基于單片機(jī)的穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)_說明_第1頁
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1、 . . . 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題目 基于單片機(jī)的穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 40 / 47常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)誠信承諾書本人重聲明: 所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的容外,本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本人學(xué)號(hào)(9位):本人簽名:日期:常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用授權(quán)說明本人完全了解常熟理工學(xué)院有關(guān)收集、保留和使用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的規(guī)定,即:本科生在校期間進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作的知

2、識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬常熟理工學(xué)院。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)被查閱和借閱;學(xué)校可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),并且本人電子文檔和紙質(zhì)論文的容相一致。的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)在解密后遵守此規(guī)定。本人簽名:日期:導(dǎo)師簽名:日期:基于單片機(jī)的穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘要電源技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng),廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的工程技術(shù),在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常需要使用穩(wěn)壓電源為電路提供能量。在電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天,我們對(duì)電壓的穩(wěn)定性和精確度都提出了較高的要求。本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件仿

3、真調(diào)試過程。硬件電路由變壓器模塊、整流電路模塊、三端穩(wěn)壓器模塊、LCD1602液晶顯示模塊、獨(dú)立鍵盤模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電壓同向放大模塊和功率放大模塊組成。穩(wěn)壓圍為直流電壓0V-12V,連續(xù)可調(diào)步進(jìn)為±0.1V和±0.01V。該系統(tǒng)的穩(wěn)壓值可由鍵盤輸入控制,所設(shè)電壓值由LCD1602液晶顯示屏顯示,本系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)具有性能穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng),非常適用于普通的教學(xué)研究領(lǐng)域的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:智能穩(wěn)壓電源 單片機(jī) 數(shù)控 連續(xù)可調(diào)步進(jìn)Intelligent PowerDesignBased on MCUAbstractPower technology is a very pract

4、ical, widely used in all walks of engineering, teaching often requires the use of experimental power supply for the circuit to provide energy. In the rapid development of power electronics technology today, we voltage stability and accuracy have put forward higher requirements. This paper presents t

5、he hardware design and software-based intelligent power supply STC12C5A60S2 simulation debugging, to make up for the shortcomings of traditional regulated power supply. The design of the transformer module, rectifier module, three-terminal voltage regulator module, LCD1602 LCD module, independent of

6、 the keyboard module, digital to analog conversion module, the voltage with the amplifier module and power amplifier module. Voltage range of DC voltage 0V-12V, continuously adjustable in steps of ±0.1V and ±0.01V. Regulators value of the system by keyboard input control voltage values est

7、ablished by the LCD1602 LCD display, good design a circuit stability, strong anti-jamming capability, ideal for general research in the field of teaching. Key Words:Intelligent Power; MCU; Numerical Control; Continuously adjustable stepper目 錄1. 緒論11.1 課題研究的背景和意義11.2 現(xiàn)今發(fā)展?fàn)顩r11.3 研究方法與容22. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理32.1 設(shè)

8、計(jì)要求32.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖33. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1 系統(tǒng)供電電源設(shè)計(jì)53.2 STC12C5A60S2主控模塊63.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)63.4 顯示模塊83.4.1液晶顯示屏簡介83.4.2 LCD引腳定義93.5 功率放大電路設(shè)計(jì)113.6 輔助電路設(shè)計(jì)114.系統(tǒng)軟件編程設(shè)計(jì)124.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖124.2按鍵控制流程124.3 液晶顯示流程144.4 DA驅(qū)動(dòng)和線性化調(diào)整155. 系統(tǒng)的調(diào)試與分析165.1 系統(tǒng)的軟件調(diào)試165.2 系統(tǒng)的硬件調(diào)試175.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析19論文小結(jié)20參考文獻(xiàn)21附錄22致311. 緒 論1.1 課題研究的背景和意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的

9、發(fā)展,人們對(duì)電子產(chǎn)品的需求也不僅僅局限于某一方面,因此電子的產(chǎn)品存在于我們?nèi)粘I畹母鱾€(gè)角落,每一次新技術(shù)的研發(fā),都是對(duì)社會(huì)的一種更新,對(duì)于他們的動(dòng)力核心電源也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了以往的水平。從另一個(gè)方面這也促進(jìn)了電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)的發(fā)展。結(jié)合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料多樣化學(xué)科于一體的前沿電源技術(shù),具有很強(qiáng)的實(shí)踐性,是一門很有發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)科。直流穩(wěn)壓電大多數(shù)應(yīng)用在研究教學(xué)方面,出此之外,還廣泛應(yīng)用在科研開發(fā)、實(shí)驗(yàn)探究這一系列研究領(lǐng)域,而且直流穩(wěn)壓電源還是電子電路中最基礎(chǔ)的供電元件,同時(shí)還是電子技術(shù)中常見的儀表設(shè)備。智能穩(wěn)壓電源就是我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)探究的主要容,其優(yōu)越性、發(fā)展趨勢是本次

