基于单片机的稳压电源设计本科毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的稳压电源设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

数模转换是整个系统的纽带部分，它连接着单片机控制电路和输出稳压运放电路，它可以将数字信号转换为模拟信号，数字信号由单片机 口输出。 电路如图 所示： 常熟理工学院毕业设计（论文） 8 图 DAC电气连接图 显示 模块 在显示 电路设计初期犹豫是选择 LCD1602 液晶还是数码管做为本设计的显示模块。 因此也在网上寻找了许多关于液晶显示和数码管显示的各个优点。 数码管显示内容单一，它是集成模块形式的发光二极管，只能显示某一些提前设定好的图像，但数码管显示比 LCD 要清楚很多，尤其是在光线很强的情况下更可以凸显出数码管的显示优势。 数码管也不需要采用特点的驱动电路，响应速度快，价格优廉。 而 LCD1602 驱动电压比较低，功率损耗小，省电，显示的信息量要比数码管大，可以设置闪烁。 但 1602 有一个致命的弱点就是正常工作的温度范围很窄，通常只有 055摄氏度。 1602 便于携带，成本同样低廉，但是反应速度远不及数码管。 通过对数码管和 LCD1602优缺点的对比最终选择 1602 为本设计的显示模块 在本设计系统中，显示部分采用的是 LCD1602 液晶显示器。 LCD1602 的使用如今已经非常普遍，其内部采用的是 HD44780 液晶芯片，市面上的液晶显示器也都采用这种芯片，它们的控制原理完全。 在单片机的系统中使用液晶器件有以下几个优点： 显示的质量高，由于液晶显示的每一个点在接收到信号后会一直保持那种色彩和亮度，不需要一直不断的刷新，所以也就不会闪烁且画质好。 LCD1602 采用的数字式的接口，这样和单片机的数据通信就更加简单可靠，操作起来也会更加方便。 LCD1602 的体积小、功耗低、重量轻、价格实惠，其主要工号主要消耗在其内部的电极和 IC的驱动上。 LCD 通常有 14 个或 16 个引脚线，其中 16 条比 14 条多出来的是背光电源线和地线，但是它的控制方式与14引脚的完全相同。 1602LCD 主要技术参数：显示容量为 162 个字符芯片的正常工作电常熟理工学院毕业设计（论文） 9 压为： —。 芯片正常工作电流 :()模块最佳工作电压 :。 字符尺寸 :(WH )mm。 图 LCD1602 的正面与背面 LCD 引脚定义 图 引脚接口说明表 第 1 管脚： VSS 为 LCD1602 地电源。 第 2 管脚： VDD 接正 5V 电源，目的是为整个芯片的正常工作提供电压。 常熟理工学院毕业设计（论文） 10 第 3 管脚： VEE 为 LCD1602 液晶对比度的调整端，当直接接正电源时，其对比度最弱，而接地时，对比度最高。 如果对比度过高则会产生 “ 鬼影 ” 现象，为了避免这个现象的产生，我们在使用时可以接一个 10K 欧姆的滑动变阻器来进行调节 第 4 管脚： RS 是寄存器选择，当为高电平时，选择数据寄存器而低电平 时则选择为指令寄存器。 第 5 管脚： R/W 为该芯片的读写信号线。 当为高电平时进行读操作，而低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 管脚： E 端为使能端。 当 E由高电平跳变成低电平时，液晶执行命令。 第 7～ 14 管脚： D0～ D7 为 8 位双向 I/O 口数据线。 第 15 管脚：背光源的正极。 第 16 管脚：背光源负极。 