基于单片机的可控直流电源--软件设计大学--学位论文.doc
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1、东华理工大学长江学院本 科 生 毕 业 设 计(论 文)论文题目:基于单片机的可控直流电源(软件)姓名:学号:班级:年级:2011级专业:自动化系:机械与电子工程学院指导教师:完成时间:2015年 6月5日作 者 声 明本人以信誉郑重声明:所呈交的学位毕业设计(论文),是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的,没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计(论文)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本毕业设计(论文)引起的法律
2、结果完全由本人承担。本毕业设计(论文)成果归东华理工大学长江学院所有。特此声明。毕业设计(论文)作者(签字): 签字日期: 年 月 日 本人声明:该学位论文是本人指导学生完成的研究成果,已经审阅过论文的全部内容,并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。 学位论文指导教师签名: 年 月 日基于单片机的可控直流电源(软件)Controllable DC power supply based on single chip microcomputer(software)2015年 6月5日 摘 要在现实生活中,经常要用到电压不同的的的电源,所以电源电压要求也是多样化。怎么设计一个电
3、压稳定、电压可步进、调节范围大的电压源,成为了电子技术方面的热点。在市场上,电源产品多种多样,但是大多会存在一些问题:输出的电压稳定性差;转换效率低;输出的精度不够高;不能满足特殊电压的要求;纹波的电流太大;而且大部分采用的是可以调节的电阻器调节,操作的难度大。采用单片机可控电源技术则可以随时变换电压的输出来满足对电源的要求,可使电压源精度更高,可以方便我们日常生活使用。本题设计的电源输入为交流220V,输出电压直流5V至15V,电流直流0至1A,并能够显示预设电压和输出电压值。数控直流电源的控制器是以AT51系列单片机为核心。系统主要有微控制器PWM模块、斩波模块、AD模块、显示和键盘模块构
4、成,该电源具有稳定性好、准确率高、响应速度快等特点。关键词:单片机; 可控式; 稳压电源; PWMI东华理工大学长江学院毕业设计(论文) Abstract ABSTRACT In real life,we often use different power supply voltage, so the power supply voltage requirements are diverse. How to design a stable voltage,Stepping voltage, adjustment range of the voltage source? Electronic t
5、echnology has become a hot spot. In the market, there are different kinds of power products, most of them still has some problems: the poor stability of the output voltage; low conversion efficiency; accuracy of the output is not high enough; you can not meet the requirements of special voltage; rip
6、ple current is too large; and most can be adjusted using the adjustment resistor,the operation is a large difficult. SCM controllable power technology which you can always change the output voltage to meet the power requirements, allows the voltage source higher accuracy, you can easily use in our d
7、aily lives. The title design power input AC 220V, output voltage DC 5V to 15V, current DC 0 to 1A, and the ability to display preset voltage and output voltage. NC DC power supply controller is based on AT51 MCU core. System has the microcontroller PWM module, chopper module, AD module, display and
8、keyboard modules, the power supply has good stability, high accuracy, fast response and so on.Keywords: microcontroller; controllable; power supply; PWM东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 绪论 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 研究目的及意义11.2 系统研究方向及研究方法21.3 论文构成及研究任务要求22 方案的论证与设计32.1 方案及其框图32.2 方案的确定43 软件方案设计53.1 主程序模块53.2 按键控制
9、模块63.2.1 按键电路63.2.2 按键子程序73.3反馈模块93.3.1 模数转换电路93.3.2 反馈子程序103.4 显示模块113.4.1数码管结构113.4.2数码管工作原理123.4.3数码管字形编码123.3.4 LED数码管驱动13致 谢15参考文献16附录一 系统源程序17附录二 总电路图25东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 绪论 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
10、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 研究目的及意义在当代科技与经济高速发展的过程中,电源起到了关键性的作用。电源技术尤其是可控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服