10、設(shè)計(jì)的重點(diǎn),而對(duì)于傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源的本身不足,例如:簡單性、不穩(wěn)定性、低精度、強(qiáng)干擾、高復(fù)雜度、多品種、規(guī)格的多樣性等等,均有不同程度的改善和創(chuàng)新。上世紀(jì)中后期穩(wěn)壓電源開始出現(xiàn)并不斷地更新?lián)Q代,發(fā)展十分迅猛,如今電氣設(shè)備的家庭化、普與化、通用化等新的發(fā)展趨勢既給當(dāng)前的發(fā)展提供新的發(fā)展要求和方向也為其提供了巨大的發(fā)展?jié)摿Α纹瑱C(jī)技術(shù)將會(huì)針對(duì)數(shù)控電源的數(shù)控程度、低分辨率、低功率密度、可靠性等方面的缺點(diǎn)進(jìn)行較為精準(zhǔn)的控壓。單片機(jī)穩(wěn)壓電源擁有低廉的價(jià)格、元件常見性、原料低價(jià)格、簡單的功能結(jié)構(gòu)、清晰直觀的顯示信息等特點(diǎn),基于單片機(jī)的穩(wěn)壓源電路采用了先進(jìn)的數(shù)字顯示技術(shù),具有很牢固的可靠性和穩(wěn)定性。1.2現(xiàn)

11、今發(fā)展?fàn)顩r處在信息時(shí)代的我們,在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子集成技術(shù)的發(fā)展的今天,信息革命為電子電源技術(shù)提供了深厚的發(fā)展土壤,在穩(wěn)壓電源在各類電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用的今天,電子電源技術(shù)挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。 上個(gè)世界80年代末,電力電子理論的提出和普遍傳播,電子電源后來的發(fā)展迎來了一個(gè)黃金時(shí)期。并有了一定的發(fā)展。隨著生產(chǎn)力的進(jìn)一步發(fā)展,電子電源技術(shù)其產(chǎn)品存在缺陷如智能化程度不高、功率密度達(dá)不到要求、分辨率太低、可穩(wěn)壓電源的發(fā)展靠性等日益突出。數(shù)控電源技術(shù)致力于改善上述問題,以謀求更長遠(yuǎn)的發(fā)展。由于微型電子技術(shù)與電壓電流轉(zhuǎn)換模塊到九十年代有了一定發(fā)展,這樣極大的方便了精確穩(wěn)壓電源的發(fā)展。在理論控制的突

12、破和變換技術(shù)創(chuàng)新,先后產(chǎn)生了各鐘的數(shù)字信號(hào)處理器和相關(guān)的專用集成電路。節(jié)能環(huán)保作為21世紀(jì)新主題,要求電子電源技術(shù)達(dá)到低功耗、高效率的要求,由于電信和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的更新,促進(jìn)電源產(chǎn)業(yè)向高智能化、高效率方向成長。其實(shí)這個(gè)創(chuàng)意,早在90年代中,生產(chǎn)商們就開始琢磨如何開發(fā)數(shù)控電源技術(shù),而在那個(gè)年代,由于生產(chǎn)力發(fā)展水平的限制和各種技術(shù)的不成熟,這些創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案就當(dāng)是而言比起已經(jīng)大量使用的模擬控制方案還不具有市場競爭力,根本不被大眾認(rèn)同。時(shí)過境遷,在電子電源技術(shù)的不斷發(fā)展的今天,整流濾波系統(tǒng)由之前分立元件、小規(guī)模集成電路逐步向電源智能化方向發(fā)展,而且目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)只能控制電源的新技術(shù)。現(xiàn)在的穩(wěn)壓電

13、源已經(jīng)具備輸出電壓容易調(diào)節(jié)、價(jià)格便宜、顯示直觀清楚、精準(zhǔn)度高、延展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。1.3 研究方法與容本設(shè)計(jì)研究的是數(shù)控智能穩(wěn)壓電源,設(shè)計(jì)體現(xiàn)出了智能化、模塊化還有數(shù)字化的工作特點(diǎn)。智能化體現(xiàn)在它輸出的電壓數(shù)值完全是由可編程的STC單片機(jī)控制完成。數(shù)字化體現(xiàn)在系統(tǒng)的輸出電壓可以直接從LCD液晶顯示模塊中讀取,并且可以通過按鍵步進(jìn)±0.1V和±0.01V直接設(shè)置要輸出的電壓。模塊化是由系統(tǒng)各個(gè)模塊組合工作,提高了系統(tǒng)整體的可靠性。在前期準(zhǔn)備工作中我通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館書籍查閱了大量資料,結(jié)合自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)過的知識(shí),使得在設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)的問題都可以很順利的解決。對(duì)于真?zhèn)€設(shè)計(jì)模

14、塊的分布我也參考了許多前輩的意見,將整流模塊、顯示模塊和按鍵模塊等進(jìn)行了模塊化處理,方便使用。在設(shè)計(jì)軟件電路的同時(shí),我也使用了Protues軟件進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與調(diào)試,對(duì)于數(shù)模轉(zhuǎn)化器選擇了精度更高的12位轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)將采用了LM7915、LM7815作為系統(tǒng)供電的穩(wěn)壓模塊,為了是確保各個(gè)芯片都能在其額定電壓下工作,使輸出更加精確。在軟件仿真編譯時(shí),出現(xiàn)了大量的程序錯(cuò)誤和語法錯(cuò)誤,需要不斷的修復(fù)編譯。在整流模塊中選擇芯片型整流橋,節(jié)省了大量的物力財(cái)力。最后一次次不斷的優(yōu)化,使得系統(tǒng)更加完善。本文共分五章,第一章主要介紹了該課題研究的背景和意義,國外目前的發(fā)展?fàn)顩r以與本課題研究的主要容;第二章給出

