红外遥控的直流稳压电源设计
本课题中电源红外遥控模块需要与电源主电路共同工作实现对电源输出的遥控，使其在工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，不仅安全可靠，而且能有效地隔离电气干扰。
论文围绕基于红外遥控的直流稳压电源开展理论研究与硬件设计，具体研究工作如下：
概述了课题研究的背景和意义，介绍了红外遥控的直流稳压电源技术的发展现状与发展趋势，安排了课题需要做的工作。对单片机类型、电源主电路设计方案、红外遥控方法进行了对比分析，突出了本课题设计方案的优越性。
介绍了直流稳压电源的设计思想和设计步骤，分析了系统基本结构，并且介绍了红外遥控系统实现的功能和控制原理。对单片机在整个系统中的核心位置进行了阐述，并对系统的每一个模块单独进行研究设计，画出电路原理图。
根据设计好的原理图焊接电路，并对焊接好的硬件电路进行调试，找出了红外遥控的直流稳压电源设计存在的不足。对本次课题设计进行总结，展望了将来还需要进一步完成的工作。
关键词：红外遥控、单片机、直流稳压电源
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 直流稳压电源的发展现状 2
1.3 遥控技术在电源领域的应用 2
1.4 课题研究的目的、内容和意义 3
1.5 工作安排 4
2 直流稳压电源电路拓扑结构及原理分析 4
2.1 串联稳压电源原理分析 4
2.1.1 串联稳压电源工作原理 5
2.1.2 串联稳压电源的优缺点 5
2.2 开关稳压电源电路拓扑结构 5
2.2.1 开关稳压电源的基本原理和分类 5
2.2.2 反激变换器 6
2.2.3 正激变换器 7
2.2.4 半桥变换器 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
2.2.5 全桥变换器 8
2.2.6 推挽变换器 9
2.2.7 各种开关变换器性能特点比较 9
2.3 红外遥控原理 10
2.3.1 红外遥控简介 10
2.3.2 红外遥控技术的优缺点 10
2.3.3 红外遥控原理 10
3 具体红外遥控的直流稳压电源 12
3.1 方案选择 12
3.1.1 红外遥控直流稳压电源主电路设计思路 12
3.1.2 电源系统结构设计 13
3.2 直流稳压电源模块 13
3.2.1 AT89S52单片机引脚功能 13
3.2.2 变压器降压电路 14
3.2.3 整流电路分析 15
3.2.4 电源滤波电路 16
3.2.5 稳压电路 17
3.2.6 数模转换电路设计 17
3.2.7 数码管显示电路设计 17
3.3 红外遥控模块 18
3.4 主电路设计图 19
4 软件设计 19
4.1 单片机程序设计 19
4.1.1 单片机程序设计思路 19
4.1.2 主程序设计 20
4.1.3 按键模块子程序设计 21
4.1.4 红外遥控模块子程序设计 23
4.1.5 DA转换模块子程序设计 23
4.1.6 数码管显示模块子程序设计 24
4.1.7 软件仿真 27
5 系统硬件调试 29
总结与展望 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
1 绪论
1.1 课题研究背景
直流稳压电源是当今电力电子、通讯等高新科技技术领域的电子设备启动控制的动力，是数控系统安全可靠运转的根本保证。数控领域的直流稳压电源要求响应迅速、精确度高，为了适应这一要求好多电源研究人员又成功的将单片机数控技术引入到电源研发领域中，它可以有效地解决诸如传统的稳压电源的输出电压水平低的问题，响应速度慢，复杂的内部布线问题，提高直流稳压电源的综合电性能水平。
远程控制（遥控）技术的发展经历了几十年的发展，在上世纪60年代早期，一些发达国家开始对平民使用远程控制技术产品进行研究，但由于时间的限制，技术条件限制，远程控制技术的发展非常缓慢。到了1980年，随着大规模集成电路的发展，远程控制技术得到了迅速发展。在远程控制方面，一般都经历了从有线到无线，从振子的红外光谱，然后对单片机的红外遥控等阶段。不管选什么办法，做到信号的准确，最终达到准确的控制效果是尤为必要的。最早的无线远程控制装置是选的电磁波作为介质，因为电磁波本身容易造成干扰，也经常遇到各种干扰，所以渐渐的开始使用超声波和红外线作为信号传输介质。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。相比于其他控制，光控较为理想，渐渐地，红外远程控制方式成为了主流。[1, 2]
