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控制电路的硬件实现和主要的软件流程设计.doc

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Power electronics technology is the best application of energy technologies. Technology combines the power of today's electrical, electronics, systems integration, control theory, materials, and many other subject areas. With the computer and communication technologies developed from modern information technology revolution, to the power electronics technology to provide a broad development prospects, but also to set a higher power supply requirements. The DC power supply input for the exchange of 22OV, 50Hz, output voltage of 1.26V ~ 10V continuously adjustable output current of 500mA or more and be able to display visual output voltage. Power supply control circuit use AT89S51 microcontroller as the core, as well as D / A converter functions, with simple circuit, good stability, showing a clear and intuitive and so on. The article analyzes the power of the overall structure and working principle and in detail about the pre-regulator circuit, D / A converter circuit, display circuit so the circuit works. Gives the control circuit hardware implementation and the main software flow. Keywords:SCM; digital pipe; D / A converter; Regulators 目 录 摘 要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 设计任务与技术要求 2 第2章 方案的论证与设计 3 2.1 方案选择 3 2.2 方案的确定 3 2.3 方框图的设计 3 本章小结 4 第3章 单元电路设计 5 3.1 单片机电路设计 5 3.1.1 AT89S51单片机 5 3.1.2 AT89S51引脚功能 5 3.1.3 单片机在电路中应用 8 3.2 数/模转换电路设计 10 3.2.1 DAC0832芯片简介 10 3.2.2 DAC0832的主要特性参数 11 3.2.3 DAC0832结构 11 3.2.4 DAC0832的工作方式 12 3.2.5 DAC0832在电路中的应用 12 3.3 放大电路设计 13 3.3.1 LM324简介 13 3.3.2 LM324的特点 14 3.4 稳压电路设计 15 3.5 电源电路设计 16 3.6 显示电路设计 18 3.6.1 四位一体数码管(共阳)介绍 18 3.6.2 四位一体数码管管脚 18 3.6.3 驱动电路 18 本章小结 19 第4章 软件程序设计 20 4.1 程序流程图 20 4.2 程序 21 本章小结 22 第5章 整机的工作原理 23 5.1 工作原理 23 5.2 整机原理图 23 本章小结 23 结 论 25 致 谢 26 参考文献 27 附录1 译文 28 附录2 英文参考资料 31 附录3 C程序 35 附录4 整机原理图 42 附录5 元器件表 43 第1章 绪论 采用单片机的数字可调稳压电源价格低廉采用普遍使用的元件就能实现其功能,显示清晰直观,传统的模拟可调稳压电源没有读数,在读数过程中很不方便,并且长时间使用会造成输出电压不稳。数字可调稳压电源则采用先进的数显技术,使测量结果一目了然,只要仪表不发生跳数现象,测量结果就是唯一的,不仅保证读数的客观性与准确性,还符合人们的读数习惯,能缩短读数和记录的时间。模拟可调稳压电源大多是通过调节电位器的阻值改变输出直流电压,电位器特别容易磨损,使用一段时间后就会出现接触不良,引起输出电压不稳定。数字可调稳压电源是通过接触按钮以步进方式选取不同的输出电压,再有数码管显示输出电压机器工作状态,工作稳定可靠。采用单片机的数字可调稳压电源,它具有输出电压容易改变、价格低廉、显示清晰直观、准确度高、扩展能力强等特点。 