15、了系統(tǒng)流程框圖,介紹本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理;第三章將系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分為七個(gè)模塊進(jìn)行分析;第四章為軟件的編程與調(diào)試;第五章為系統(tǒng)軟件仿真與硬件調(diào)試結(jié)果;最后對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理2.1 設(shè)計(jì)要求該設(shè)計(jì)用單片機(jī)作為主要控制部分,通過LCD1602來實(shí)現(xiàn)顯示功能,可使輸出電壓在012V圍連續(xù)步進(jìn)調(diào)動(dòng)。數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片選用DAC75128位分辨率的轉(zhuǎn)換芯片,具有使用方便,高轉(zhuǎn)換精度等特點(diǎn)。其中電壓設(shè)置的方式為步進(jìn)±0.1V和±0.01V。設(shè)置的電壓數(shù)值使用LCD1602液晶屏顯示,外圍電路還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換、經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的電壓輸出至電壓運(yùn)放電路,由電壓運(yùn)放再輸出的電壓作為信號(hào)源接

16、在功率運(yùn)放電路中以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓要求,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度盡可能高,這樣輸出的電壓值會(huì)更加精確,所以本設(shè)計(jì)采用的DAC7512芯片。其中系統(tǒng)供電電壓部分要求較高,需使用三端穩(wěn)壓器,穩(wěn)壓器輸出部分加入電解電容進(jìn)行濾波,使電壓更加穩(wěn)定。在整流模塊使用模塊化整流芯片以縮小系統(tǒng)的體積。運(yùn)放電路接入的是OPA541AP功率運(yùn)放芯片,此芯片可以帶較大功率的負(fù)載。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖LCD1602顯示電路系統(tǒng)穩(wěn)壓供電電路STC12C5A60S2單片機(jī)按鍵控制電路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路電壓運(yùn)放集成電路功率運(yùn)放集成電路圖2.1 穩(wěn)壓電路模塊電路原理圖圖2.1所示流程框圖體現(xiàn)了該穩(wěn)壓源設(shè)計(jì)的整個(gè)流程,如圖所示供電電路模塊為整個(gè)設(shè)計(jì)系

17、統(tǒng)芯片提供穩(wěn)定的供電電源,并為數(shù)模轉(zhuǎn)換電路提供精準(zhǔn)的參考電壓提高DAC7512的轉(zhuǎn)換精度。按動(dòng)按鍵單片機(jī)接收信號(hào),處理后將按鍵設(shè)定電壓通過液晶顯示器顯示出來,并將設(shè)定值輸送給DAC7512,數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片通過轉(zhuǎn)換輸出一電壓值,該電壓值作為輸入信號(hào)被送入電壓放大器中,通過電壓放大器輸出設(shè)定電壓,最后通過功率放大器便得到可帶負(fù)載的電壓源。3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)供電電源設(shè)計(jì)原理方框圖如下圖3.1所示。圖3.1供電電源框圖系統(tǒng)供電電源介紹從電網(wǎng)處獲得的電壓為50HZ 220V交流電,經(jīng)過變壓器變壓后輸出±15V交流電U2。U2通過集成橋式整流模塊可將交流電轉(zhuǎn)化為直流電,但此時(shí)從整流模塊

18、輸出的電壓過高,所以在整流電路輸出端串聯(lián)兩個(gè)51歐姆的電阻限流分壓。再經(jīng)過濾波電路濾除整流電路輸出電壓的紋波,使輸出的直流電壓波形更加平滑。在后期由于輸出電路模塊芯片和STC單片機(jī)都需要穩(wěn)定的直流電壓驅(qū)動(dòng),因此在濾波電路之后還需要加入穩(wěn)壓電源部分,這樣的直流輸出才能更好的使用在對(duì)直流供電要求較高的電路。本設(shè)計(jì)采用的為LM7815、LM7805和LM7915組成的穩(wěn)壓電源模塊。為了改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),還應(yīng)在輸出電路中還要增加1UF的輸出穩(wěn)定電容。其中LM7815和LM7915組合輸出正負(fù)±15V電壓電路,輸出的±15V電壓給輸出電路的運(yùn)算放大器供電。由LM7805輸出的電壓給

19、DAC7512數(shù)模轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)以與LCD1602液晶顯示器供電。圖3.2穩(wěn)壓電路模塊電路原理圖3.2 STC12C5A60S2主控模塊單片機(jī)STC12C5A60S2是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心組成部分,通過控制DA7512芯片來控制輸出的電壓數(shù)值,并能控制LCD1602液晶顯示電路和獨(dú)立按鍵電壓設(shè)置輸入電路,電路如圖3.3所示。在主控制電路中包括STC12C5A60S2正常工作的基本電路:晶振電路和復(fù)位電路,還有4個(gè)按鍵,分別為設(shè)置步進(jìn)±0.1V、步進(jìn)±0.01V、確定按鈕。STC單片機(jī)P0端口為高阻狀態(tài),所以需外加上拉電阻才可正常接LCD1602顯示模塊。P3.2、P3.3、P