线性电源技术出现较早，技术比较成熟，在开关电源技术出现之前广泛应用于各种电子设备中。开关稳压电源技术最早在1940年出现，是美国航天局研发出来的，但是它成本略高、电路较为复杂，所以只在很少领域中使用，后来随着制造业技术的发展与进步，尤其是在出现了新型的功率半导体器件以后，开关稳压电源的开关频率又得到了提高，系统结构更加的简单，成本更加的低廉，开关电源技术得到了广泛应用。目前，在美国、英国、德国、法国及日本等国家，工作频率在 0.5~1MHz 的开关电源已经进入应用阶段，效率达 70%~90%。日本的某个公司推出的新式的分布式隔离型开关电源，效率达到 95％。工作频率在 1到2兆赫兹的开关电源也已研究出来。我国开关电源的研究相对较晚，仍与其他发达国家的经济发展水平差距较大。目前，超过1000000000000赫兹的开关电源的研究。当然，对电源技术的研究处于快速发展时期，开关电源发展的方向是达到体积更小控制更智能。[3~8]
1.2 直流稳压电源的发展现状
稳压电源是能连续提供额定电压等级的直流电压的电源，能够保护电气系统和设备的安全稳定运行，并被广泛应用于工程。传统的稳压电源受到产品的性能、生产条件等因素的影响，整体上存在装置功能太简单，输出电压太低，没有较强的抗干扰能力，电路接线太过复杂，体积大，重量大等一系列问题。由于那时电子技术水平有限，很难在小范围内进行调整，这样它的使用范围就降低了不少。随着单片机技术不断成熟，许多研究者就利用单片机结合高性能的电子器件来研发稳压电源系统，这已经变成研究电源的一个新领域。
社会的进步带动着科学技术的进步，单片机的应用范围一天比一天大。研究者的设计理念随着单片机的应用而被改变了，之前许多功能都是用模拟电路，数字电路或逻辑电路实现，到如今都可以用单片机来轻松解决，通过软件编程来实现。单片机因为它本身体积较小，工作的可靠性也很高还有它性价比高容易批量生产的特点，在家用设备上得到了广泛的应用。之后，大量的电器装备也都开始用红外线远程控制，所以单片机的发展一定程度上促进远程控制系统的研发。
在许多方面红外远程控制技术都发展的很快，尤其在家用电器等地方，例如空调，冰箱，电视机等，在某些电子领域也有较多的应用，现在人们的生活水平越来越高，对产品的要求也越来越高，要求能更方便的使用、智能化越来越高，红外线远程控制技术越来越能适应人们的这些要求。[9~12]
图 2-5 半桥变换器
当 Tr1导通时，电源电压 Vs经 C2 和变压器初级绕组到地对 C2 充电，电容 C1 则经 Tr1、C2 和变压器初级绕组放电，中点 A 电压升高 ΔVE1。当 Tr1截止且 Tr2尚未导通时，中点 A 电压又恢复到接近 Vs/2。当 Tr2导通时，电源电压经 C1、变压器到地形成 C1 的充电回路，此时 Tr1截止，C2 则经变压器、Tr2放电，中点 A 电压又下降 ΔVE2，若电路参数对称则 ΔVE1=ΔVE2。[18, 19]
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 直流稳压电源的发展现状 2
1.3 遥控技术在电源领域的应用 2
1.4 课题研究的目的、内容和意义 3
1.5 工作安排 4
2 直流稳压电源电路拓扑结构及原理分析 4
2.1 串联稳压电源原理分析 4
2.1.1 串联稳压电源工作原理 5
2.1.2 串联稳压电源的优缺点 5
2.2 开关稳压电源电路拓扑结构 5
2.2.1 开关稳压电源的基本原理和分类 5
2.2.2 反激变换器 6
2.2.3 正激变换器 7
2.2.4 半桥变换器 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
2.2.5 全桥变换器 8
2.2.6 推挽变换器 9
2.2.7 各种开关变换器性能特点比较 9
2.3 红外遥控原理 10
2.3.1 红外遥控简介 10
2.3.2 红外遥控技术的优缺点 10
2.3.3 红外遥控原理 10
3 具体红外遥控的直流稳压电源 12
3.1 方案选择 12
3.1.1 红外遥控直流稳压电源主电路设计思路 12
3.1.2 电源系统结构设计 13
3.2 直流稳压电源模块 13
3.2.1 AT89S52单片机引脚功能 13
3.2.2 变压器降压电路 14
3.2.3 整流电路分析 15
3.2.4 电源滤波电路 16
3.2.5 稳压电路 17
3.2.6 数模转换电路设计 17
3.2.7 数码管显示电路设计 17
3.3 红外遥控模块 18
3.4 主电路设计图 19
4 软件设计 19
4.1 单片机程序设计 19
4.1.1 单片机程序设计思路 19
4.1.2 主程序设计 20
4.1.3 按键模块子程序设计 21
4.1.4 红外遥控模块子程序设计 23
