數(shù)控電壓源的設(shè)計(jì)論文_第1頁(yè)
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1、 . . . XXXXXXXXXXXXXX本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)學(xué) 院: XXXXXXXXXXXXXXX專(zhuān) 業(yè): XXXXXXXXXXXXXXX學(xué) 生: XXXXXXXXXXXXXXX指導(dǎo)教師: XXXXXXXXXXXXXXX完成日期: XXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXX本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)數(shù)控電壓源的設(shè)計(jì)(實(shí)物制作)總計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 38 頁(yè)表格 3 表插圖 17 幅38 / 43摘要本課題以LM2576-ADJ作為調(diào)整輸出電壓的主控器件,通過(guò)調(diào)節(jié)按鍵來(lái)調(diào)整輸出電壓。同時(shí)借助AD0832進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并一次將需要顯示的信息提供給數(shù)碼管。本系統(tǒng)由五個(gè)模塊

2、構(gòu)成,分別為L(zhǎng)M2576輸出電壓控制模塊、單片機(jī)、數(shù)碼管顯示模塊、整流濾波模塊以與AD0832 A/D轉(zhuǎn)換模塊,通過(guò)這幾個(gè)模塊的有機(jī)組合,構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)控穩(wěn)壓電源。該穩(wěn)壓電源具有數(shù)字顯示功能,還具有能耗低、電壓穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:LM2576;輸出電壓;單片機(jī);數(shù)碼管AbstractThis topic to a LM2576 - ADJ as main control device to adjust the output voltage, by adjusting the slide rheostat value to adjust the output voltage.At the sa

3、me time use AD0832 to A/D conversion and A will need to display the information provided to digital tube.This system is composed of six modules, respectively LM2576 output voltage control module, microcontroller, digital tube display module, rectifier filtering module, AD0832 A/D conversion module a

4、nd DS18B20 temperature measurement module, through the organic combination of several modules, constitute A complete numerical control regulated power supply.The regulated power supply with digital display function, but also has the advantages of low energy consumption, the voltage stability.Key wor

5、ds:LM2576;The output voltage;Single chip microcomputer;Digitalt目錄摘要IAbstractII第一章概述11.1引言11.2 數(shù)控電壓源的意義21.3 國(guó)外現(xiàn)狀研究31.4數(shù)控電壓源的設(shè)計(jì)要求4第二章方案論證與比較52.1 輸出電壓控制模塊52.2 顯示模塊62. 3控制芯片的模塊62. 4按鍵模塊6第三章控制電路設(shè)計(jì)73.1 STC89C51簡(jiǎn)介73.2 STC89C51主要相關(guān)參數(shù)83.3 STC89C51引腳說(shuō)明83.4單片機(jī)最小系統(tǒng)103.5中斷技術(shù)12第四章數(shù)控穩(wěn)壓電源電源電路模塊144.1 整流濾波電路144.2輸出電壓

6、控制的設(shè)計(jì)144.3 D/A轉(zhuǎn)換和顯示電路的設(shè)計(jì)16第五章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)205.1 程序設(shè)計(jì)、流程圖205.2 部分程序流程圖205.3 數(shù)碼管顯示子程序流程圖22第六章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果246.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試246.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試246.3 測(cè)試結(jié)果24測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表:24結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致27附錄一系統(tǒng)仿真圖28附錄二程序29第一章概述1.1引言電源技術(shù)的發(fā)展在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展中起到了不可替代的作用。各行各業(yè)的發(fā)展都離不開(kāi)電源,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)電源的性能要求越來(lái)越高,電源提供電壓的穩(wěn)定性以與電壓的精度是電源的重要性能指標(biāo)。為了提高電源的性能,數(shù)控電源技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)

7、展,應(yīng)經(jīng)成為一個(gè)熱門(mén)的研究領(lǐng)域。數(shù)控電源技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)成為了一個(gè)與多個(gè)學(xué)科(電子、控制等)理論相互交織的綜合學(xué)科。新技術(shù)的不斷發(fā)展,為數(shù)控電源技術(shù)的發(fā)展提供了更先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法,但也提出了更高的性能要求。隨著科技的不斷進(jìn)步,對(duì)電源有精確控制要求的領(lǐng)域越來(lái)越多,傳統(tǒng)的電源顯然是滿(mǎn)足不了需求的,因此,數(shù)控電源的市場(chǎng)越來(lái)越大,研究的人也越來(lái)越多,數(shù)控電源已經(jīng)成為當(dāng)今世界各行各業(yè)發(fā)展必不可缺的重要設(shè)備。電源的數(shù)字化、智能化是電源技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。在實(shí)驗(yàn)室中,穩(wěn)定的可調(diào)直流電源有著不可取代的地位,很多實(shí)驗(yàn)的成敗都取決于電源的性能。一般常見(jiàn)的直流穩(wěn)壓電源主要通過(guò)粗調(diào)波段和細(xì)調(diào)電位器的手段來(lái)控

8、制對(duì)電壓的輸出,電壓值的讀取依賴(lài)于指針的顯示,這種方式具有以下幾個(gè)面向的缺點(diǎn):(1)指針式的電壓值獲取方式不夠精確,誤差較大;(2)對(duì)電壓穩(wěn)定性的控制能力不夠精細(xì);(3)電壓的調(diào)節(jié)難度很大;(4)電位器比較容易磨損;(5)電路的構(gòu)成極為復(fù)雜,導(dǎo)致電源的體積很大,給使用帶來(lái)很多不便。上述問(wèn)題的一個(gè)比較理想的解決方案就是將電壓值的獲取以數(shù)字顯示的形式給出,同時(shí)基于單片機(jī)進(jìn)行控制。本文的主要思路是,基于單片機(jī)和外圍電路,以與其他元器件實(shí)現(xiàn)數(shù)控式可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)具備設(shè)定顯示電壓值輸出、輸出穩(wěn)定電壓值、存儲(chǔ)等便捷功能。在此作品的研究和設(shè)置過(guò)程中,設(shè)計(jì)者能更熟練的掌握單片機(jī)基本原理,還能學(xué)習(xí)到一

