基于单片机程控精密直流电源的设计电气自动化毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机程控精密直流电源的设计电气自动化毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。 事实上单片机是世界上数量最多的计算机。 现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成安徽矿业职业技术学院 20xx届毕业设计（论文） 9 有单片机。 手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 12 部单片机。 而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。 汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。 单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多 [9]。 按键控制模块 方案一：采用矩阵键盘，由于按键多可实现电压值的直接键入。 AT89C51 单片机的并行口 P1 接 4 4 矩阵键盘，以 － 作输入线，以 － 作输出线； P1 口输出按键信息，在数码管上显示每个按键的“ 0－ F”序号。 实际电路图连接如图 所示。 图 矩阵键盘电路 方案二：采用一般的电平判键按钮，实现方法很简单，但一个端口最多只实现 8个按键。 由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为 1V 的设计要求，只需用一个“ +”和一个“ ”按键，另外再加两个按键用于实现固定电压输出，按键时可直接输出相应电压。 4个按键就可实现本题的设计要求，固采用方案二。 该部分主要由四个键组成，分别实现的是“ +”、“ ”、“开始”、“切换”功能，与单片机的 、 、 、 口连接，控制 AT89C51 单片机，达到对数字的控制，可以通过按键对电压进行调整，按照实际需要可以通过按键得到所需的电压，调节范围是 0～ V，步进 [11]。 4 个独立按键 S1~S4 分别与 C51 的 ～ 相连接，独立按键 S1为电压调整按钮，S2 为电压加一按钮， S3为电压减一按钮， S4 为 D/A 转换确认键。 S1~S3 按键的作用是通过安徽矿业职业技术学院 20xx届毕业设计（论文） 10 程序控制对输入的电压随时可调，且步进值能够为 增加或者减少。 S4 键的作用是按下启动 D/A 转化，将单片机的预设值转化为模拟量输出。 按键与单片机的连接图见图。 图 键盘电路 显示器模块 相比于市场上常用的数码管，本次设计采用的 LCD1602 液晶显示器有着更高清晰度与更多显示空间的优势。 其所用到的字符型液晶显 示模块式专门用于显示字母、数字、符号的点阵型液晶显示模块。 LCD1602 是工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 LCD1602 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 21所示 : 表 21 XX 表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 安徽矿业职业技术学院 20xx届毕业设计（论文） 11 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 表 LCD1602 引脚接口说明 液晶 LCD1602 与 STC 单片机的连接电路图如图。 LC1602D 的 8 位数据接口与单片机的 P0 口相连，由于 STC 单片机 P0 口没有内接电阻，为此外接了 10K 上拉排阻。 这是因为单片机 P 口的输出电流非常微弱，不足以驱动液晶显示数据而连接的。 1602 的控制端 RS、 R/W、E 端分别与 STC 的 P P2 P22 连接。 VCOM 为液晶显示亮度调整端，外接 10K的电位器。 BLA和 BLA+分别为液晶背光源正极和负极， BLA接地， BLA+接 +5V。 液晶的显示由单片机的程序去控制 [12]。 图 LCD1602 与单片机连接电路图 D/A 数模转换模块 对于这一模块的选择，本次设计思考了两种方案。 方案一：采用 MX7541。 MX7541 是美国 MAXIM 公司生产的高速高精度 12位数字 /模拟转换器芯片，由于 MX7541 转换器件的功耗特别低，而且其线性失真可低达 %，因此，该D/A 转换器芯片特别适合于精密模拟数据的获得和控制。 此外，由于 MX7541 器件内部带有激光制作的精密晶片电阻和温度补偿电路以及 NMOS 开关，因而可充分保证 MX7541 具有 12安徽矿业职业技术学院 20xx届毕业设计（论文） 12 位的精度。 还有一个重要特点是： MX7541 的所有输入均与 CMOS 和 TTL 电平兼容。 MX7541的管脚图如图 所示。 图 MX7541 管脚图 由于 MX7541 是 12 位数字输入 ,因此它必须与 16 位以上的单片机相连。 