20、3.4口分別為DA轉(zhuǎn)換芯片的使能控制端、時(shí)鐘脈沖發(fā)射端和串行數(shù)據(jù)輸入端。圖3.3 單片機(jī)主控電路原理圖3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)DAC7512是由美國儀器公司生產(chǎn)的一款很小的,采用DBV封裝的12位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器。DAC7512芯片低功耗,供電電壓圍2.7V-5.5V,上電輸出復(fù)位后輸出為0V。置滿幅輸出的緩沖放大器,具有SYNC中斷保 護(hù)機(jī)制。由于芯片太小,所以在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候必須對(duì)芯片進(jìn)行管腳擴(kuò)展,將芯片改裝成DIP封裝形式,方便在電路板上焊接。圖3.4 DAC7512管腳圖VOUT:芯片模擬輸出電壓;GND:芯片對(duì)地0V參考點(diǎn);VDD:供電電壓,直流+2.7V+5.5V;DIN:串行數(shù)據(jù)

21、輸入;SCLK:串行時(shí)鐘輸入;SYNC:輸入控制信號(hào)(低電平有效)DA芯片與單片機(jī)的接口DAC7512與STC12C5A60S2的連接如圖所示。單片機(jī)的P3.1(TXD)用來驅(qū)動(dòng)DAC7512的時(shí)鐘脈沖端SCLK,單片機(jī)P3.0(RXD)則可以作為DAC7512的串行數(shù)據(jù)線使用。DA芯片的使能信號(hào)端SYNC接P3.3口,且低電平有效。因此在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)P3.3口需保持低電平。但單片機(jī)一次只能傳輸8位的數(shù)據(jù),所以在一個(gè)周期,必須要用8個(gè)時(shí)鐘周期的低電平將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻AC7512。又DAC7512有16位的寄存器,所以在寫完第一個(gè)8位數(shù)據(jù)后,P3.3仍需保持低電平,這樣才能傳輸?shù)诙€(gè)字節(jié)。數(shù)模轉(zhuǎn)換是

22、整個(gè)系統(tǒng)的紐帶部分,它連接著單片機(jī)控制電路和輸出穩(wěn)壓運(yùn)放電路,它可以將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào),數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)P3.0口輸出。電路如圖3.5所示: 圖3.5 DAC電氣連接圖3.4 顯示模塊3.4.1液晶顯示屏簡介在顯示電路設(shè)計(jì)初期猶豫是選擇LCD1602液晶還是數(shù)碼管做為本設(shè)計(jì)的顯示模塊。因此也在網(wǎng)上尋找了許多關(guān)于液晶顯示和數(shù)碼管顯示的各個(gè)優(yōu)點(diǎn)。數(shù)碼管顯示容單一,它是集成模塊形式的發(fā)光二極管,只能顯示某一些提前設(shè)定好的圖像,但數(shù)碼管顯示比LCD要清楚很多,尤其是在光線很強(qiáng)的情況下更可以凸顯出數(shù)碼管的顯示優(yōu)勢。數(shù)碼管也不需要采用特點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)電路,響應(yīng)速度快,價(jià)格優(yōu)廉。而LCD1602驅(qū)動(dòng)電壓比較

23、低,功率損耗小,省電,顯示的信息量要比數(shù)碼管大,可以設(shè)置閃爍。但1602有一個(gè)致命的弱點(diǎn)就是正常工作的溫度圍很窄,通常只有0-55攝氏度。1602便于攜帶,成本同樣低廉,但是反應(yīng)速度遠(yuǎn)不與數(shù)碼管。通過對(duì)數(shù)碼管和LCD1602優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比最終選擇1602為本設(shè)計(jì)的顯示模塊在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,顯示部分采用的是LCD1602液晶顯示器。LCD1602的使用如今已經(jīng)非常普遍,其部采用的是HD44780液晶芯片,市面上的液晶顯示器也都采用這種芯片,它們的控制原理完全。在單片機(jī)的系統(tǒng)中使用液晶器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):1、顯示的質(zhì)量高,由于液晶顯示的每一個(gè)點(diǎn)在接收到信號(hào)后會(huì)一直保持那種色彩和亮度,不需要一直不斷的刷

24、新,所以也就不會(huì)閃爍且畫質(zhì)好。2、LCD1602采用的數(shù)字式的接口,這樣和單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信就更加簡單可靠,操作起來也會(huì)更加方便。3、LCD1602的體積小、功耗低、重量輕、價(jià)格實(shí)惠,其主要工號(hào)主要消耗在其部的電極和IC的驅(qū)動(dòng)上。LCD通常有14個(gè)或16個(gè)引腳線,其中16條比14條多出來的是背光電源線和地線,但是它的控制方式與14引腳的完全一樣。1602LCD主要技術(shù)參數(shù):顯示容量為16×2個(gè)字符芯片的正常工作電壓為:4.55.5V。芯片正常工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V。字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。圖3.6 LCD160