9、些外圍電路的基礎(chǔ)知識(shí),更重要的是,使用c語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的能力得到了較大的提升。1.2 數(shù)控電壓源的意義在當(dāng)代科技與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的過(guò)程中,電源起到關(guān)鍵性的作用。電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門(mén)可用于各行各業(yè)的,實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)。電力電子技術(shù)是電能應(yīng)用的最佳技術(shù)之一?,F(xiàn)如今電源技術(shù)囊括了電氣、電子、控制理論、系統(tǒng)集成和材料等諸多3.3 STC89C51單片機(jī)引腳說(shuō)明學(xué)科領(lǐng)域。隨著通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展的現(xiàn)代信息技術(shù)革命,給電力電子技術(shù)創(chuàng)造了廣闊的發(fā)展空間,同時(shí)也對(duì)電源的提供提出了更高難度的要求。因?yàn)閿?shù)控電源在電子裝置中有較高的使用率,普通電源在使用中產(chǎn)生的極小誤差都會(huì)影響整體系統(tǒng)的精確度。

10、電源在使用時(shí)會(huì)造成諸多不良后果,正因?yàn)槿绱?,電源的?shù)字化控制才成為了人們追求的永恒目標(biāo)之一,它為人類(lèi)提供的方便也是無(wú)可估量的,其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的成功就是一個(gè)典型例子,這使得人們對(duì)它的性能要求也越來(lái)越高。簡(jiǎn)言之,要想為現(xiàn)代人的工作,生活,科研,提供更好更方便的設(shè)施就得從數(shù)字電子技術(shù)入手,一切以數(shù)字化,智能化方向發(fā)展為目標(biāo)。對(duì)我們學(xué)生而言,能在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室和課程設(shè)計(jì)中,一個(gè)穩(wěn)定可調(diào)的直流電源是十分有必要的。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源輸出電壓是通過(guò)細(xì)調(diào)電位器與粗調(diào)波段來(lái)調(diào)節(jié)的,并由電壓表指示電壓值的大小。這種直流穩(wěn)壓電源有電位器易磨損、讀數(shù)不直觀、穩(wěn)壓精度低、調(diào)準(zhǔn)難、電路構(gòu)成不簡(jiǎn)化、體積大等顯而易見(jiàn)的缺

11、點(diǎn),而以單片機(jī)控制為基礎(chǔ)的數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源可以輕松解決以上問(wèn)題。此設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)和外圍電路與其它元器件,設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控式可調(diào)穩(wěn)壓電源。該設(shè)計(jì)具備設(shè)定顯示電壓值輸出、輸出穩(wěn)定電壓值、存儲(chǔ)等便捷功能。在此作品的研究和設(shè)置過(guò)程中,設(shè)計(jì)者能更熟練的掌握單片機(jī)基本原理,還能學(xué)習(xí)到一些外圍電路的基礎(chǔ)知識(shí),更重要的是,大幅度的提高了C語(yǔ)言的軟件編程能力。1.3 國(guó)外現(xiàn)狀研究數(shù)控電壓源技術(shù)作為通信工程的一個(gè)重要的研究方向,經(jīng)過(guò)多年的不斷發(fā)展,已經(jīng)成為一種體系完整的高科技技術(shù)。信息產(chǎn)業(yè)是數(shù)控電壓源技術(shù)早期的主要應(yīng)用領(lǐng)域,隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)數(shù)控電壓源技術(shù)的要求越來(lái)越高,同時(shí)信息技術(shù)的發(fā)展成果也不斷的應(yīng)

12、用到數(shù)控電壓源技術(shù)領(lǐng)域。這樣,二者形成了一個(gè)相互促進(jìn)、相互借鑒的關(guān)系,在這種相輔相成的關(guān)系的促進(jìn)下,二者都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。發(fā)展到今天,電源已經(jīng)成為各行各業(yè)必不可少的設(shè)備,對(duì)電源技術(shù)的研究也擴(kuò)展到了各行各業(yè)。目前電源技術(shù)的主要前進(jìn)方向是設(shè)計(jì)制造頻率更高、效率更高、密度更高、電流更大的低壓多元化電源,另外,為了適應(yīng)全球一體化發(fā)展進(jìn)程的要求,封裝和外形尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化也是一個(gè)不可阻擋的趨勢(shì)。電源技術(shù)發(fā)展到今天,產(chǎn)生了各種各樣的技術(shù),也設(shè)計(jì)制造了樣式各異的電源。當(dāng)前,在主流市場(chǎng)上占有一定份額的主要有:整流焊接電源DC/DC開(kāi)關(guān)電源、UPS、線性穩(wěn)壓電源、光伏逆變電源、點(diǎn)解電鍍電源通訊用的AC/DC開(kāi)關(guān)電

