基于单片机的直流电子负载设计(硬件)毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的直流电子负载设计(硬件)毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

在本系统的设计中 要先从 键盘中输入 给定的 设定值， 在 通过 D/A 转 换器转换输出 即时值。 所以 本设计 需要有 0 到 9 的数字键、小数点等等按键，按键 比 较多，所以 本 键盘输入模块 设计 采用 的是 4*4 矩阵键盘。 电子负载系统中按键需要实现的功能有 : 1. 09 数字键： 在 本设计中 使 用 专门 的 0 到 9 数字输入键， 依次按下数字键后，系统逐个扫描， 按位输入的数据提取出来，转换成十进制数据。 南昌航空大学科技学院 20xx 届学士学位论文 9 2. 小数点键： 在 本 次 设计中 因为要输入小数 ， 所 输入 的 值会有需要带小数点 的。 第一次按键扫描后 ，按下小数点键， 会跟数字键一样被显示器显示出来。 3. 启动停止按键（ C 键） :此按键是把系统的 功能 划分成 设置 、 调节 两张功能 ，当按下 该 按键后， 系统就会变为 执行 A/D 采集、负载调节、实际数据 LCD 显示等功能 ；如果没有按下该键则默认是功能设定，系统执行按键查询、预置设定输入数据和液晶显示灯功能。 4. 确 定按键（ Enter 键） :在按完你需要的预设数据后再 按下该按键， 系统就会停止其他按键功能，然后会把输入的设定值 送往单片机， 然 后转换成十进制数据，再 通过 LCD 显示 器 显示出来。 5. 复位清零键 :当输入有误时，按下该键 后使其复位清空屏幕。 单片机 4*4 矩阵键盘设计方案 1. 设计原理 如图 所示用单片机的并行口 P0连接 到 4*4矩阵键盘， 用 单片机的 各 个 管脚 用 作 信号 输入线， 用 单片机的 各 个 管脚作输出线，在 LCD 数码管上显示每个按键 的 序号 （ 0 到 9） 、小 数点和启动停止按键（ C 键）、确定按键（ Enter）、复位清零键。 2. 键盘中对应按键的序号排列如图 所示 图 键盘序列号排列 3. 4*4 矩阵键盘电路图 A 7 C V 4 5 6 9 8 . 清零 1 2 3 Enter 0 南昌航空大学科技学院 20xx 届学士学位论文 10 S1 S2 S3 S4S5 S6 S7 S8S9 S 1 0 S 1 1 S 1 2S 1 3 S 1 4 S 1 5 S 1 6R11 0 KR21 0 KR31 0 KR41 0 KR51 0 KR61 0 KR71 0 KR81 0 KV C CP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P0.4P0.5P0.6P0.7 图 4*4 矩阵键盘电路图 如图 所示竖向 至 接 STC89C52 单片机 AD0 至 AD3 口，横向 至 接 STC89C52 单片机 AD4 至 AD7 口。 本设计 按键 使 用 的是依次每行 扫 描进行识别， 系统会进行每行的逐个 扫描，首先 每行 会 输出低电平， 然后依次扫描每一列是否产生低电平 ， 要是扫描到列数有低电平产生的话 ， 系统就会认为有按键按下了 ， 然后让每行数按顺序输出低电平 ， 剩下的行数就输出高电平 ， 然后再扫描每一列是否有低电平输出的情况 ， 如果有低电平输出的行列交叉处，那该交叉处就是按键按下的地方。 显示模块的设计 方案设计论证 数码管具有接线简单、成本 较低 、编程 较为 容易、配置简单 又 灵活、对外界环境要求 比 较低、 更 易于维护等特点。 数码管 是可以显示电流和电压的 ，但数码管 只能 显 示 些数字等 ， 显示的信息比较少 ， 又比较 占用系统 I/O 资源，显示 的 信息较 少 ，但 其电路 又比较较繁杂。 考虑到本系统中显示的内容以及系统的实用性，采用液晶显示（ LCD）。 