流电压（200Hz 对应1V ，2kHz 对应5V ）。 （2）八路数据采集器：数据采集器第1路输入自制1～5V 直流电压，第2～7路分别输
2019 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题 综合测评注意事项 （1）综合测评于2019 年8 月19 日8：00 正式开始，8 月19 日15 ：00 结束。 （2）本科组和高职高专组优秀参赛队共用此题。 （3）综合测评以队为单位采用全封闭方式进行，现场不能上网、不能使用手机。 （4）综合测评结束时，制作的实物及《综合测评测试记录与评分表》由全国专家组委派的专家封存， 交赛区保管。 多信号发生器 使用题目制定综合测评板上的一片LM324AD（四运放）和一片SN74LS00D（四与非门）芯片设计制作一个多路信号发生器，如下图所示。 设计报告应给出方案设计、详细电路图、参数计算和现场自测数据波形（一律手写），综合测评板 编号及 3 个参赛同学签字需在密封线内，限 2 页，与综合测评板一同上交。 u o1 u o2 多信号发生器u o3 1kΩ 19kHz-21kHz （含LM324AD 四运放，U o41kΩ 负载 1kΩ 负载 负载 +5V SN74LS00D四与非门） 1kΩ 负载 U o1————方波 U o2————占空比连续可调窄脉冲 U o3————正弦波 U o4————余弦波 一．约束条件 1. 一片SN74L.S0OD四与非门芯片（综合测评板上自带）; 2. 一片LM324AD四运算放大器芯片（综合测评板上自带）; 3. 赛区提供固定电阻、固定电容、可变电阻元件（数量不限、参数不限）; 4. 赛区提供直流电源。 二．设计任务及指标要求 利用综合测评板和若干电阻、电容元件，设计制作电路产生下列四路信号: 1. 频率为19kHz~2IkHz 连续可调的方波脉冲信号，幅度不小于 3.2V; 2. 与方波同频率的正弦波信号，输出电压失真度不大于5%，峰-峰值(Vpp)不小于1V; 3. 与方波同频率占空比5%~15%连续可调的窄脉冲信号，幅度不小于 3.2V;
题目名称：开关电源模块并联供电系统（A 题） 摘要 开关电源模块并联供电系统是采用8位Atmega88的开关电源，主电路采用LM2576和LM2596作为两块并联的开关电源。LM2576作为恒压源，LM2596作为恒流源。该两块开关电源保证系统的效率，电流电压调整率和输出精度要求。系统具有限流保护功能，HD7279键盘输入输出等多种功能。该系统主要采用硬件反馈调节，调整能力强，使单片机负载小。 本系统功能完善，在支路在0.5-2A输出范围内，干路电流输出范围使1-4A其分压比由外界输入。由AD采用，读出干路电流，经数字电位器调整恒流源工作状态，使其自调整实现固定分压比，并且电流精度满足在百分之五以内。关机或过流保护收后，具有可以记忆参数、自恢复功能。 Abstract Switching power supply modules in parallel power supply system is the use of 8-bit Atmega88 switching power supply, the main circuit LM2576 and LM2596 as two parallel switching power supply. LM2576 as the voltage source, LM2596 as a constant current source. The two switching power supply to ensure efficiency of the system, current and output voltage regulation accuracy requirements. System has a current limit protection, HD7279 keyboard input and output functions. The system uses hardware feedback regulation, adjust the ability to make a small single-chip load. The system is functional, the branch in the output range of 0.5-2A, distributors current output range 1-4A the partial pressure than by the external input. Used by the AD, to read out the current trunk, the digital potentiometer to adjust the current source working condition, to self-adjust to achieve a fixed partial pressure ratio, and accuracy to meet the current five percent or less. After closing down or over-current protection, with memory parameters can be, since the recovery.