13、源、正弦波逆變電源、交流變頻調(diào)速電源、風(fēng)光互補(bǔ)型電源、電力操作電源、中頻感應(yīng)加熱電源等。影響用戶(hù)對(duì)電源的選擇的要素有很多,其中主要的有:品牌效應(yīng)、價(jià)格因素、電源性能等,而為了更好的應(yīng)對(duì)客戶(hù)的需求,各電源生產(chǎn)廠商都將發(fā)展目標(biāo)定位于數(shù)字化、綠色化、智能化、模塊化。1.4數(shù)控電壓源的設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)的目的是為不同型號(hào)的低壓電器提供穩(wěn)定的電壓,通過(guò)調(diào)節(jié)按鍵可調(diào)出020V穩(wěn)定的電壓,方便使用。本設(shè)計(jì)主要是基于LM2576而設(shè)計(jì)制作用7805可直接輸出+5V穩(wěn)定的電源為單片機(jī)供電。第二章 方案論證與比較根據(jù)對(duì)現(xiàn)狀的分析,以與選題的指導(dǎo),本課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)出能夠數(shù)字顯示的數(shù)控穩(wěn)壓電源,為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,本

14、文將所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)劃分成了四個(gè)功能模塊:按鍵模塊、單片機(jī)模塊、輸出電壓控制模塊、LED顯示模塊。如圖2-1所示:圖2-1 功能模塊圖2.1 輸出電壓控制模塊輸出電壓控制模塊的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于穩(wěn)壓器的選擇,常見(jiàn)的穩(wěn)壓器有兩種:LM317和LM2576,下面對(duì)這兩種穩(wěn)壓器進(jìn)行簡(jiǎn)介。LM317可以提供1.237V圍的電壓輸出,能夠提供的電流為1.5A,是一種三端可調(diào)節(jié)的線性正電壓穩(wěn)壓器。LM317基于線性調(diào)節(jié)的工作方式,會(huì)導(dǎo)致大量的熱量流失,帶來(lái)的壞處一是效率變低,二是浪費(fèi)的熱量還會(huì)給穩(wěn)壓器帶來(lái)負(fù)擔(dān),需要散熱。最重要的是單片機(jī)不能直接到LM317。LM2576可以提供1.2318V圍的電壓輸出,能夠提供的

15、電流為3A,是一種降壓型的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器,采用完全導(dǎo)通或關(guān)斷的方式取代線性調(diào)節(jié)的方式,減少了熱量損耗,提升了工作效率,同時(shí)還置了過(guò)熱和過(guò)流兩種防護(hù)措施,可以擺脫散熱片。綜上所述,LM2576的性能明顯優(yōu)于LM317,因此本文選用LM2576作為輸出電壓控制模塊。2.2 顯示模塊顯示模塊也有多種備選方案,最常用的有LED數(shù)碼管和LCD液晶顯示屏。兩種顯示方式各有優(yōu)缺點(diǎn),LED價(jià)格簡(jiǎn)單、使用方便而且亮度較高,但能耗大;LCD功耗小、接口簡(jiǎn)單、顯示清晰,但價(jià)格昂貴,使用復(fù)雜。結(jié)合對(duì)比權(quán)衡以與課題的具體需求,本文決定選用LED作為解決方案。2. 3控制芯片的模塊芯片的控制模塊主要靠單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),單片機(jī)有

16、有多種型號(hào),比較常見(jiàn)的有兩種,分別是:51系列單片機(jī)和凌陽(yáng)系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格便宜,有較強(qiáng)的算術(shù)計(jì)算能力,而且邏輯控制算法的實(shí)現(xiàn)比較靈活,同時(shí)功耗較低、技術(shù)比較成熟,有很好的抗干擾性能。凌陽(yáng)系列單片機(jī)可以看作是專(zhuān)業(yè)版的51系列單片機(jī),其可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的邏輯控制,進(jìn)行了更高層次的聚合,體積進(jìn)一步減小,運(yùn)算速度進(jìn)一步提高,常用于大規(guī)模系統(tǒng)的控制,但價(jià)格比較昂貴。因?yàn)?1單片機(jī)價(jià)格低于凌陽(yáng)系列,且本次設(shè)計(jì)需要的處理速度較低,出于經(jīng)濟(jì)和方便的角度考慮,方案1為最佳方案。2. 4按鍵模塊鍵盤(pán)接口通常包括兩部分,一是硬件部分,二是軟件部分。硬件是指主機(jī)的連接方式與其鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu);軟件是指

17、鍵盤(pán)的管理程序。常用的按鍵有三種:機(jī)械觸點(diǎn)式:利用金屬的彈性使按鍵復(fù)位。導(dǎo)電橡膠式:利用橡膠良好的接觸性使按鍵復(fù)位。柔性按鍵:面板布局還有外形等可以按照整機(jī)要求設(shè)計(jì),在使用壽命、防潮、防銹、價(jià)格等方面體現(xiàn)出其較強(qiáng)的優(yōu)越性。第三章 控制電路設(shè)計(jì)3.1 STC89C51簡(jiǎn)介STC89C51是CMOS8位微控制器的一種,具有功耗低、性能高的特點(diǎn)。STC89C51在單芯片上有8位的CPU以與系統(tǒng)可編程Flash,同時(shí)整體上還包含了8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器,這些特性使得STC89C51具備了靈活有效的特征,也使得它可以適用于非常多的嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)。STC89C51主要由以下部分組成:256B

18、yte RAM、4K EEPROM、4K Byte Flash、MAX810復(fù)位電路、32位I/O口線、16bit定時(shí)器/計(jì)數(shù)器´3、看門(mén)狗定時(shí)器、全雙工串行口等。STC89C51在頻率為0時(shí)進(jìn)行相關(guān)的邏輯操作,它提供了兩種節(jié)電模式,軟件可以在兩種中任意選擇。當(dāng)處于空閑狀態(tài)時(shí),進(jìn)入空閑模式,CPU不再工作,但是RAM、串口等部件卻可以繼續(xù)工作;當(dāng)處于掉線狀態(tài)時(shí),進(jìn)入掉線保護(hù)模式,RAM中的容可以被保存下來(lái),其他一切操作都停止,直到硬件恢復(fù)正常或下一個(gè)中斷到達(dá)為止。圖3-1 STC89C51引腳圖3.2 STC89C51主要相關(guān)參數(shù)1.核:51核;2.存容量:512B;3.中斷源:8個(gè)

