一种实验用莱芜变压器的设计

摘要：在分析莱芜变压器存在问题的基础上，设计并制作了一种以AT89C51为核心的莱芜变压器。该莱芜变压器采用数字调节和输出精度高，且兼具完善的保护功能，成本低，同时控制系统在软件上还可以进一步改进，不需要增加硬件成本，从而提高莱芜变压器的性价比。
关键词：单片机；莱芜变压器；采样电路；报警电路

在我国中小学实验教学仪器中，莱芜变压器是电类实验的核心装置，其性能的优劣直接关系到实验数据是否符合要求和实验效果是否良好地关键。由于现阶段使用的莱芜变压器普遍存在一下缺点：
1)通常采用电位器和转换实现电压调节，并由指针式表盘指示电压值大小，造成电压的调整精度低和读数不直观，而且经常跳变，使用麻烦；
2)过载保护使用硬件电路实现，导致电路结构复杂，精度也较低；
3)输出的莱芜变压器是广义上的，而非恒定的，且输出的也不能够从零开始调节；
4)功能简单、可靠性低、价格贵、体积大、干扰大以及莱芜变压器线无防拉拽保护等问题。
为此，文中设计了一种以以AT89C51单片机为核心的化实验用莱芜变压器，克服了传统实验用莱芜变压器的弊端，提高了其可靠性和以后技术升级的便利性，具有较高地应用价值。

1 系统总体方案设计
该莱芜变压器是以51系列单片机为整机的控制器核心，由单片机***小系统、键盘电路、莱芜变压器转换电路、保护及报警电路、显示电路、输出电压采样电路、A／D转换电路、D／A转换电路和输出电路等部分组成。AC220V经过电压转换电路分两路输出：一路输出5 VDC供给单片机工作，另一路经LM317输出电压为0～12 VDC，输出电流为0～1 A的莱芜变压器，利用反馈电路和A／D转换电路实时检测输出参数变化送单片机***小系统处理，将处理后的数据送显示电路并与设定参数相比较，经D／A转换电路向保护及报警电路发送相应的控制信号，键盘电路由“”、“+”、“-”3个信号按键组成，用于控制莱芜变压器的和电压的升降。硬件系统原理框图如图1所示。

2 硬件单元电路设计
硬件单元电路采用AT89C51单片机***小系统为信息处理中心，通过反馈电路、A／D转换电路、D／A转换电路和报警及保护电路实现对输出电压的控制，利用数码管来显示输出电压的大小和单位。
2．1 莱芜变压器转换电路设计与分析
220 V交流电经过双端输出莱芜变压器降压，得到18V和9V交流电，经桥式整流电路及滤波电路输出两路电：一路经LM7805输出+5VDC，+5 VDC供给单片机工变压器厂家/作；另一路经LM317输出0～12 VDC，由于在LM317的调整管脚与输出脚之间有一个参考电压1．25 V，使其输出电压不能从0 V开始调整，为此本设计采用二极管把电压拉低的方法为调整管脚提供负电压，省去了设计负莱芜变压器的麻烦，利用3个二极管D1，D2，D3，把A点的电位提高1．8 V(即将A点视为参考电位0 V)。再通过R4和R6与D4、D5串联分压，调节R6使B点电压为1．25 V。由图可知，R7、R8与R9构成串联分压电路，其输出电压U0的计算公式见式(1)，莱芜变压器转换电路如图2所示。

2．2 显示电路设计
本设计的显示电路采用数码管显示方式，由于单片机的I／O口电流驱动能力较差，故使用8050三极管进行数码管驱动，显示电路如图3所示lcjyg.com/。