11、务于各行各业,单片机处理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、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命,给单片机提供了广阔的发展前景,同时也给电源提出了更高的要求。普通电源在工作时所产生的误差,很明显地影响整个系统的精确度,在使用时可能造成很多不良后果,随着数控电源在电子装置中的普遍使用,由电源引起的故障大大降低,因此电源的数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的。其中,数控直流稳压电源就是一个典型例子,人们对它的要求也越来越高,要想为现代人的工作、科研、生活提供更好的、更方便的设施就需要从数字电子技术
12、入手,一切向数字化、智能化方向发展。另外,对我们学生而言,在实验过程中有一个稳定可调的直流电源也是很有必要的,在很大程度上方便了我们的实验操作,提高实验的精确度。因传统的直流稳压电源输出电压是通过粗调波段开关及细调电位器来调节的,并由电压表指示电压值的大小,这种直流稳压电源存在读数不直观、电位器易磨损、稳压精度不高、不易调准、电路构成复杂、体积大等缺点,而基于单片机控制的数字式可调稳压电源能较好地解决了以上问题。本题采用单片机和其它元器件及外围电路,开发一个数字式可调稳压电源。能够步进调节输出电压值,具有电压值输出显示等功能。通过此系统的设计,让开发者更深刻的掌握单片机基本原理,并熟悉一些外围
13、电路的扩展,以及进一步提高C语言的硬件编程能力。1.2 系统研究方向及研究方法本系统研究的直流稳压电源主要是符合智能化、数字化以及模块化的特点。智能化主要是指系统有可编程模块可以对系统进行智能控制。数字化主要是指系统输出电压通过LED数码管显示,并且可以通过按键对输出电压进行连续步进数字化调节。模块化是指系统由各个相关模块组成,提高了系统的可靠性。此次毕业设计从一开始选题就目的明确,毕业设计课题确定下来后,通过运用大学四年所学的专业知识和查阅参考了一系列的资料加以完成。针对题目的要求,首先对整个设计思路进行规划,例如:要用到什么模块,模块应该怎样分布,怎么协调好这些模块。然后针对方案的可行性进
14、行反复的参照对比,敲定最终设计方案,在敲定方案之后,查阅参考相关资料进行硬件电路的各个模块的设计,同时软件模块也同步进行,经过不断的检测、编译,将正确的代码烧写入单片机存储单元中,最后一次次的调试系统,通过不断的修改来完善系统。1.3 论文构成及研究任务要求本文总体概括了单片机实现数字式可调稳压电源的原理、着重介绍了单片机实现数字式可调稳压电源的软件设计。本系统主要研究数字式可调稳压电源如何实现数控、稳压和电压输出显示等,其中包含一些必要的硬件设计和软件设计。 1.设计任务 基于单片机的可控直流电源2.任务的技术要求(1) 可输出直流电压5-15V,直流电流0-1A; (2) 具有电压预置与电
15、压步进功能,电压0.1V步进微调,1V步进粗调; (3) 输出具有过流保护功能; (4) 具有人机界面,能实时显示电压电流值。24东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 方案的论证与设计 2 方案的论证与设计2.1 方案及其框图电子电路的重要部分是可控稳压电源,它的质量好坏会直接影响到电子设备的可靠性,并且电子电路的故障70%来源于电源。所以电源越来越受到我们的重视。电子电路和电子设备对电源最基本的要求是电源的输出电压或者输出电流一定要稳定。通过查阅资料,控制电路是本电路的核心部分,因为控制部分决定的输出的幅值、频率、稳定性及达到所需电压的速度快慢,则对它的选择有以下三种方案:方案一:使用纯数字
16、电路纯数字电路的可调稳压电源信息使用数字格式,数字信号处理器(UCD9501)和数字控制电源驱动器(UCD7100)构成智能化数字电源系统,动态过程简单;使用小尺寸处理,电路简单占用的硅片比较少可以节约费用。但数字电路的实现比较复杂,数字电路使用了很多的逻辑单元;由于目前数字电路的技术不够好,数字电路整体的花费相比于电阻电路更高;尺寸小的数字电路芯片性能要求高;数字电路组成的电源技术还不够成熟,出现问题时可能会无法解决,纯数字电路框图如图2-1所示:交流输入PWM电源驱动器输出电压UCD9501 DSP显示电路接口电路键盘 图2-1 纯数字电路框图方案二:使用电阻电路使用电阻电路的可调稳压电路
17、是用电阻组成的电路,电压的输出则是利用电阻的比值来控制,且一般使用滑动变阻器来改变电阻的值,从而改变输出的电压幅值,由于滑动变阻器改变是靠手滑动滑片,得到的电阻值可能不是整数,得到的电压也不是整数,那么电源就不符合电路的要求,由于滑动变阻器的电阻的阻值是确定的,所以幅值改变的范围也比较小。随着电子行业不断的发展,对电源的要求越来越高,它的弊端则会让它慢慢的离开电子电路的舞台。电阻电路框图如图2-2所示:交流电源变压器整桥整流滤波器LM317稳压电路输出电压 图2-2 电阻电路框图方案三:使用单片机电路单片机电路的可调稳压电源是将数字电路和单片机结合在一起的电路,不但有数字电路的精度高的特点,而
18、且还能很好的地简化复杂的纯数字电路。采用单片机后,可以节省很多芯片,得到的输出电压更稳定,准确度更高,达到要求的速度会更快;因为单片机是使用软件编程的,可以方便的调整电源的性能指标,只需将程序修改,不用改变硬件电路,使得单片机电源的功能更多。单片机通过数模转换输出一个电压,用作电源的基准电压电源可以通过键盘预置输出电压,单片机不加入反馈控制,电源仍要使用专门的PWM控制芯片,单片机电路框图如图2-3所示: 单片机电源电路显示电路输出电压控制单元按键电路电压、电流采集单元过流保护斩波电路 图2-3 单片机电路框图 2.2 方案的确定经过全方位的比较,使单片机电路的设计更加合理化,符合技术指标的标
19、准,我觉得使用方案三单片机的方法会更好,单片机不仅加入了反馈控制系统,而且作为控制核心,单片机得以充分利用,而且省去了D/A芯片,成本大大降低,是真正的单片机控制,而且结构简洁、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。单片机使用AT89S51,A/D芯片采用ADC0809,采用液晶显示器显示电压电流值,键盘预置电压,设计任务要求输出可调,所以设定值需要从键盘输入,实现输入不同的电压,输出便可以输出不同的压值。东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 软件方案设计 3 软件方案设计3.1 主程序模块在系统上电时,在执行主程序前需要先调用一次自检模块,以确认系统启动时是否处于正常
20、的状态。为了发现系统运行中出现的故障,可以在时钟模块的配合下进行定时自检,即每个规定的时间段调用一次自检模块。为了消除操作者对系统状态的疑虑,也可以通过按键操作临时调用一次自检模块,这个工作可以在监控模块的配合下实现。自检之后进行初始化,然后执行主程序进入无限循环状态,主程序流程图如图3-1所示:开始自检初始化送初始电压5.0V按键子程序反馈子程序显示子程序是否有按键按下结束NY 图3-1 主程序流程图3.2 按键控制模块3.2.1 按键电路 目前键盘电路常用的主要有两种,一种是独立式键盘电路,另一种是行列式矩阵键盘电路。独立式键盘电路是各个按键互相独立,每个按键单独连接一条输入线,另一端接地
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- 基于 单片机 可控 直流电源 软件设计 大学 学位 论文
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