19、;4.通用IO口:3236個(gè);5.UART:1個(gè);6.外形封裝:40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等;7.工作頻率:040MHZ;8.定時(shí)器計(jì)數(shù)器:16位´3;9.Flash容量:4KB;10.工作電壓:3.85.5V;11.機(jī)器周期:6時(shí)鐘(增強(qiáng))/12時(shí)鐘(普通)。3.3 STC89C51引腳說(shuō)明GND:接地。VCC:供電電壓。P0口:P0口是一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口,每個(gè)引腳可用來(lái)吸收8TTL門(mén)電流。如果P0口的管腳接收到的第一個(gè)寫(xiě)入為1,那么就代表此輸入為高阻輸入。P0還可以作為存儲(chǔ)器來(lái)使用,作為第八位數(shù)據(jù)/地址,外部程序可以對(duì)其訪問(wèn)。另外,P0口在FIASH編程中

20、的主要作用是提供原碼的輸入口。P1口:P1口也是一個(gè)8位雙向I/O口,并配有部上拉電阻,可以接收4TTL門(mén)電流。P1口即可以作為輸入,也可以作為輸出,具體是輸入還是輸出由電平的高低決定,高電平時(shí)為輸入,低電平時(shí)為輸出。用于FLASH編程時(shí),作為第八位地址接收。P2口:P2口也是一個(gè)8位雙向I/O口,并配有部上拉電阻,可接收4個(gè)TTL門(mén)電流。P2口也是既可以作為輸入,也可以作為輸出,輸入還是輸出也是取決于管腳電平,當(dāng)管腳處于高位時(shí)是輸入,當(dāng)管腳處于低位時(shí)是輸出。P2口也可以用于外部程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ),以與FLASH編程。P3口:P3.0:串行輸入口P3.1:串行輸出口P3.2:外部中斷0P3.3:外

21、部中斷1P3.4:記時(shí)器0外部輸入P3.5:記時(shí)器1外部輸入P3.6 /WR:外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通P3.7 /RD:外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通I/O口既可以作為輸入口,也可以作為輸出口,當(dāng)作為輸入口時(shí),可以通過(guò)對(duì)端口或引腳的讀取進(jìn)行工作。對(duì)端口進(jìn)行讀取時(shí),數(shù)據(jù)主要來(lái)自于端口鎖存器,而不是外部,在部總線中對(duì)所讀取的信息進(jìn)行各種操作以后,再重新寫(xiě)入端口鎖存器。當(dāng)對(duì)引腳進(jìn)行讀取時(shí),數(shù)據(jù)是真正來(lái)源于外部。在上面對(duì)STC89C51引腳進(jìn)行描述的圖中,可以看到兩個(gè)三角形,這兩個(gè)三角形分別代表的就是對(duì)端口和引腳的讀取操作。具體什么時(shí)候通過(guò)端口,什么時(shí)候通過(guò)引腳,并不是本文關(guān)注的容,相應(yīng)的輸入緩沖器CPU會(huì)自動(dòng)進(jìn)行

22、處理。需要注意的是,在對(duì)引腳進(jìn)行讀取之前,必須對(duì)端口進(jìn)行置1操作,只有這樣才能確保讀入的準(zhǔn)確性,若對(duì)端口進(jìn)行置1操作,即使引腳上輸入的確實(shí)為1,那么在場(chǎng)效應(yīng)管低阻抗效應(yīng)的影響下,使得實(shí)際的輸入就未必是1。正是由于這個(gè)對(duì)端口置1的準(zhǔn)備動(dòng)作的存在,這樣的I/O口通常會(huì)被稱(chēng)為準(zhǔn)雙向口,STC89C51的P0到P3口都是這種情況。ALE/PROG:當(dāng)對(duì)外存進(jìn)行訪問(wèn)時(shí),低位字節(jié)被鎖存于地址鎖存的輸出電平。當(dāng)用于FLASH編程時(shí),這個(gè)引腳的主要作用是輸入編程脈沖。平時(shí)狀態(tài)下,ALE以1/6振蕩器頻率穩(wěn)定的輸出正脈沖信號(hào)。它的這種特性使得它可以被當(dāng)做外部輸出脈沖使用,也可以提供定時(shí)的功能。當(dāng)作為外存使用時(shí),

23、該引腳將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。將SFR8EH地址置為0可以有效的對(duì)ALE的輸出進(jìn)行禁止,處于這種狀態(tài)時(shí),只有遇到MOVC或MOVX指令時(shí),ALE才會(huì)被激活,并且引腳會(huì)被少量的拉高。RST:復(fù)位輸入。/EA/VPP:當(dāng)/EA處于低電平狀態(tài)時(shí),不管有沒(méi)有部程序存儲(chǔ)器,都使用外部程序存儲(chǔ)器。需要注意的是,當(dāng)采用加密方式1時(shí),/EA會(huì)將部鎖定為RESET狀態(tài)。當(dāng)/EA處于高電平狀態(tài)時(shí),將使用部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)用于FLASH編程時(shí),該引腳的作用是提供12V的編程電源。/PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)從外部程序的存儲(chǔ)器中讀取指令時(shí),/PSEN是有效的,但當(dāng)訪問(wèn)的是外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),/PSEN是無(wú)效的。