当其与 MCS96单片机进行连接时，其电路非常简单，只需把单片机的数据线直接与 MX7541 的输入线相连即可。 程序也很简单 ,只要不停地向其送数据即可。 方案二：采用 DAC0832。 DAC0832 是常用的 8位电流输出型并行低速数模转换芯片，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器，运放的反馈电阻可通过 RFB 端引用片内固有电阻，也可外接。 内部集成两级输入寄存器，使得数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式，以便适于各种电路的需要 (如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等 )。 DAC0832 的管脚图如图 所示： 图 DAC0832 管脚图 安徽矿业职业技术学院 20xx届毕业设计（论文） 13 管脚的具体名称和用法 D0 ～ D7：数字量输入端； ：片选信号，低电平有效； ILE：数据锁存允许信号，高电平有效； ：第 1写信号，低电平有效； ：第 2写信号，低电平有效； ：数据传送控制信号，低电平有效； ：电流输出端 1； ：电流输出端 2； RFB：反馈电阻端； ：基准电压，基电压范围为 10V ～ +10V； GND：数字地； AGND：模拟地 ； 单片机与 DAC0832 的接口可按二级缓冲器方式、单缓冲器方式和直通方式联接。 DAC0832为 8位 D/A 转换器。 单电源供电，范围为 +5V ～ +15V，基准电压范围为。 电流的建立时间为 1us。 CMOS 工艺功耗 20mw。 输入设有两级缓冲锁 存器 [13]。 图 为 D/A 与单片机的连接图。 安徽矿业职业技术学院 20xx届毕业设计（论文） 14 图 DA0832 与单片机的连接图 稳压控制模块 由于 DA0832 芯片为电流输出型，为了得到输出电压，必须经过运放转化为电压。 设计采用运放 LM324 放大器放大。 LM358 芯片的主要特性有：可单双电源工作，单电源工作范围为 3V~32V，双极性电源工作范围为 177。 16V，设计采用双极性电源，且电源电压为 12V；每个集成 LM324 芯片内装 4 个运放器。 采用反向输入，放大和稳压电路。 如图。 图 放大电路 第一级只是转化 DA0832 输出的电流为电压，没有进行放大。 LM358 第一级的输出端 14经过 1K 的电阻接第二级放大的输入端 2(IN),也是反向输入，两次反向后最终输出的电压为正向。 图 电流放大及稳压电路 图 为电流放大电路。 三端稳压 LM317 的工作电压范围为 ~37V，达不到输出为0V 的设计要求，为此在第二级放大采用求和反向放大， 12V的电压经过 10K 的电位器分压后输出反向电压为 ，在液晶显示为 0 的情况下使其 LM317 调整稳压后的电压达到 0V。 LM317主要特性有基准电压标准值为 ， ADJ调整端电流标准值为 50uA，最大为 100uA[14]。 安徽矿业职业技术学院 20xx届毕业设计（论文） 15 第三章 系统软件部分设计 控制系统设计的另一重要组成就是软件设计，跟系统的要求和功能紧密相连。 在保持硬件结构不变的情况下，修改相应的软件就可以实现一些不同的功能，完成不同的任务。 一般来说，软件的功能分为两大类。 一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量、计算、显示、打印、输出控制等；另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度的角色。 在本系统中，软件结构采用模块化设计 ，各功能程序分别编写和调试。 各模块调试成功后，再将所有模块连接起来，构成系统的软件。 这样的设计有利于程序代码的优化，而且便于编程、调试和维护。 系统软件设计的原则 应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，应可靠实现系统的各种功能在本系统中，软件设计要求做到以下几点： (1)根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分，设计出合理的软件总体结构，使软件结构清晰、简捷、流程合理。 (2)各功能程序实行模块化、子程序化。 既便于调试、连接，又便于移植、修改。 安徽矿业职业技术学院 20xx届毕业设计（论文） 16 (3)在编写应用软件之前，应绘制出程 序流程图。 多花一些时间来设计程序流程图，就可以节约几倍于源程序的编辑和调试时间。 (4)程序存储区，数据存储区要合理规划，既能节约内存容量，又使操作方便。 (5)运行状态实现标志化管理。 这个功能程序运行状态，运行结果以及运行要求都要设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都可通过状态标志条件来控制。 (6)经过调试修改后程序应进行规范化，出去修改的痕迹，以便于交流和借鉴，也为以后的软件模块化、标准化打下基础。 (7)实现全面软件抗干扰设计。 软件抗干扰是单片机应用系统提高可靠性的有利措施 [15]。 程序设计流程图 程序设计流程图。