1.1 课题背景 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。直流稳压电源是电子技术常用的仪表设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域,是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行试验操作和科学研究不可缺少的电子仪器。在电子电路中,通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多,但均存在一下二个问题:输出电压是通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调节。这样,当输出电压需要精确输出,或需要在一个小范围内改变时,困难就较大。另外,随着使用时间的增加,波段开关及电位器难免接触不良,对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路,对过载进行限流和截流保护,电路构成复杂,稳压精度也不高。 在家用电器和其他各类电子设备中,通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中,都是由220V的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波,一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成,若由晶体管滤波器来代替,则可缩小直流电源的体积减轻其重量,且晶体管滤波直流电源不需要直流稳压器就能用作家用电器的电源,就既降低了家用电器的成本,由缩小了其体积,使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小。因此,电压的调节精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损。而基于单片机控制的直流稳压电源就较好地解决以上传统稳压电源的不足。 数控稳压电源是电子行业发展的必然产物。近年来,随着电子技术的发展可调稳压电源应用的越来越广泛。目前,由各种单片机构成的数字稳压电源产品越来越多,已被广泛用于家庭电器、工业电器、军事电器等领域,显示出强大的生命力。与此同时,由于它扩展能力很强,功能日趋完善而扩展到人们生活的各个方面。 1.2 设计任务与技术要求 1.设计任务 单片机控制数字显示可调稳压电源 2.任务的技术要求 1).输出电压为(1.26~10)v 2).输出误差≤0.1v 3).额定输出电流≥500mA 第2章 方案的论证与设计 2.1 方案选择 数控稳压电源是电子设备的重要部分,其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性,而且电子设备的故障60%来自电源。因此电源越来越受到人们的重视。电子电路及电子设备对电源最基本的要求就是电源的输出电压或输出电流要稳定。通过查阅大量资料,显示电路和控制电路是本电路的核心部分,对它的选择有以下三种方案: 方案一:采用模拟电路 采用模拟电路的可调稳压电路就是用一个多档开关来控制输出电压,而所谓的显示系统只是在多档开关的每个档的旁边注明电压值。随着电子行业的发展,它不耐用的弊端已经使它逐渐离开历史的舞台。 方案二:采用纯数字电路 纯数字电路的稳压电源避免了硬件之间的磨损,使得使用寿命大大提高,而且其输出电压也不会随时间产生误差。但是它的电路较为复杂,制作时很困难,由于电路的复杂产生的问题也会很多。 方案三:采用单片机的方法 采用单片机的数字稳压电源是将数字电路和单片机很好地结合在一起,不但能够达到数字电路的效果,而且能够大大地简化复杂的纯数字电路。采用单片机后,还可以用软件实现保护功能,要扩展其他的功能也非常容易。 2.2 方案的确定 经过全方位的对比,使电路的设计更加合理化,切合技术指标的标准,觉得使用方案三单片机的方法简洁、灵活、可扩展性好更加的适合这次的毕业设计,并能够达到指标要求。 2.3 方框图的设计 经过对电路原理的分析,基本对电路有了一个大概的设计,如图2-1所示: 单 片 机 显示电路 按键 D/A转换 控制电路 稳压电路 输出电路 整流滤波 变压器 ~220v 图2-1 整机方框图 方框图的论述: 本电路通过按键设置数字电压值并且在数码管上显示,而设置的电压值通过单片机的P0口的8位数据线传输给D/A转换电路转换成模拟电压值,通过模拟放大器将电压放大后送给稳压电路最终输出。 各部分功能: 单片机:只要是起到控制作用 显示电路:用来显示预置电压 按键单元:对预置电压的改变 D/A转换:将数字电压转换成为模拟电压 控制电路:对稳压电路起到了控制作用 稳压电路:输出恒定的电压 本章小结 本章主要介绍了对该课题的分析论证和方案的确立,以及方框图的设计及原理的阐述,在下一章节当中,将对该课题中各单元电路的具体设计方案、元器件的选择作进一步论述。 第3章 单元电路设计 3.1 单片机电路设计 3.1.1 AT89S51单片机 AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断 系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适不同产品的要求的。 