24、XTAL1:來(lái)自部時(shí)鐘工作電路和反向振蕩放大器的輸入。XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)指的是整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)最核心和必不可少的部分,主要包括單片機(jī)以與時(shí)鐘、電源和復(fù)位等部件。當(dāng)單片機(jī)處于最小系統(tǒng)狀態(tài)時(shí),可以執(zhí)行,并提供最基本的功能,而要實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的功能就需要對(duì)最小系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展,如增加存儲(chǔ)器和A/D轉(zhuǎn)換。是包含ROM/EPROM的,簡(jiǎn)單可靠的單片機(jī)最小系統(tǒng)。STC89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)在圖3-2中,通過(guò)圖3-2可以看出,只需將STC89C51芯片接上復(fù)位電路以與電源,就可以作為最小系統(tǒng)來(lái)使用,但此時(shí)它能提供的控制功能是非常有限的,也因此只能用于小型控制單元。圖

25、3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖1. 時(shí)鐘電路STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)可以通過(guò)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種方式產(chǎn)生。其中部時(shí)鐘方式如圖3-3所示。在圖中可以看出,部時(shí)鐘依賴(lài)于振蕩電路,當(dāng)XTAL1和XTAL2引腳外接上晶振時(shí),振蕩電路就會(huì)變成自激振蕩器,這樣部的時(shí)鐘信號(hào)就會(huì)不斷的產(chǎn)生。圖中的兩個(gè)電容主要用來(lái)快速振蕩并維持頻率穩(wěn)定,電容值維持在530pF之間,典型狀況下為30pF。晶振的振蕩頻率需要控制在1.212MHz之間,一般取12MHz 或6MHz。圖3-3部時(shí)鐘電路2. 復(fù)位電路當(dāng)RST引腳上的高電平在兩個(gè)機(jī)器周期中連續(xù)出現(xiàn)時(shí),復(fù)位操作就會(huì)被觸發(fā)。若兩個(gè)周期以后電平的狀態(tài)還是高電平,那么

26、復(fù)位操作就一直被執(zhí)行下去,直到電平狀態(tài)恢復(fù)到低電平為止。常見(jiàn)的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)方式有按鈕手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位兩種。最簡(jiǎn)單的自動(dòng)復(fù)位依賴(lài)于復(fù)位電容的充放電,只要Vcc的上升時(shí)間在1ms之,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位;手動(dòng)復(fù)位需要借助人工按按鈕的操作,有兩種比較常見(jiàn)的方式:脈沖和電容,其中電平復(fù)位依靠電源Vcc與RST(9)端的連通來(lái)實(shí)現(xiàn),本文選用的就是手動(dòng)復(fù)位方式。圖3-4給出了手動(dòng)復(fù)位的電路圖,當(dāng)時(shí)鐘頻率的要11.0592MHZ時(shí),電容值取10 uF,電阻值取10k。圖3-4按鈕復(fù)位電路3.5中斷技術(shù)中斷技術(shù)主要是指單片機(jī)在中斷請(qǐng)求源的請(qǐng)求下,做出快速有效的處理,在實(shí)時(shí)控制、檢測(cè)中發(fā)揮著重要的作用。中斷

27、技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于單片機(jī)中的中斷系統(tǒng)。當(dāng)中斷請(qǐng)求指令到達(dá)單片機(jī)時(shí),正在執(zhí)行的主程序會(huì)被強(qiáng)制暫停,中斷服務(wù)處理程序開(kāi)始運(yùn)行,當(dāng)中斷服務(wù)處理程序執(zhí)行完畢以后,主程序重新被喚醒,從之前的斷電出繼續(xù)執(zhí)行。圖3-5給出了中斷的響應(yīng)以與處理的整個(gè)流程。圖3-5中斷響應(yīng)和處理過(guò)程中斷技術(shù)在提高單片機(jī)效率上的作用是非常顯著的,因?yàn)槿魶](méi)有中斷系統(tǒng),單片機(jī)就需要不斷的查詢(xún)是否有新的服務(wù)請(qǐng)求,這種查詢(xún)是對(duì)資源的極大浪費(fèi),而中斷技術(shù),使得當(dāng)新的服務(wù)請(qǐng)求發(fā)生時(shí),直接進(jìn)行處理,能夠有效提高單片機(jī)的效率,更好地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求。第四章 數(shù)控穩(wěn)壓電源電源電路模塊4.1 整流濾波電路市電是交流電,其電壓雖然標(biāo)識(shí)的是220V,但實(shí)

28、際上220V只是一個(gè)平均值,它存在著波動(dòng),因此當(dāng)需要比較穩(wěn)定的直流電壓時(shí),就需要整流濾波操作。整流濾波的操作有整流濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文選用的整流濾波電路是橋式的,因?yàn)闃蚴降膶?shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單,而且能夠達(dá)到本文的需求。橋式電路的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1橋式整流濾波電路圖4.2輸出電壓控制的設(shè)計(jì)LM2576系列開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路的常見(jiàn)功能性能指標(biāo)如下:(1)開(kāi)關(guān)頻率:52kHz;(2)最大輸出電流:3A;(3)工作模式:有正常模式和低功耗模式兩種,可以通過(guò)外部控制進(jìn)行選擇;(4)所需外部元件:可調(diào)´6、不可調(diào)´4;(5)輸出電壓:常見(jiàn)的有ADJ(可調(diào))以與3.3V、5V、12V、1