液晶显示具有体积小 巧 、 功率耗能较 低、质量 又比较 轻、平面直角 的 显示及影响稳定、分辨率 较 高、画面效果 较 好、抗干扰能力 又比较强、没有 辐射危害等 等优势。 LCD显示 可以显示 数字和字符 ， 也能 显示曲线 、 图形 和 汉字，且 还 可以 在 屏幕 上显示动画等功能。 南昌航空大学科技学院 20xx 届学士学位论文 11 在 本次设计中要 求能够显示电流电压 ， 所以使 用的是 Nokia 5110 液晶显示 器，这种显示器不仅可以显示 数字也可以显示电流电压 等汉字 和电压电流单位 ， 外观也比较美观，所显示的信息一目了然， 而且 LCD 液晶显示 具有 体积小 巧 、质量 较轻、功 率 耗 能 低、 没有 辐射危害 等 ，与单片机连接较简单。 考虑到本次设计的要求再 经过 仔细 比较 后 选择 了 Nokia5110 液晶显示。 使用 Nokia 5110 液晶显示的四大理由： 1. 性价比高，可以显示 15 个汉字、 30 个字符，价格便宜； 2. 接口简单，仅四根 I/O 线即可驱动； 3. 速度快，是 LCD12864 的 20 倍，是 LCD1602 的 40 倍； 4. Nokia5110 工作电压 ，正常显 示时工作电流 200uA 以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。 L C D 液 晶 显 示S T C 8 9 C 5 2S P I 时 钟 生 成 器M O S IM O S I 图 单片机与 LCD 通信 如图 所示 是 STC89C52 单片机与 LCD 液晶显示模块连接电路。 LCD 液晶显示 1 管脚 至 5 管脚 接 STC89C52 单片机 A8 至 A12 口， 7 口接 VCC， 8 口接GND；如图 为单片机与 LCD 的通信过程。 南昌航空大学科技学院 20xx 届学士学位论文 12 Nokia 5110 液晶显示模块说明 图 Nokia5110 液晶显示说明 A/D 转换电流电压采样电路模块设计 方案设计论证 ADC0809：是一个 8 位的逐次逼近型 8 模拟输入的 A/D 转换器，单片 CMOS型装置。 它的作用可以选择 8 个模拟输入和分享 A/D 转换器根据地址译码信号。 但占用的端口，开关频率低于 100 万。 TLC1549:10 位 A/D 转换器 TLC1549 系列转换器是模拟到数字转换器串行控制，连续的逐次逼近，它采用了一三态输出由三线接口和两个差分基准电压高阻抗输入。 TLC1549 采用 CMOS 技术。 它具有自动采样，比例范围校正转换范围和抗 噪声功能，并在全面总误差的设计是只有 MV 转换电路，可广泛应用于模拟和数字。 通过比较，设备 TLC1549 系列是足够快，能耗低，精度高，性能良好的功率，界面简单，可靠性高，实用价值相对于前者更好。 相比 之下 ， TLC1549 更适合的南昌航空大学科技学院 20xx 届学士学位论文 13 设计，所以 选择 TLC1549 系列变频器。 取样电路和测量链路检测 是 一项重要技术，为了在恒定电流模式做出适当的负载工作， 实时的 MOS 管的输出电流与被测电路的输出电压，在本设计中 的 电源采样。 采样 A/D 选用 10 位精度的 TLC154精度较高。 如图 所示的是电压 和电流采样电路 原理图。 该电 路包括采样电路，电压和电流 采样 ，工作电流和电压采集后，反馈到单片机，再通过液晶显示出来，实现自动循环的调节。 电压采样电路 在 电压采样电路 中 ，因为电子负载可以相对较宽的输入电压，在样品前分频器的设计 里 ，因为在实际工作电压会更高。 采用 1/11 部分使用压力，输出的 A/D转换器，一个电压跟随器后加 TLC1549 后 ，输入电压和输出电压相同，缓冲电路，起到承上启下的作用，提高输入阻抗。 如图 所示。 如图 所示，主体和电源电压电压采样 Ub 点两端电压的关系 Ub=R19/( R19+ R18)U=10K/(10K+100K)U=1/11U （ ） 所以 U=11Ub （ ） 如图 所示 3 个 OP37 都接电源 +12V 和 12V， U4（ TLC1549) 8 口接 VCC， 4 口接 GND， 5 至 7 口分别接 STC89C52 单片机 至 口。 