25、2的正面與背面3.4.2 LCD引腳定義圖3.7 引腳接口說明表第1管腳:VSS為LCD1602地電源。第2管腳:VDD接正5V電源,目的是為整個(gè)芯片的正常工作提供電壓。第3管腳:VEE為LCD1602液晶對(duì)比度的調(diào)整端,當(dāng)直接接正電源時(shí),其對(duì)比度最弱,而接地時(shí),對(duì)比度最高。如果對(duì)比度過高則會(huì)產(chǎn)生“鬼影”現(xiàn)象,為了避免這個(gè)現(xiàn)象的產(chǎn)生,我們?cè)谑褂脮r(shí)可以接一個(gè)10K歐姆的滑動(dòng)變阻器來進(jìn)行調(diào)節(jié)第4管腳:RS是寄存器選擇,當(dāng)為高電平時(shí),選擇數(shù)據(jù)寄存器而低電平時(shí)則選擇為指令寄存器。第5管腳:R/W為該芯片的讀寫信號(hào)線。當(dāng)為高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,而低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令

26、或者顯示地址,當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6管腳:E端為使能端。當(dāng)E由高電平跳變成低電平時(shí),液晶執(zhí)行命令。第714管腳:D0D7為8位雙向I/O口數(shù)據(jù)線。第15管腳:背光源的正極。第16管腳:背光源負(fù)極。LCD基本操作時(shí)序與單片機(jī)接口讀狀態(tài):輸入:RS=L;R/W=H,E=H 輸出:D0D7=狀態(tài)字;讀數(shù)據(jù):輸入:RS=H;R/W=H,E=H 輸出:無寫指令:輸入:RS=L;R/W=L,D0D7的指令碼,E=高脈沖 輸出:D0D7=數(shù)據(jù);寫數(shù)據(jù):輸入:RS=H;R/W=L,D0D7的數(shù)據(jù),E=高脈沖 輸出:無;圖3.8 LCD160

27、2與單片機(jī)接口3.5 功率放大電路設(shè)計(jì)功率放大電路采用的芯片為OPA541AP,由電壓運(yùn)放輸出的電壓作為信號(hào)源,在OPA541AP芯片的電源端需接入±15V的開關(guān)電源,因?yàn)榉€(wěn)壓電源需外帶負(fù)載,所以單純依靠穩(wěn)壓電路供電是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。3.6 輔助電路設(shè)計(jì)輔助電路雖然結(jié)構(gòu)簡單,但其對(duì)單片機(jī)的作用卻是非常重要的,本設(shè)計(jì)主要用了晶振和復(fù)位兩種輔助電路。復(fù)位電路對(duì)于單片機(jī)來說是非常重要的,當(dāng)單片機(jī)因?yàn)橥饨绛h(huán)境干擾而出現(xiàn)亂碼或死機(jī)的情況時(shí),按下復(fù)位按鈕便從頭開始重新運(yùn)行程序。復(fù)位電路的工作原理其實(shí)很簡單,啟動(dòng)單片機(jī)后,電容兩端充電至5V,此時(shí)10K電阻的電壓為零,RST為低電平系統(tǒng)可以正常工作。當(dāng)

28、按下按鍵的時(shí)候,電路導(dǎo)通,電容兩端形成一回路,電容開始放電,當(dāng)電容兩端電壓下降至1.5V以下時(shí),此時(shí)10K電阻兩端的電壓為3.5V,RST引腳變?yōu)楦唠娖剑瑔纹瑱C(jī)重新運(yùn)行。 圖3.9 單片機(jī)晶體振蕩電路 圖3.10 單片機(jī)上電復(fù)位電路4. 系統(tǒng)軟件編程設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總流程圖如圖4.1所示,它顯示了整個(gè)系統(tǒng)的工作原理和整體框架。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,通過獨(dú)立按鍵設(shè)置所需要的電壓賦值,然后單片機(jī)通過接收的設(shè)置信息將設(shè)置的電壓數(shù)值信息通過并行接口輸送到LCD1602液晶顯示屏中,在單片機(jī)部對(duì)輸入數(shù)值的計(jì)算,將信息傳輸給DA7512數(shù)模轉(zhuǎn)換器。進(jìn)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號(hào)作為電壓放大

29、器的輸入信號(hào),放大2.5倍后輸送給功率放大器芯片。圖4.1 系統(tǒng)運(yùn)行整體流程圖4.2按鍵控制流程鍵盤程序的主要任務(wù)是判斷按鍵有無按下,如果按鍵按下則執(zhí)行與之相對(duì)應(yīng)的程序。在鍵盤設(shè)計(jì)中,一共有4個(gè)獨(dú)立按鍵,分別為設(shè)置、步進(jìn)+、步進(jìn)-和確定按鈕。第一次按下設(shè)置按鈕,電壓可進(jìn)行0-11V整數(shù)位的加減設(shè)置,再次按下設(shè)置鍵時(shí)可設(shè)置十分位電壓,如果第三次按下則可設(shè)置百分位電壓數(shù)值。如果設(shè)置超過11V時(shí),在按加數(shù)值按鈕,則電壓顯示不變而程序固定為11V。獨(dú)立鍵盤還需要消抖處理,我們使用的按鍵按下都是機(jī)械動(dòng)作,只有在按鍵被按下后被彈起的瞬間電壓才會(huì)產(chǎn)生鍵抖動(dòng)。為了確保在我們按下按鍵時(shí)單片機(jī)只執(zhí)行一句與之相對(duì)于