29、5V,可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇;(6)工作模式控制:TTL電平兼容;(7)轉(zhuǎn)換效率:受輸出電壓的影響,在75%88%之間波動(dòng);(8)最高輸入電壓:LM2576HV/ LM2576(60V/40V);(9)器件保護(hù):主要有電流限制和熱關(guān)斷兩種形式;(10)控制方式:PWM;(11)工作溫度:零下40攝氏度到零上125攝氏度之間;(12)封裝形式:TO-220或TO-263。電壓控制電路的設(shè)計(jì),以LM2576為中心,再配以滑動(dòng)變阻器、電容、二極管以與電阻等元器件,通過(guò)對(duì)滑動(dòng)變阻器的控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓的變化。電容等元器件的使用要遵循一定的規(guī)則:C3的輸入電容值大于或等于100F,而且需要在盡可能靠近輸入引

30、腳的位置進(jìn)行安裝,相應(yīng)的耐壓值能夠承受最大輸入電壓等。C4的輸出電容值計(jì)算公式如下所示(F):C13300 × Vin / Vout × L上面的公式中,Vout代表的是輸出電壓,Vin代表的是最大輸入電壓,L指的是電感L1的取值,來(lái)自于計(jì)算和查表,以H作為度量單位。為了安全使用,電容的耐壓值不能小于電壓的1.5到2倍,同樣道理,二極管的額定電流也不能小于最大電流的1.2倍,同時(shí)為了避免短路帶來(lái)的擊穿風(fēng)險(xiǎn),二極管的額定電流值還不能比LM2576的最大電流值小,二極管的反向電壓也要至少為輸入電壓的1.25倍?;谝陨险撌龅目紤],本文決定選用肖特基二極管,以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的需求。在

31、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到單片機(jī)和其他器件的電源供電問(wèn)題而用一個(gè)變壓器將220V交流電后再經(jīng)電橋整流,獲得25V的平穩(wěn)電壓,然后用穩(wěn)壓管L 7812、L 7805分別進(jìn)行兩次穩(wěn)壓,獲得12V和5V的穩(wěn)定電壓,5V是AT89S52單片機(jī)的工作電壓。具體電路如圖4-2所示:圖4-2 電源輸出電路圖4.3 D/A轉(zhuǎn)換和顯示電路的設(shè)計(jì)DAC0832是一種D/A轉(zhuǎn)換芯片,具有雙通道、8位分辨率的性能,由美國(guó)半導(dǎo)體公司生產(chǎn)。DAC0832因?yàn)槠湫詢(xún)r(jià)比高、兼容性強(qiáng)、體積小的優(yōu)勢(shì),占據(jù)了很大的D/A轉(zhuǎn)換芯片市場(chǎng)份額,是很多單片機(jī)用戶(hù)的首選。學(xué)習(xí)并熟練使用DAC0832 可使我們了解D/A轉(zhuǎn)換器的原理,并提高我們單片機(jī)技

32、術(shù)的水平。芯片如下(圖4-3)所示:圖4-3 DAC0832芯片圖芯片接口說(shuō)明如下所示:DO:信號(hào)輸出接口,主要用于D/A轉(zhuǎn)換的輸出;DI:信號(hào)輸入接口,主要用于命令的輸入;CLK:時(shí)鐘,頻率不超過(guò)600K赫茲;CH0:頻道0,可作為正/負(fù)輸入端使用;CH1:頻道1,可作為正/負(fù)輸入端使用;GND:接地;Vcc/REF:電源輸入/參考電壓輸入。CS_:片選,只有在低電平時(shí)才能發(fā)揮作用;DAC0832的工作原理:?jiǎn)纹瑱C(jī)與DAC0832之間通常需要用四根數(shù)據(jù)線相連,分別是CLK、CS、DO、DI。但考慮到DI和DI在實(shí)際的使用過(guò)程中,不會(huì)同時(shí)同時(shí)被占用,而且單片機(jī)接口通常也是雙向的,因此在實(shí)際的使

33、用中DI和DO可以用一根數(shù)據(jù)線并聯(lián)連接。當(dāng)DAC0832的CS端的電平為高電平時(shí),DAC0832是無(wú)法工作的,此時(shí)DI/DO端口以與CLK端口的電平不產(chǎn)生任何影響,因此可以任意選擇;當(dāng)DAC0832的CS端的電平為低電平時(shí),DAC0832芯片進(jìn)入工作狀態(tài),此時(shí)時(shí)鐘脈沖通過(guò)CLK端輸入,數(shù)據(jù)信號(hào)也通過(guò)DI端進(jìn)入,當(dāng)?shù)?個(gè)脈沖行將結(jié)束時(shí),DI端必須處于高電平狀態(tài),以便信號(hào)的啟動(dòng)。DI端使用2位的數(shù)據(jù)對(duì)通道功能的選擇進(jìn)行編碼,此步驟完成在第2、3個(gè)脈沖下沉之前。這兩位編碼可以組合出四種情形如下:當(dāng)編碼為“11”時(shí),只有CH1通道起作用;當(dāng)編碼為“10”時(shí),進(jìn)隊(duì)CH0通道起作用;當(dāng)編碼為“01”時(shí),C

34、H1被當(dāng)成正輸入端使用,而CH0責(zé)備當(dāng)成負(fù)輸入端使用;當(dāng)編碼為“00”時(shí),CH1被當(dāng)做負(fù)輸入端使用,而CH0則被當(dāng)作正輸入端使用。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)脈沖結(jié)束以后DI端的使命就完成了,DO端開(kāi)始發(fā)揮作用,將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)讀取過(guò)來(lái)并進(jìn)行輸出。從第四個(gè)脈沖完成,一直到第十一個(gè)脈沖完成,DO端會(huì)按照從高到低的順序依次輸出一個(gè)字節(jié)的8位轉(zhuǎn)換結(jié)果,從第十一個(gè)脈沖下沉完成后,開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié),此時(shí)一直到第19個(gè)脈沖之間都不需做處理,直接輸出,這樣的過(guò)程就是一個(gè)完整的D/A轉(zhuǎn)換過(guò)程。D/A轉(zhuǎn)換完成以后,將CS端的電平調(diào)整到高電平,芯片停止工作,對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。若要同時(shí)使用多個(gè)7段LED數(shù)碼管,就必須應(yīng)用掃描式