R 1 91 0KQ2I R F P 4 6046132 785U4T L C 1 54 946132 785U5T L C 1 54 9R 1 81 00 KR+RUbU a 1GNDGNDV C C V C CV C CP 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7R 1 7o . 2 5R 1 1R 1 2R 1 4R 1 3O P 37O P 37UfC50 . 75 uFUaR 1 51KR 1 61K V R E F6 0K4 0K4 0K1 2VO P 37R 2 01KR 2 11K1 2VV C CU b 11 2V 1 2V 1 2V 1 2V 图 A/D 转换电 流电压采样电路原理图 南昌航空大学科技学院 20xx 届学士学位论文 14 电流采样电路 在本次 电流采样电路的设计 中 ，电阻 R17 对电流信号转换为电压信号，输出到 A/D 转换器 TLC1549， 后 还增加了一个电压跟随器，也不具有放大作用。 如图 所示，提高电路带负载能力，取到缓冲、隔离作用。 如图 所示负载电流 I 与电流采样点电压 Ua 的关系为 I=Ua/R17=Ua/ （ ） 电阻 R17 是 电流 与 电压转换元件，采样电阻 R17 的电阻为 欧姆，为锰铜采样电 阻，阻值较小，但可以承受大功率，采样电阻分流对整个电路影响较小。 电压下降的比较参考电压和 PI 调节器 R17 的下降，停止和改变，控制 MOS 管的流量，从而达到保持电流恒定的目的。 高电流和高功率电源，电路检测电路板，这种电阻是非常合适的，它具有温度系数低，稳定性好的优点，散热性能好等优点。 输入的模拟量采样 46132 785U5T L C 1 54 9U a 1GNDV C C V C CP 3. 2P 3. 3P 3. 4 图 tlc1549 引脚图 1. TLC1549 简介 TLC1549 是 CMOS 工艺，它一直保持在与采样， TLC1549 是一个 10 位模拟数字转换器。 差分基准电压高阻抗输入，抗干扰能力强，可根据距离校正转换范围的比例，可以调整 177。 1LSB 最大误差（ ）等。 无效的 CS 芯片在选定的情况下， I/O 时钟是最初禁止和数据在一个高阻抗状态。 当串行接口将 CS 有效，变频调速开始允许的 I/O 时钟数据和从高阻抗状态。 串行接口和 I/O 时钟序列的 I/O 时钟和接收从以前的数据转换的结果。 I/O 接收输入序列 10 和 16 时钟之间的长度从主机的串行接口。 10 年初的 I/O 时钟控制的顺序采样模拟输入。 在 CS 的下降沿， MSB 先前的转换中出现的数据终端。 10 位的南昌航空大学科技学院 20xx 届学士学位论文 15 数据被发送到主机计算机通过串行接口进行数据。 为了开始转换，最少需要 10 个时钟脉冲。 如果 I/O CLOCK 传送大于 10 个时钟长度，所以在内部逻辑边缘下降 10 时钟，数据的低保证值零剩余的位。 在正常周期的转换在规定时间内， CS端高水平跳跃可以结束循环，设备返回到初始状态。 根据功能结构及其 TLC1549的时 序 ，其工作过程可分为 3 个阶段：模拟量采 样，模拟和数字传输。 D/A 转 换模块设计 DAC0832 是 8 分辨率 D/A 转换芯片。 这 D/A 芯片以其接口简单等优点，易于控制等，广泛应用于 微机应用系统。 D/A 转换器是由 8 位 DAC 寄存器， 8 位输入锁存器，换控制电路和一个 8 位 D/A 转换器转 形成。 而 TLC5615 D/A 是用于串行 DAC。 TLC5615 串行 DAC 芯片是 10 点，性能目前比早期模型的输出更好。 刚刚结束的 10 位串行数据输入通过 3 串行总线，便于标准和工业微处理器或微控制器（ MCU）接口，测试仪适用于电池供电，是一个数字到模拟转换器与串行接口。