30、的程序,所以在本設(shè)計(jì)中添加了軟件延時(shí)消抖功能。延時(shí)時(shí)間大約為10-20ms,這個(gè)時(shí)間是由獨(dú)立按鍵的機(jī)械特性所決定的。延時(shí)可以有效的避開按鍵抖動(dòng)的時(shí)間,使單片機(jī)工作的更加精確穩(wěn)定。圖4.2 系統(tǒng)按鍵程序流程圖4.3 液晶顯示流程在本設(shè)計(jì)的顯示電路的軟件設(shè)計(jì)中,首先需要對(duì)LCD1602液晶進(jìn)行初始化操作,首先需將LCD屏幕設(shè)置為16X2的顯示方式,點(diǎn)陣的模式為五行七列和八位的數(shù)據(jù)接口的顯示,每寫一句指令都需要對(duì)LCD屏幕進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)操作,否則在屏幕會(huì)出現(xiàn)亂碼,接在設(shè)置屏幕的光標(biāo)顯示模式,在本設(shè)計(jì)中我們?cè)O(shè)置為開顯示,但是不顯示光標(biāo),而且也不讓光標(biāo)閃爍。我們?cè)趯懭胍粋€(gè)字符后,數(shù)據(jù)地址指針需向后移一位

31、。最后LCD顯示清零,且地址數(shù)據(jù)也要清零。我們?cè)谙蛞壕聊粚懭胱址麜r(shí),需判斷屏幕是否處于忙碌狀態(tài)。在液晶屏幕的D7端口即為判忙端口,當(dāng)D7為一是屏幕忙碌,我們此時(shí)不可向?qū)懭霐?shù)據(jù)否則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失,當(dāng)D7為零時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。D7為一或?yàn)榱闶俏覀儚腖CD里讀出來的狀態(tài)位。在判忙過后即可向LCD寫入程序,首先需設(shè)置rs、rw和ep端同時(shí)為零,然后將cmd數(shù)據(jù)寫入LCD_Data,當(dāng)ep為一個(gè)高電平后再拉低即可。在LCD顯示的過程中還需要注意,當(dāng)有十分位電壓時(shí)和沒有十分位電壓的顯示地址,位于LCD不同的位置,在入口參數(shù)小魚999時(shí)需要將十分位的電壓用空格符補(bǔ)充。圖4.3 系統(tǒng)LCD程序流程圖4.4

32、DA驅(qū)動(dòng)和線性化調(diào)整因本設(shè)計(jì)中采用的是12位精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器,所以單片機(jī)程序中的輸入口參數(shù)必須要小于212即4096,其中4096對(duì)應(yīng)著5V電壓的大小。將12位的數(shù)據(jù)分為兩部分,第一部分為數(shù)據(jù)高四位,第二部分為數(shù)據(jù)低八位。高四位數(shù)據(jù)由入口參數(shù)dat除以256獲得,低八位由參數(shù)dat模余256獲得。數(shù)據(jù)的傳輸在兩次for循環(huán)中進(jìn)行,第一次for循環(huán)是決定輸入是高四位還是第八位;第二次for循環(huán)是將四/八位數(shù)據(jù)通過8次for循環(huán)將數(shù)據(jù)通過串行方式發(fā)送到DA芯片。首先設(shè)置輔助傳輸參數(shù)DIN,DIN等于DA與0X80的與運(yùn)算,這樣可以取出最高位,然后DA進(jìn)行左移一位,將次高位變成最高位,當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘高脈

33、沖產(chǎn)生時(shí),會(huì)傳輸一位數(shù)據(jù),經(jīng)過多次循環(huán)就可以完成所有數(shù)據(jù)的傳輸。因DA轉(zhuǎn)換的精度有限,所以在實(shí)際的電壓測試中會(huì)有一定的誤差,在實(shí)物電路電壓的測量中會(huì)發(fā)現(xiàn),DA轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)值與理論值有一定的偏差,下表列出了DA轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)誤差的調(diào)整狀況。表4.4 系統(tǒng)DA轉(zhuǎn)換誤差調(diào)整表DAC_float數(shù)值圍DAC_float調(diào)整數(shù)值0<float<170-1170<float<4500450<float<740+1740<float<810+2810<float<1070+31070<float<1200+55.系統(tǒng)的調(diào)試與分析5.1

34、 系統(tǒng)的軟件調(diào)試程序調(diào)試和仿真調(diào)試是本系統(tǒng)軟件調(diào)試的兩大核心。首先進(jìn)行的是程序調(diào)試。首先用Keil軟件對(duì)各個(gè)模塊的子程序進(jìn)行編寫,再對(duì)各個(gè)模塊的子程序進(jìn)行修改調(diào)試,在調(diào)試的過程中針對(duì)遇到的問題再進(jìn)行不斷改進(jìn)完善。最終完成穩(wěn)壓源系統(tǒng)的程序調(diào)試。然后將最終確認(rèn)調(diào)試沒問題的程序通過永平下載程序助手將最終的程序下載到實(shí)物單片機(jī)中。如圖5-1所示。圖5-1 程序下載助手然后在Protues把各部分電路圖連接好,再把剛剛Keil生成的.hex文件加載到Protues仿真器里面的單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)行。這樣的的話就可以先檢查一下整個(gè)系統(tǒng)在仿真里面能不能準(zhǔn)確無誤的運(yùn)行,如果系統(tǒng)在仿真里面可以正常的工作,再將程序下載到