LCD基本操作时序 与单片机接口 读状态：输入： RS=L； R/W=H， E=H 输出： D0~D7=状态字； 读数据：输入： RS=H； R/W=H， E=H 输出：无 写指令：输入： RS=L； R/W=L， D0~D7 的指令码， E=高脉冲 输出： D0~D7=数据； 写数据：输入： RS=H； R/W=L， D0~D7 的数据， E=高脉冲 输出：无； 图 LCD1602 与单片机 接口 常熟理工学院毕业设计（论文） 11 功率放大电路设计 功率放大电路采用的芯片为 OPA541AP，由电压运放输出的电压作为信号源，在OPA541AP 芯片的电源端需接入 177。 15V 的开关电源，因为稳压电源需外带负载，所以单纯依靠稳压电路供电是远远不够的。 辅助电路设计 辅助电路虽然结构简单，但其对单片机的作用却是非常重要的，本设计主要用了晶振和复位两种辅助电路。 复位电路对于单片机来说是非常重要的，当单片机因为外界环境干扰而出现乱码或死机的情况时，按下复位按钮便从头开始重新运行程序。 复位电路的工作原理其实很简单，启动单片机后，电容两端充电至 5V，此时 10K电阻的电压为零， RST 为低电平系统可以正常工作。 当按下按键的时候，电路导通，电容两端形成一回路，电容开始放电，当电容两端电压下降至 以下时，此时 10K 电阻两端的电压为 ， RST 引脚变为 高电平，单片机重新运行。 图 单片机晶体振荡电路 图 单片机上电复位电路 常熟理工学院毕业设计（论文） 12 4. 系统软件编程设计 系统总体设计流程图 系统设计的总流程图如图 所示，它显示了 整 个系统的工作原理和整体框架。 在系统的设计中，通过独立按键设置所需要的电压赋值，然后单片机通过接收的设置信息将设置的电压数值信息通过并行接口输送到 LCD1602 液晶显示屏中，在单片机内部对输入数值的计算，将信息传输给 DA7512 数模转换器。 进 过数模转换器输出的电压信号作为电压放大器的输入信号，放大。 开 始液 晶 初 始 化键 盘 设 置 输入 电 压L C D 1 6 0 2 显 示数 模 转 换 电路电 压 运 放 电路功 率 运 放 电路单 片 机 检 测 输 入YN结 束Y 图 系统运行整体流程图 流程 键盘程序的主要任务是判断按键有无按下，如果按键按下则执行与之相对应的程序。 在键盘设计中，一共有 4个独立按键，分别为设置、步进 +、步进 和确定按钮。 第一次按下设置按钮，电压可进行 011V整数位的加减设置，再次按下设置键时可设置十分位电压，如果第三次按下则可设置百分位电压数值。 如果设置 超过 11V 时，在按加数值按钮，则电常熟理工学院毕业设计（论文） 13 压显示不变而程序固定为 11V。 独立键盘还需要消抖处理，我们使用的按键按下都是机械动作，只有在按键被按下后被弹起的瞬间电压才会产生键抖动。 为了确保在我们按下按键时单片机只执行一句与之相对于的程序，所以在本设计中添加了软件延时消抖功能。 延时时间大约为 1020ms，这个时间是由独立按键的机械特性所决定的。 延时可以有效的避开按键抖动的时间，使单片机工作的更加精确稳定。 开 始设 置 按 键 按 下再 次 检 测 设 置 按键 是 否 按 下N标 志 位 是 否 为 1YN按 键 加 按 下 按 键 减 按 下YY光 标 在 整 数 位数 值 加 1 0 0光 标 在 十 分 位数 值 加 1 0光 标 在 百 分 位数 值 加 1N光 标 在 整 数 位数 值 减 1 0 0光 标 在 十 分 位数 值 减 1 0光 标 在 百 分 位数 值 减 1NY按 下 确 认 键结 束 图 系统按键程序 流程图 常熟理工学院毕业设计（论文） 14 液晶显示流程 在本设计的显示电路的软件设计中，首先需要对 LCD1602 液晶进行初始化操作，首先需将 LCD 屏幕设置为 16X2 的显示方式，点阵的模式为五行七列和八位的数据接口的显示，每写一句指令都需要对 LCD 屏幕进行适当的延时操作，否则在屏幕会出现乱码，接在设置屏幕的光标显示模式，在本设计中我们设置为开显示，但是不显示光标，而且也不让光标闪烁。 我们在写入一个字符后，数据地址指针需向后移一位。 