4.1.5 DA转换模块子程序设计 23
4.1.6 数码管显示模块子程序设计 24
4.1.7 软件仿真 27
5 系统硬件调试 29
总结与展望 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
1 绪论
1.1 课题研究背景
直流稳压电源是当今电力电子、通讯等高新科技技术领域的电子设备启动控制的动力，是数控系统安全可靠运转的根本保证。数控领域的直流稳压电源要求响应迅速、精确度高，为了适应这一要求好多电源研究人员又成功的将单片机数控技术引入到电源研发领域中，它可以有效地解决诸如传统的稳压电源的输出电压水平低的问题，响应速度慢，复杂的内部布线问题，提高直流稳压电源的综合电性能水平。
远程控制（遥控）技术的发展经历了几十年的发展，在上世纪60年代早期，一些发达国家开始对平民使用远程控制技术产品进行研究，但由于时间的限制，技术条件限制，远程控制技术的发展非常缓慢。到了1980年，随着大规模集成电路的发展，远程控制技术得到了迅速发展。在远程控制方面，一般都经历了从有线到无线，从振子的红外光谱，然后对单片机的红外遥控等阶段。不管选什么办法，做到信号的准确，最终达到准确的控制效果是尤为必要的。最早的无线远程控制装置是选的电磁波作为介质，因为电磁波本身容易造成干扰，也经常遇到各种干扰，所以渐渐的开始使用超声波和红外线作为信号传输介质。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。相比于其他控制，光控较为理想，渐渐地，红外远程控制方式成为了主流。[1, 2]
线性电源技术出现较早，技术比较成熟，在开关电源技术出现之前广泛应用于各种电子设备中。开关稳压电源技术最早在1940年出现，是美国航天局研发出来的，但是它成本略高、电路较为复杂，所以只在很少领域中使用，后来随着制造业技术的发展与进步，尤其是在出现了新型的功率半导体器件以后，开关稳压电源的开关频率又得到了提高，系统结构更加的简单，成本更加的低廉，开关电源技术得到了广泛应用。目前，在美国、英国、德国、法国及日本等国家，工作频率在 0.5~1MHz 的开关电源已经进入应用阶段，效率达 70%~90%。日本的某个公司推出的新式的分布式隔离型开关电源，效率达到 95％。工作频率在 1到2兆赫兹的开关电源也已研究出来。我国开关电源的研究相对较晚，仍与其他发达国家的经济发展水平差距较大。目前，超过1000000000000赫兹的开关电源的研究。当然，对电源技术的研究处于快速发展时期，开关电源发展的方向是达到体积更小控制更智能。[3~8]
1.2 直流稳压电源的发展现状
稳压电源是能连续提供额定电压等级的直流电压的电源，能够保护电气系统和设备的安全稳定运行，并被广泛应用于工程。传统的稳压电源受到产品的性能、生产条件等因素的影响，整体上存在装置功能太简单，输出电压太低，没有较强的抗干扰能力，电路接线太过复杂，体积大，重量大等一系列问题。由于那时电子技术水平有限，很难在小范围内进行调整，这样它的使用范围就降低了不少。随着单片机技术不断成熟，许多研究者就利用单片机结合高性能的电子器件来研发稳压电源系统，这已经变成研究电源的一个新领域。
社会的进步带动着科学技术的进步，单片机的应用范围一天比一天大。研究者的设计理念随着单片机的应用而被改变了，之前许多功能都是用模拟电路，数字电路或逻辑电路实现，到如今都可以用单片机来轻松解决，通过软件编程来实现。单片机因为它本身体积较小，工作的可靠性也很高还有它性价比高容易批量生产的特点，在家用设备上得到了广泛的应用。之后，大量的电器装备也都开始用红外线远程控制，所以单片机的发展一定程度上促进远程控制系统的研发。
在许多方面红外远程控制技术都发展的很快，尤其在家用电器等地方，例如空调，冰箱，电视机等，在某些电子领域也有较多的应用，现在人们的生活水平越来越高，对产品的要求也越来越高，要求能更方便的使用、智能化越来越高，红外线远程控制技术越来越能适应人们的这些要求。[9~12]
图 2-5 半桥变换器
当 Tr1导通时，电源电压 Vs经 C2 和变压器初级绕组到地对 C2 充电，电容 C1 则经 Tr1、C2 和变压器初级绕组放电，中点 A 电压升高 ΔVE1。当 Tr1截止且 Tr2尚未导通时，中点 A 电压又恢复到接近 Vs/2。当 Tr2导通时，电源电压经 C1、变压器到地形成 C1 的充电回路，此时 Tr1截止，C2 则经变压器、Tr2放电，中点 A 电压又下降 ΔVE2，若电路参数对称则 ΔVE1=ΔVE2。[18, 19]
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