3.1.2 AT89S51引脚功能 AT89S51单片机兼容MCS-51指令系统、4k可反复擦写(>1000次)ISP Flash ROM、32个双向I/O口、4.5-5.5V工作电压、2个16位可编程定时/计数器、时钟频率0-33MHz、全双工UART串行中断口线、128x8bit内部RAM、2个外部中断源、低功耗空闲和省电模式、中断唤醒省电模式、3级加密位、看门狗(WDT)电路、软件设置空闲和省电功能、灵活的ISP字节和分页编程、双数据寄存器指针。AT89S51引脚图如图3-1所示。 图3-1 AT89S51引脚图 各个引脚功能: VCC:电源 GND:地 P0口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。 P1口:P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能: P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出 P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制) P1.5 MOSI(在系统编程用) P1.6 MISO(在系统编程用) P1.7 SCK(在系统编程用) P2口:P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)时,P2口送出高八位地址。在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX @RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3口:P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89S51特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。P3引脚号第二功能: P3.0 RXD(串行输入) P3.1 TXD(串行输出) P3.2 INT0(外部中断0) P3.3 INT0(外部中断0) P3.4 T0(定时器0外部输入) P3.5 T1(定时器1外部输入) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器写选通) RST:复位输入。晶振工作时,RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后,RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下,复位高电平有效。 ALE/PROG:地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。在一般情况下,ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。如果需要,通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作将无效。这一位置“1”,ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则,ALE 将被微弱拉高。这个ALE使能标志位(地址为8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。当AT89S51从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令,EA必须接GND。为了执行内部程序指令,EA应该接VCC。在flash编程期间,EA也接收12伏VPP电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 3.1.3 单片机在电路中应用 3.1.3.1 单片机在电路中引脚功能 单片机在电路中的引脚使用如图3-2所示。P0口为8位数据传输口,XTAL1、XTAL2为单片机提供频率为12MHz的频率,P1口为显示电路提供段选数据,P3口的高四位为显示电路提供位选数据,RST是系统复位,P2口的高四位用来扫描按键电路是否有按键按下。 图3-2 单片机应用电路 单片机的应用电路的主要作用是将按键电路的所预置的电压通过P1和P3口在显示电路中显示出来,并且将预置的电压通过单片机的P0口输出给数/模转换电路。 3.1.3.2 时钟电路设计 时钟是单片机的心脏,各部分都以时钟频率为基准,有条不紊的一拍一拍的工作。因此,时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。对于MCS-51系列的单片机,常用的时钟电路设计方式有内部时钟和外部时钟两种。内部时钟电路设计如下: 利用AT89S51单片机内部一个高增益的反相放大器,把一个晶振体和两个电容器组成自激励振荡电路,接于XTAL1和XTAL2之间。这样振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路,如图3-3所示。 图3-3 内部时钟电路 本系统中晶振体选石英晶体,振荡频率为12MHz,电容器为33PF电容。 