35、的顯示。硬件電路方面,首先將每個(gè)7段LED數(shù)碼管的a、b、cg都連接到一起,然后使用晶體管對(duì)他們的共同引腳進(jìn)行逐個(gè)驅(qū)動(dòng)。最后的顯示是通過(guò)將第一個(gè)7段LED數(shù)碼管需要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送到a、b、cg總線上,并把掃描信號(hào)發(fā)送到公共端來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖中LED2LED0分別連接89C51的P3.1 P3.3管腳,根據(jù)89C51的輸出信息來(lái)判斷驅(qū)動(dòng)哪一個(gè)數(shù)碼管,即哪一個(gè)數(shù)碼管亮,而AH連接89C51單片機(jī)的P0.0P0.7管腳,根據(jù)89C51的輸出的數(shù)字信息從而判斷數(shù)碼管的哪一段亮,顯示出所輸出的電壓值。具體電路如下(圖4-4)所示:圖4-4 顯示電路電路圖第五章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)5.1 程序設(shè)計(jì)、流程圖

36、圖5-1程序流程圖5.2 部分程序流程圖針對(duì)軟件的運(yùn)行過(guò)程做一下說(shuō)明:該軟件程序設(shè)置KEY1為控制電壓上升鍵,當(dāng)一直按住KEY1鍵不松開(kāi)時(shí),電壓的輸出以0.1V連續(xù)遞增,一直到斷開(kāi)KEY1鍵。如果按照一定的時(shí)間間隔按動(dòng)KEY1鍵,電壓的輸出也按照一定的時(shí)間間隔遞增。KEY2為控制電壓下降的鍵,跟KEY1的功能基本類(lèi)似。2個(gè)數(shù)碼管上也會(huì)顯示電壓的輸出值。電壓源輸出的控制,采用這種人機(jī)交換設(shè)置更加的方便可行。源程序的工作過(guò)程可以分為以下六個(gè)步驟:第一步,系統(tǒng)初始化,輸出默認(rèn)值0V電壓(2個(gè)數(shù)碼管顯示值為0.0V);第二步,掃描KEY1,KEY2鍵,按下任意鍵,程序則跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的按鍵處理子程序;第三

37、步,處理相應(yīng)按鍵處理子程序,再置相應(yīng)的標(biāo)志位,得出相應(yīng)寄存器的值;第四步,返回主程序,根據(jù)不同標(biāo)志位所得的對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸給DAC0832,并在緩沖區(qū)顯示;第五步,在顯示電源中輸出電壓值;第六步,掃描KEY1,KEY2鍵,程序循環(huán)。在編程過(guò)程中,兩個(gè)數(shù)碼管上的數(shù)字顯示,分別被R1,R2所存放;增減標(biāo)志位是用來(lái)存儲(chǔ)寄存器準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換的數(shù)字量B,BJF的。如圖5-2所示:圖5-2部分程序流程圖(1)圖5-3部分程序流程圖(2)5.3 數(shù)碼管顯示子程序流程圖程序?qū)崿F(xiàn)的功能是將單片機(jī)從AD0832讀取的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為七段碼在LED上顯示出來(lái)。顯示方式采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方式,先給位選信號(hào),再給段選信號(hào),然后延時(shí)

38、一下。結(jié)束延時(shí)10ms顯示第四位送形第四位送位選給低復(fù)位沖4s<t<960us第三位送形第三位送位選給低延時(shí)10ms顯示第二位送形第二位送位選給低第一位送形第一位送位選給低延時(shí)10ms顯示,圖5-4。圖5-4 數(shù)碼管顯示程序流程圖第六章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果6.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試使用通用的電表對(duì)本文設(shè)計(jì)的電源進(jìn)行測(cè)量,將所得的結(jié)果與數(shù)字顯示值和數(shù)碼管顯示值進(jìn)行比對(duì),如果誤差超過(guò)了合理的圍,那么就需要對(duì)軟件部分進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試的重點(diǎn)應(yīng)該放在采樣模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊的代碼,使用軟件調(diào)試的常用方法,逐步排查,找到問(wèn)題所在。6.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試系統(tǒng)可能出現(xiàn)的偏差有兩類(lèi),一是輸出的電壓不夠穩(wěn)定,有

39、波動(dòng),二是數(shù)字的顯示與數(shù)碼管的顯示存在不一致。如果出現(xiàn)上面的兩類(lèi)偏差,就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件調(diào)試。硬件調(diào)試的方法是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各類(lèi)檢查,檢查主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行:(1)各部件是否都是完好無(wú)損的;(2)電阻的選擇是否科學(xué);(3)電壓的供應(yīng)是否正常。硬件調(diào)試是解決問(wèn)題的有效手段。6.3 測(cè)試結(jié)果表6-1:測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表結(jié)論本課題最初的定位目標(biāo)是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字式數(shù)控穩(wěn)壓電源,在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中查閱了許多的文獻(xiàn)資料,在對(duì)前人工作總結(jié)的基礎(chǔ)上也增加了一些自己的創(chuàng)新,取得的效果隨稱(chēng)不上完美,但也有一定的實(shí)用價(jià)值。數(shù)字式數(shù)控穩(wěn)壓電源涉與到很多的方面,除了數(shù)字顯示和穩(wěn)定的電壓輸出,還可以很多其他方面的擴(kuò)展研究,