35、實(shí)物里面;如果系統(tǒng)在仿真里面有錯(cuò)誤,那么可以針對(duì)這些錯(cuò)誤和問題再去完善,直到系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)。Protues仿真圖如圖5-2所示。圖5-2 系統(tǒng)Protues的仿真圖5.2 系統(tǒng)的硬件調(diào)試首先本次實(shí)物制作所有的元器件都是在進(jìn)行過軟件仿真后,從網(wǎng)上購買。然后考慮到制作PCB板時(shí)間較長以與PCB板上所有的元器件的封裝都是貼片式的,焊接起來比較麻煩等等。因此經(jīng)過綜合考慮本系統(tǒng)的實(shí)物制作還是優(yōu)先選擇普通電路板并且在元器件的封裝上采用雙列直插式來進(jìn)行焊接。在焊接實(shí)物前,首先要用萬用表等輔助工具確保每個(gè)買來的元器件都是好的,確認(rèn)完畢之后,再開始焊接。在本次實(shí)物焊接中,首先焊接的是單片機(jī)的最小系統(tǒng),接著焊接液晶

36、顯示屏,最后焊接的是穩(wěn)壓源電路與運(yùn)放電路等。焊接完了以后,再次用萬用表確認(rèn)一下你所焊接的電路板有沒有存在短路、斷路以與走線上的錯(cuò)誤等瑕疵。確認(rèn)完畢以后,接通電源。通電以后,首先是液晶顯示屏的第一行會(huì)看到:“POWER SUPPLY”。然后第二行是系統(tǒng)設(shè)定值,其中設(shè)定值在接通電源后默認(rèn)是顯示“0”,然后再通過按鈕設(shè)置0到11V之間任意的電壓值,設(shè)置完了以后,再次通過按下按鈕進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)好了以后,單片機(jī)開始工作。硬件調(diào)試圖如圖5-3所示。圖5-3 硬件調(diào)試圖5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析為了測試的系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,在0-11V之間每隔1V設(shè)定一組數(shù)據(jù)測量一次然后再跟電壓的實(shí)際值做個(gè)對(duì)比看誤差到底有多大

37、。經(jīng)過對(duì)比,平均誤差在0.04V左右。之所以存在著誤差可能是由于在接線上各個(gè)元器件有干擾,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的靈敏度不高以與變壓器的輸入不太穩(wěn)定等等,這些都是造成系統(tǒng)穩(wěn)壓源的設(shè)定值與實(shí)際值存在誤差的原因。總結(jié)本文給出了一種新型的直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)思方案:以STC12C5A60S2單片機(jī)作為電源的控制中心,通過獨(dú)立按鍵設(shè)置輸入所期望的電壓值,設(shè)置的電壓由LCD1602顯示。單片機(jī)將設(shè)置的電壓值信號(hào)通過串行傳輸給DA轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后去控制電壓運(yùn)放電路放大電壓倍數(shù),得到所期望的輸出電壓。該電源通過數(shù)字方式調(diào)壓,使用更加簡潔直觀。文章對(duì)此新型穩(wěn)壓電源方案的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)部分均做出了詳盡細(xì)致的討論和說

38、明。特別是其中的硬件電路設(shè)計(jì),硬件設(shè)計(jì)緊密結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)與要求,對(duì)于系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊,從單元電路預(yù)期功能,工作原理與最終硬件原理圖等各個(gè)方面做出說明和論證。這在降低設(shè)計(jì)、調(diào)試難度的同時(shí)還可快速地發(fā)現(xiàn)其中的不合理部分。本設(shè)計(jì)還存在一些尚待解決的問題,例如不能有效的對(duì)輸出電壓進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)整。電源的電能轉(zhuǎn)換效率有待提高。參考文獻(xiàn)1康光華, 大欽, 林. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)M. : , 2006, 494-500.2尚曉星,海濤. 基于單片機(jī)的穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì). J. 大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, (4): 82-833郭天祥. 51單片機(jī)C語言教程M. : 電子工業(yè),2008,(4): 492-5

39、00.4康光華,臻,鄒壽彬. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版)M. : 電子工業(yè),2006, (1): 431-444.5王翠珍,唐金元. 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)J. : ,2006,(5): 53-766譚浩強(qiáng),基溫,唐永炎. C語言程序設(shè)計(jì)教程M. : 高等教育, 1992,163-198.7澤虎,朱相磊,騰春梅. 基于單片機(jī)的可編程直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)D. : 中國高新技術(shù)企業(yè), 2009.8郝立軍. 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法J. 農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化,2007.9戴佳,戴恒,博文. 51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M. :電子工業(yè),2008, (1): 88-100.10殷紅彩,立峰. 一種多輸

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42、lcd1602_init(); /液晶初始化DAchange(0);while(1)i+;key_check();/按鍵檢查if(i%20=0)display();/顯示 /da驅(qū)動(dòng)程序,入口參數(shù)dat,必須小于4096!4096對(duì)應(yīng)5v電壓!void DAchange(unsigned int dat)unsigned char DA,i,j,DAL,DAH;if(dat>4095) dat=0;else DAL=dat%256;/取數(shù)據(jù)低八位 DAH=dat/256;/取數(shù)據(jù)高四位 NSYNC=0;/dac7512 使能端 i=0;while(i<2)if(i<1)DA=