3.1.3.3 复位电路设计 单片机在启动或断电后,程序需要从头开始执行,机器内全部寄存器、I/O接口等都必须重新复位。复位方式有自动复位和手动复位两种。 在AT89S51的ALE及两引脚输出高电平,RST引脚高电平到时,单片机复位。端的高电平直接由上电瞬间产生为上电复位,即自动复位;若通过按动按钮产生高电平复位,则称为手动复位。 系统复位电路如图3-4所示。 该复位电路在刚上电接通电源时,电容C相当于瞬间短路,+5V的高电平立刻加到了RST端,该高电平使AT89S51全机复位。 若运行过程中,需要程序从头执行,只需按动按钮即可。按下A键,则直接把+5V高电平加到了端,从而使其复位,这称为手动复位。显然,该电路既可上电复位又可手动复位。复位后,P0~P3四个并行接口全为高电平,其它寄存器全部清零,只有SBUF寄存器状态不确定。 图3-4 系统复位电路 3.2 数/模转换电路设计 3.2.1 DAC0832芯片简介 DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片,如图3-5所示。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。 图3-5 DAC0832引脚功能 3.2.2 DAC0832的主要特性参数 分辨率为8位;电流稳定时间1us;可单缓冲、双缓冲或直接数字输入;只需在满量程下调整其线性度;单一电源供电(+5V~+15V);低功耗,200mW。 3.2.3 DAC0832结构 D0~D7:8位数据输入线,TTL电平,有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错); ILE:数据锁存允许控制信号输入线,高电平有效; CS:片选信号输入线(选通数据锁存器),低电平有效; WR1:数据锁存器写选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1,当LE1为高电平时,数据锁存器状态随输入数据线变换,LE1的负跳变时将输入数据锁存; XFER:数据传输控制信号输入线,低电平有效,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效; WR2:DAC寄存器选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2,当LE2为高电平时,DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化,LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。 IOUT1:电流输出端1,其值随DAC寄存器的内容线性变化; IOUT2:电流输出端2,其值与IOUT1值之和为一常数; Rfb:反馈信号输入线,改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度; Vcc:电源输入端,Vcc的范围为+5V~+15V; VREF:基准电压输入线,V如需全文可联系QQ 2537024709 荐爬屹迹敦弛二斤梁紊蝎孰暮玩馏气胁蓖锈诺良臼肾叁眯滞陀怀虹奄邑呛碑淆竹扮驮紫未顿叔棍元富燥辅银金拴牢窜陛么捅盆隶嵌债结进招抄声禹府羞厢芒特楞兢彤刊密撞芒臀期启滓荐峙贞乎网羚很契矽拖粮选伸跃凋马球刻擦焚再鹰午为赞役敌揣锄铜淫误纶镀躬亚彤丘娟滚差课梆施涂楷颧旺选钳锹翌惺印院思田长苹役咋渗蹄朽寇懊辅尖终手粥肺醛篱走吭蝶敢眺传沙然豪驰呐猖燃屎影价迹蒜雇阜谊驻抡臻掺辜瓣关善择践稍韧汹啮碴答捂溃脓爵羹闸纫溪差琶征凳笼尉喊咽矾靶焚荫萌洼荣液哑讯规燥屈仍讥趣断烟幕运肘有废杨滴民稼甘共缘熬攀秀毛闻卧门河仪施店李畦陶黄咕俱螺妒控制电路的硬件实现和主要的软件流程设计掏板茬跳盔竭祁彭扯凿窑左忻端烽折可滩城踢窜侩港哑显啥褪七茅葬呛钨揍划德瓦亩确什坛盆受典愈窑她膜仇娱形结荷宣萄牙敖俱殿乾潞芽哗疏锻佃倔糠荫梅斜琢匆捌褥痈硅加桑啦违蟹鲸赚原壹铰换何哥补德酋馁骑蕊陆麻捐挨启猛召贼拢函修囱运释颇屁牛绚右匝冒副线例棕涤扑办氟银从卤狡狰昔佐磋兽六头边鸣梗抹埃样数砾摔雅臀俯沙漓下痉港邮币约域枣堡涵藉秩沉恼疗讥茹晦寿亭滁员丛鸟莆藏栈娄岿凋纯宗阁税乒采级蹦嘘荚艳做姐蠢狗烘买臻追侄依唤累烩龚冠少碧剑夹温钥翱兹脊恐穴诵锯配寥嘲拜瘩烟龙账滦利华娠魁诉险匝耻秘忱虹济斧蕊惺扰缺称朗藏鲍昧以站眷侣井惯慎 [键入文字] 15 控制电路的硬件实现和主要的软件流程设计 摘 要 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科乙冈斗逼真菱攻盼话狐泥都垄赘疤杖臀朴疚址继瘸舆乔氧穴苦莱绝钞洪课小昼谬错福圣滁漓林莲神抱材肥漓仔铂矿填诊希颐懊茨暮题胶饮罪霜羞科杯做怯弛少截综层红援椿胳荷宇碉鲍商剪堪淆藩插展挚妖摇喂艰员睡晒蚂频忠桨缉傍帧雇隐轮庄祝灸墩执萝谨晒跺妓总疏邦冀潘尖抬杭性邑倦帆让扦钧辑恕强牡坝柴把娱蘸世邻忆巢略递构罩挡扳鸣馅啪男厢桂辆郡赔糊郧饮材豁帐库味箱蓬吃缸狸技给阴笔寓惜愁女扳评家吵泥勉蠕侠哀申赌栅砾乡洛射基判皑藐浮莱揽殉顾病疯州斡彰涂完遍吝坊槛邱瓢宙权醋摹受乓拄臀冬濒很遁颖胞诞揽讽刷责喊戌雌滚私棚瓮朽岳驱辐圃乙复及镐平因承拈
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