最后 LCD 显示清零，且地址数据也要清零。 我们在向液晶屏幕写入字符时，需判断屏幕是否处于忙碌状态。 在液晶屏幕 的 D7端口即为判忙端口，当 D7 为一是屏幕忙碌，我们此时不可向写入数据否则会导致数据的丢失，当 D7 为零时可以写入数据。 D7 为一或为零是我们从 LCD里读出来的状态位。 在判忙过后即可向 LCD 写入程序，首先需设置 rs、 rw 和 ep端同时为零，然后将 cmd数据写入 LCD_Data，当 ep 为一个高电平后再拉低即可。 在 LCD 显示的过程中还需要注意，当有十分位电压时和没有十分位电压的显示地址，位于 LCD 不同的位置，在入口参数小鱼 999时需要将十分位的电压用空格符补充。 开 始液 晶 初 始 化设 置 命 令 的 程序 代 码 调 用L C D 是 否 忙碌Y软 件 延 时向 L C D 中 写 入 程序软 件 延 时结 束N 图 系统 LCD 程序流程图 常熟理工学院毕业设计（论文） 15 DA 驱动和线性化调整 因本设计中采用的是 12 位精度的数模转换器，所以单片机程序中的输入口参数必须要小于 2^12 即 4096，其中 4096 对应着 5V 电压的大小。 将 12 位的数据分为两部分，第一部分为数据高四位，第二部分为数据低八位。 高四位数据由入口参数 dat 除以 256 获得，低八位由参数 dat 模余 256 获得。 数据的传输在两次 for 循环中进行，第一次 for 循环是决定输入是高四位还是第八位；第二次 for 循环是将四 /八位数据通过 8 次 for 循环将数据通过串行方式发送到 DA芯片。 首先设置辅助传输参数 DIN， DIN 等于 DA与 0X80 的与运算，这样可以取出最高位，然后 DA进行左移一位，将次高位变成最高位，当一个时钟高脉冲产生时，会传输一位数据，经过多次循环就可以完成所有数据的传输。 因 DA 转换的精度有限，所以在实际的电压测试中会有一定的误差，在实物电路电压的测量中会发现， DA转换后的电压数值与理论值有一定的偏差，下表列出了 DA转换过程中出现误差的调整状况。 表 系统 DA 转换误差调整表 DAC_float 数值范围 DAC_float 调整数值 0float170 1 170float450 0 450float740 +1 740float810 +2 810float1070 +3 1070float1200 +5 常熟理工学院毕业设计（论文） 16 5. 系统的调试与分析 系统的软件调试 程序调试和仿真调试是本系统软件调试的两大核心。 首先进行的是程序调试。 首先用Keil软件 对各个模块的子程序进行编写 ，再对 各个 模块的 子 程序进行 修改 调试，在调试的过程中 针对遇到的问题再进行 不断 改进完善。 最终完成 稳压源系统的程序调试。 然后将最终确认调试没问题的程序通过姚永平 下载程序助手将最终的程序下载到实物单片机中。 如图 51所示。 图 51 程序下载助手 然后在 Protues把各部分电路图连接好 ， 再把 刚刚 Keil生成的 .hex文件加载 到 Protues仿真器里面的单片机进行运行。 这样的的话就可以先检查一下整个系统在仿真里面能不能准确无误的运行，如果系统在仿真里面可以正常的工作，再将程序下载到实物里面；如果系统在仿真里面有错误，那么可以针对这些错误和问题再去完善，直到系统最终实现。 Protues仿真图如图 52所示。 常熟理工学院毕业设计（论文） 17 图 52 系统 Protues的仿真图 系统的硬件 调试 首先本次实物制作所有的元器件都是在进行过软件仿真后，从网上购买。 然后考虑到制作 PCB板时间较长以及 PCB板上所有的元器件的封装都是贴片式的，焊接起来比较麻烦等等。 因此经过综合考虑本系统的实物制作还是优先选择普通电路板并且在元器件的封装上采用双列直插式来进行焊接。 在焊接实物前，首先要用万用表。