43、DAH;elseDA=DAL;for(j=8;j>0;j-)/發(fā)送8位 發(fā)送順序從低到高DIN=(DA&0x80); /取出所需要發(fā)送高位放數(shù)據(jù)口DA=(DA<<1);/高位下位 準(zhǔn)備發(fā)送SCLK=1; /dac7512 時(shí)鐘端SCLK=0;i=i+1;NSYNC=1;/dac7512 使能端 /da驅(qū)動(dòng)到此結(jié)束!/*按鍵檢查*/void key_check()if(!key_set)delay_1ms(20);if(!key_set)if(EA_SET_TIME=0)lcd1602_clr(); /清屏lcd1602_wcmd(0x0f); /開光標(biāo)EA_SET_T

44、IME=1; /標(biāo)志位置1set_pos=0x47;elseif (set_pos=0x47) set_pos=0x49;else if(set_pos=0x49) set_pos=0x4a;else if(set_pos=0x4a) set_pos=0x47;else set_pos=0x46;display();delay_1ms(20);while(!key_set);delay_1ms(20);if(!key_add)delay_1ms(20);if(!key_add)&&(EA_SET_TIME=1)if(set_pos=0x47) set_v+=100;if(set

45、_v>1200)set_v=1200;else if(set_pos=0x49) set_v+=10; if(set_v>1200)set_v=1200;else if(set_pos=0x4a) set_v+=1; if(set_v>1200)set_v=1200;display();delay_1ms(20);while(!key_add);delay_1ms(20); if(!key_dec)delay_1ms(20);if(!key_dec)&&(EA_SET_TIME=1)if(set_pos=0x47) if(set_v>=100)set_v

46、-=100;else if(set_pos=0x49) if(set_v>=10) set_v-=10;else if(set_pos=0x4a) if(set_v>=1) set_v-=1;display();delay_1ms(20);while(!key_dec);delay_1ms(20);if(!key_ent) /ENTERdelay_1ms(20);if(!key_ent)lcd1602_clr();EA_SET_TIME=0;lcd1602_wcmd(0x0c);display();delay_1ms(20);while(!key_ent);delay_1ms(20

47、);LCD1602驅(qū)動(dòng)程序:#include <include.h>/*-*/BYTE code wl_dis1 = "welcome!"/BYTE code wl_dis2 = ".cdtfdz."/*液晶專用延時(shí)*/void delay_LCD1602(BYTE ms)/ 延時(shí)子程序BYTE i;while(ms-)for(i = 0; i< 250; i+)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*測試液晶是否忙狀態(tài)*/BOOL lcd1602_bz()/ 測試LCD忙碌狀態(tài)BOOL result;rs

48、= 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result = (BOOL)(LCD_Data & 0x80);/LCD的D0-D7中,D7=1為忙碌,=0為空閑 RESULT是從LCD里讀出來的狀態(tài)位ep = 0;return result;/*向液晶寫入命令*/void lcd1602_wcmd(BYTE cmd)/ 寫入指令數(shù)據(jù)到LCDwhile(lcd1602_bz();rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); LCD_Data

49、 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); void lcd1602_pos(BYTE pos)/設(shè)定顯示位置lcd1602_wcmd(pos | 0x80);/*向液晶寫數(shù)據(jù)*/void lcd1602_wdat(

50、BYTE dat)/寫入字符顯示數(shù)據(jù)到LCDwhile(lcd1602_bz();rs = 1;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();LCD_Data = dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;_nop_();_nop_();_

51、nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*初始化*/void lcd1602_init()/LCD初始化設(shè)定lcd1602_wcmd(0x38);/設(shè)置16X2顯示,5X7點(diǎn)陣,8位數(shù)據(jù)接口delay_LCD1602(1);lcd1602_wcmd(0x0c);/開顯示,不顯示光標(biāo),光標(biāo)不閃爍delay_LCD1602(1);lcd1602_wcmd(0x06);/寫一個(gè)字符后地址指針加1delay_LCD1602(1);lcd1602_wcmd(0x01);/顯示清0,數(shù)據(jù)指針清0delay_LCD1602(1); void lcd16

52、02_clr()/LCD初始化設(shè)定lcd1602_wcmd(0x01);/顯示清0,數(shù)據(jù)指針清0delay_LCD1602(1); void write_string(uchar *p)while(*p != '0')/ 顯示字符stringlcd1602_wdat(*p);p+;致到了這個(gè)時(shí)候不得不說些什么,我是個(gè)不大善于表達(dá)的人。但是這次論文的撰寫和最終的完稿,有些話我不得不說。首先非常感我的導(dǎo)師兼朋友俞倩蘭教授,俞教授是個(gè)專業(yè)素養(yǎng)非常高的以為優(yōu)秀導(dǎo)師同時(shí)又是一位和藹可親的熱心腸,每次又不懂得地方她總是能用專業(yè)的眼光去審視并解決問題,同時(shí)又會(huì)耐心的和我們分析講解問題的成因和解決方案,她總是洋溢著可親的笑臉,專業(yè)上她是我們的導(dǎo)師,生活中她是我們的朋友,無愧于我的良師益友。感您用你的智慧照亮我前行中的道路,感您有汗水澆灌著我們茁壯成長。有了您的引導(dǎo)我們前方的路途更加寬闊,有了您的陪伴心中的疑

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