40、這也是本文后續(xù)的努力方向?;仡櫿麄€(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程,是對(duì)我所掌握的理論知識(shí)和動(dòng)手能力的一次綜合考驗(yàn),整個(gè)過(guò)程堅(jiān)持下來(lái),我不僅鍛煉了動(dòng)手能力,將理論用于了實(shí)踐,而且在過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以與持之以恒的精神都得到了很大的提升,這將使我受益終身。參考文獻(xiàn)1 金發(fā)慶。傳感器技術(shù)與應(yīng)用M。: 機(jī)械工業(yè), 2008。2 玉峰。MCS-51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M。:人民郵電,2006。3 朝青。單品機(jī)原理與接口技術(shù)M。:航空航天大學(xué), 2008。4 胡健。單片機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐教程M。:機(jī)械工業(yè),2010。5 躍東。DS18B20集成溫度傳感器原理與應(yīng)用M。: 機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào)。2012。6 CUNNO

41、LD F AThe optical system of the disappearing filament pyrometerMProcRoySoc,1935,(152A):64-807 許超, 吳新杰, 丹. 基于Proteus和Keil的單片機(jī)課程教學(xué)改革M.大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 28(12): 19-268 越, 炎, 延軍. 基于DS18B20溫度傳感器的數(shù)字溫控器M, 2011。9 Li Wei-di, GuoQiang.。Application technology of LCD displays. China Publishing House of Electro

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43、國(guó)專(zhuān)利: CN201629819U, 2010-11-10。13 鄒于豐,基于AT89C2051單片機(jī)的溫控器系列J.電子世界.2011年,第5期,P39致首先我要感我的導(dǎo)師,我的整篇論文都是在他悉心地指導(dǎo)下完成的。我的導(dǎo)師在我做論文的過(guò)程中幫助我選題、查材料,并解決了我的許多困惑,論文成型以后,導(dǎo)師又反反復(fù)復(fù)多次幫我進(jìn)行了修改,導(dǎo)師在我這篇文章上傾注了無(wú)數(shù)的心血,在此,我對(duì)我的導(dǎo)師表示最崇高的敬意和最衷心的感。同時(shí)還要感的四年來(lái),給我上過(guò)課的各位老師,他們的辛勤勞動(dòng)讓我學(xué)會(huì)了許多有用的知識(shí),為了解答了許多問(wèn)題,感四年來(lái)陪我風(fēng)風(fēng)雨雨走過(guò)的各位同學(xué),有力他們我的生活更加精彩。我還要感我的母校,母

44、校為我提供了非常好的學(xué)習(xí)生活條件,為我的全面發(fā)展提供了廣闊的舞臺(tái),在母校的培養(yǎng)教育下,四年來(lái)我成長(zhǎng)了很多。最后,感各位評(píng)審專(zhuān)家抽出寶貴的時(shí)間審閱本文。附錄一 系統(tǒng)仿真圖附錄二 程序#include <reg51.h>#include <intrins.h>/*端口定義*/sbit CS = P35;sbit Clk = P33;sbit DATI = P34;sbit DATO = P34;sbit KEY_VOL=P16;sbit VOL_OUT=P10;sbit DQ=P11;sbit jdq=P12;sbit DIAN = P05; /小數(shù)點(diǎn)/*定義全局變量*/u

45、nsigned char dat = 0x00; /AD值unsigned char count = 0x00; /定時(shí)器計(jì)數(shù)unsigned char dis = 0x00, 0x00,0x00; /顯示數(shù)值unsigned long sum=0;unsigned int temp=0;/*共陰LED段碼表*/unsigned char code tab=0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0x5e/*字母U*/;/gc.debfa/*函數(shù)功能:AD轉(zhuǎn)換子程序入口參數(shù):CH出口參數(shù):dat*/unsigned char adc0

46、832(unsigned char CH)unsigned char i,test,adval;adval = 0x00;test = 0x00;Clk = 0; /初始化_nop_();Clk = 1;_nop_();if ( CH = 0x00 ) /通道選擇Clk = 0;DATI = 1; /通道0的第一位Clk = 0;DATI = 0; /通道0的第二位_nop_();Clk = 1;_nop_();elseClk = 0;DATI = 1; /通道1的第一位_nop_();Clk = 0;DATI = 1; /通道1的第二位_nop_();Clk = 1;_nop_();Clk

47、= 0;DATI = 1;for( i = 0;i < 8;i+ ) /讀取前8位的值_nop_();adval <<= 1;if (DATO)adval |= 0x01;elseadval |= 0x00;for (i = 0; i < 8; i+) /讀取后8位的值test >>= 1;if (DATO)test |= 0x80;Clk = 1;_nop_();Clk = 0;if (adval = test) /比較前8位與后8位的值,如果不一樣舍去。若一直出現(xiàn)顯示為零,請(qǐng)將該行去掉dat = test;nop_();DATO = 1;Clk = 1;return dat;/*函數(shù)功能:延時(shí)子程序入口參數(shù):出口參數(shù):*/void delay(unsigned int x) unsigned int i,j; for(i=0;i<x;i+)for(j=0;j<121;j+);/=/=DS18B20=/=/*延時(shí)子程序*/void Delay_DS18B20(int num) while(num-) ; unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ復(fù)位 Delay_DS18B20(80); /精確延時(shí),大于480us DQ = 1; /拉高總線 Delay_DS18B20(14)

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