基于單片機的數(shù)控電源設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 靠單片機完成。從功能和價位以及本題目要求來看，我選擇 51 單片機 作為本方案的控制核心， P0 口接液晶顯示作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸，同時 、 、 是液晶 LCD 控制端口； P2 口接 DAC0832 作 為輸出數(shù)據(jù)傳輸 ， 為 DAC0832 控制端口； 、 、 接三個獨立鍵盤作為輸入數(shù)據(jù)傳輸 。 單片機控制電路如圖 所示 。 晶振電路 復(fù)位電路 鍵盤電路 51 單片機 LCD 顯示電路 DA 轉(zhuǎn)化電路 電壓比較電路 電壓輸出 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 共 34 頁 圖 單片機控制電路 單片機時鐘電路的設(shè)計 MCS51 單片機各功能部件的運行都是以時鐘信號為基準，在時鐘電路工作下，系統(tǒng)才能有條不紊的工作，因此時鐘頻率直接影響著單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響著單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 MCS51 單片機有兩種時鐘產(chǎn)生方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式 。本次畢業(yè)設(shè)計采用的是內(nèi)部時鐘方式作為單片機時鐘產(chǎn)生方式。 在單片機的內(nèi)部有一用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，即為輸入端 XTAL1 和輸出端 XTAL2。在此兩引腳跨接石英晶體和微調(diào)電容器，即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的振蕩器。 在頻率穩(wěn)定性要求不高，并盡可能廉價時， 可采用陶瓷諧振器和電容器組成并聯(lián)諧振回路。內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到 XTAL2 端輸出的時鐘信號。振蕩頻率取決于所用石英晶體的諧振頻率 和電容的大小 。 晶振的頻率范圍一般為 ~12MHz,晶振的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越高，單片機的運行速 度就越快。 圖 給出了采用內(nèi)部時鐘方式的晶體振蕩器的單片機時鐘電路圖。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 14 頁 共 34 頁 圖 單片機時鐘電路 元器件參數(shù)選擇如下： AT89C51 的振蕩頻率可在 1MHz~24MHz 范圍 內(nèi)選取， 本設(shè)計的時鐘電路 選取 12MHz 的振蕩頻率。 C C2 的電容 取 值無嚴格要求，因其取值對振蕩頻率輸出穩(wěn)定、大小、起振速度有略微 影響。一般對石英晶體，可取 典型值 30pF左右 ， 本次畢業(yè)設(shè)計 C C2 均選取了 33pF 的電容器。 對陶瓷諧振器，可取 典型值40pF 左右 。 單片機復(fù)位電路的設(shè)計 復(fù)位電路是單片機 系統(tǒng) 中必不可少的 組成部分 。所謂的復(fù)位就是將單片機重新啟動，使 單片機內(nèi)部的所有寄存器都回到初始狀態(tài)。復(fù)位電路 方式 有上電自動復(fù)位 方式和手動復(fù)位 方式，本 設(shè)計中系統(tǒng) 采用手動復(fù)位 方式 。復(fù)位電路如圖 所示。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 共 34 頁 圖 手動復(fù)位電路 手動復(fù)位過程如下： 按 下 鍵后 ， 電容器被短路放電、 RST 直接 與 VDD 相連， 此時 為 高電平， 從而 進入復(fù)位狀態(tài) ； 松手后 ， 電源開始對電容 充電，此時 充電電流在電阻上，形成高電平送到 RST 端 ，仍然是復(fù)位狀態(tài) ； 最 后， 電容 充電結(jié)束，電流降為 0，電阻上的電壓也 降 為 0， RST 降為低電平， 系統(tǒng) 開始正常工作。 鍵盤模塊的設(shè) 計 鍵盤 電路 是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個按鍵 實則 是一個開關(guān)元件，也就是說鍵盤是一組規(guī)則排列的開關(guān)。 鍵盤 按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點式開關(guān) 鍵盤 ，如機械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點開關(guān) 鍵盤 ，如電氣式 鍵盤 ，磁感應(yīng) 鍵盤 等。 兩者相比， 前者造價 較 低，后者壽命 較 長。目前， 單片 機系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關(guān)按鍵。 鍵盤 按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵 盤 的識別，非編碼鍵盤主要是由軟件 設(shè)置 來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。 全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供與鍵對應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖 和多鍵保護電路，這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價格較貴，一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng) 應(yīng)用 較少 。非編碼鍵盤只簡單地提供 按鍵 ，其它工作均由軟件完成 ， 由于其經(jīng)濟實用， 從而 較多地應(yīng)用于單片機系統(tǒng)中。 本系統(tǒng)采用 獨立式按鍵結(jié)構(gòu) ， 并結(jié)合 非 編碼鍵盤相應(yīng)原理。 獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O口線 。 每個按鍵的 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 16 頁 共 34 頁 工作不會影響其它 I/O口線的狀態(tài)。 圖 鍵盤接口圖 獨立式按鍵軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu) ， 先逐位查詢每根 I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根 I/O口線輸入為低電平，則可確認該 I/O口線所對應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。 本設(shè)計 共設(shè)計三個按鍵，分別為“增加”鍵，“減少”鍵，“確定”鍵，三個按鍵分別與 ， ， ，電路圖 如 圖 。 顯示模塊的設(shè)計 用于單片機系統(tǒng)設(shè)計 顯示的方式主要分為兩類： LED 顯示 和 LCD 顯示。前者顯示亮度 較 高，制作成本低，適合做遠距離顯示，但 其 功 耗 較大，所用端口隨顯示的數(shù)字 位數(shù)增加而增加。如果采用動態(tài)掃描方式顯示，則占用 CPU 的 內(nèi)存空 間 ，如果采用靜態(tài)顯示則需要加鎖存器， 加大 硬件制作 量 ，就該題目要求來說，需要設(shè)定電壓顯示，又與實際電壓比較再顯示 ， LCD 顯示更為清晰、直觀，從上面諸多因數(shù)來看，采用 LCD 顯示比較理想。 LCD 最常用的就是 液晶 1602， LCD1602 可以在 LCD 顯示屏上完整顯示 32 個英文字符和日文字符 ， 適合顯示英文文字信息量較小的地方 ,可以清晰顯示出同時還能顯示英文名稱和電壓 /電流單位 。 通過單片機編程控制第 4 腳 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端，第 5 腳 R/W 讀 /寫選擇端，第 6 腳使能信號，從而實現(xiàn)顯示效果。 本設(shè)計中 LCD1602 接法如 圖 所示 。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 共 34 頁 圖 LCD1602 顯示電路 數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊的設(shè)計 本設(shè)計采用 DAC0832 的數(shù)模轉(zhuǎn)換器， P2 口和 DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， DA的 /CS 和 /WR1 連接后接 地 ， /WR2 和 /XEFR 連接輸出同時也 接地， ILE 信號引腳接高電平， DA 的 8 腳接參考電壓， 芯片處于直通狀態(tài)，此時 8 位數(shù)字量一旦到達 DI0~DI7輸入線上，就立刻進行 D/A 轉(zhuǎn)換并輸出結(jié)果。通過獨立式鍵盤給單片機輸入一數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)在顯示電路上顯示，單片機保存該數(shù)據(jù)，然后 在 鍵盤上按確認鍵，就是把DAC0832 電路打開把數(shù)據(jù)傳 輸進去，這個芯片把送過來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后經(jīng)過比較電路最終輸出所要電源電壓。 電壓比較輸出模塊的設(shè)計 本設(shè)計中真正的電壓輸出是通過四運算放大器 LM324 的末端輸出的，具體的設(shè)計如圖 所示， DAC0832 的 11 腳接 LM324 的 6 腳， LM324 的 5 腳接地， 4 腳和 11腳分別連接 +12V 和 12V， DAC 的 9 腳接 1K 的電阻與運放的 7 腳相連，構(gòu)成比較回路。選用集成型電壓比較器 LM324 是為了使電路工作更加可靠，同時該類芯片具有 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 18 頁 共 34 頁 負載能力強、抗干擾性優(yōu)越等特點，可以更好的實現(xiàn)電路功能。 圖 比較輸出電路 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 19 頁 共 34 頁 4 軟件設(shè)計 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中，常用的編程 語言有匯編語言和 C 語言兩種。這兩 種開發(fā)語言都具有各自的特點。以下就這兩種開發(fā)語言的特點分別作簡介 并根據(jù)實際開發(fā)情況，選擇適合的開發(fā)語言。 匯編語言的特點： 可直接操縱系統(tǒng)的硬件資源，從而可以編寫高質(zhì)量的編碼。但是采用匯編語言編寫比較復(fù)雜的數(shù)值計算程序相對比較困難，又因匯編語言源程序的可讀性遠不如高級語言，如果想修改程序功能，得花費心思重新閱讀程序，效率不是很高。 C 語言的特點： C 語言程序的優(yōu)點是可讀性與可移植性好，程序開發(fā) 周期短； 使用 C 語言編程更符合人的思維方式和思考習慣，編寫代碼效率高，維護方便 ； 采用 C語言易于開發(fā)復(fù)雜的單片機應(yīng)用程序，有利于單片機產(chǎn)品的重新選型和應(yīng)用程序的移植，大大提高了單片機軟件的開發(fā)速度。 目前，在單片機的開發(fā)中， C 語言得到越來越多的應(yīng)用，而匯編語言也在很多環(huán)境下具有優(yōu)勢。實際應(yīng)用中，要根據(jù)具體情況來選擇開發(fā)語言。 C 語言不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且具體應(yīng)用在單片機以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)上。本設(shè)計中首先對系統(tǒng)初始化，讀取預(yù)置電壓，預(yù)存電壓值為 10V，并將其發(fā)送給 LCD 顯示電壓。之后在判斷是否有鍵按下，當有按鍵 按下時，接受來自鍵盤的電壓輸入值，并通過 D/A 把輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬電壓量，控制輸出電壓大小。軟件的設(shè)計分為鍵盤的軟件設(shè)計、顯示的軟件設(shè)計、 D/A 的軟件設(shè)計等。各部分軟件的設(shè)計綜合利用了 C 語言中結(jié)構(gòu)式語句，函數(shù)的定義與調(diào)用，邏輯判斷以及循環(huán)控制，充分體現(xiàn) C 語言的簡潔緊湊、運算符豐富、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富以及可移植性高等優(yōu)點。 仿真開發(fā)平臺 Proteus Proteus 軟件是英國 Labcenter 電子公司設(shè)計開發(fā)的一款 EDA 工作軟件 。它不單具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能訪問單片機及其外圍設(shè)備。 Proteus 是著名的EDA 仿真軟件，從原理布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路的仿真，一鍵切換到 PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。 Proteus 不僅可將許多單片機 設(shè)計系統(tǒng) 實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。 Proteus 具有如下 特點 ： （ 1） Proteus 軟件提供了數(shù)千種元器件和多達 30 多個元件庫；