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正文內(nèi)容

基于da轉(zhuǎn)換器的數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-12-13 22:07 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式,其電路圖如圖4所示。圖4 內(nèi)部方式時(shí)鐘產(chǎn)生電路單片機(jī)片內(nèi)由一個反向放大器構(gòu)成振蕩器,可以由它產(chǎn)生時(shí)鐘。該反相放大器的輸入端為引腳XTAL1,輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳外接石英晶體振蕩器作為定時(shí)元件,內(nèi)部反向放大器自激振蕩,產(chǎn)生時(shí)鐘。C12,C13對頻率有微調(diào)作用。C12和C13值選擇為30PF。在實(shí)際連接中,為了減少寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定,振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。 鍵盤電路矩陣式鍵盤又稱行列鍵盤,它是用N條I/O線作為行線,N條I/O線作為列線組成的鍵盤。在這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。在本設(shè)計(jì)中,利用鍵盤進(jìn)行各個功能的選擇,它是系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對話的重要部件。由于系統(tǒng)需要的按鍵較多,因此采用了44矩陣式鍵盤。此種鍵盤結(jié)構(gòu)把檢測線分為兩組,一組為行線,一組為列線,按鍵放在行線和列線的交叉點(diǎn)上。矩陣式的鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是需要的測試線的數(shù)量少,對于一個NN的矩陣鍵盤與主機(jī)連接只需要N+N條測試線。44鍵盤電路的連線圖如圖5所示。P1P1P1P17作為鍵盤的行線,而P10~P13設(shè)為列線。采用查詢式的掃描方式,來識別鍵盤上閉合鍵是哪個功能鍵。本設(shè)計(jì)選用的是44的鍵盤控制,~,~;系統(tǒng)中鍵盤模塊設(shè)計(jì)十三個按鍵0~增加、減少、確認(rèn)。當(dāng)按下7時(shí)P13和P14導(dǎo)通,說明7已被按下。按下相應(yīng)的數(shù)字按鍵如:,按下“1”、“0”、“5”、“確認(rèn)”;需要對電壓進(jìn)行微調(diào)時(shí),需按下“增加”或者“減少”,當(dāng)達(dá)到所需要的數(shù)值時(shí),再按下“確認(rèn)”輸入的電壓值就相應(yīng)的增加或者減少。圖5 44鍵盤連線圖 顯示電路顯示的方式很多主要分為兩類:LED顯示,LCD顯示。前者顯示亮度高,制作成本低,適合做遠(yuǎn)距離顯示,但是由于其耗電較大,所用端口隨顯示的數(shù)據(jù)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的時(shí)間,如果采用靜態(tài)顯示則需要加鎖存器,耗費(fèi)硬件制作時(shí)間,就該題目來說,需要設(shè)定電壓顯示,LCD顯示更為清晰、直觀,從上面諸多因素來看,采用LCD顯示屏上完整顯示出比較理想。LCD最常用的就是1602液晶模塊。LCD1602可以再LCD顯示屏上完整顯示32個英文字符和日文等一些字符,適合顯示英文文字信息較小的地方,可以清晰顯示出同時(shí)還能顯示英文名稱和電壓/電流單位,電壓(三位數(shù)字:十位、個位、小數(shù)位),電流(三位數(shù)字:十位、個位、小數(shù)位)。通過單片機(jī)編程控制第4腳RS數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L),第5腳R/W讀/寫選擇端(H/L),第6腳E使能信號,從而實(shí)現(xiàn)顯示效果。它的顯示運(yùn)行原理如下:讀狀態(tài)輸入RS=L,RW=H,E=H;輸出:D0~D7=狀態(tài)字寫指令:輸入:RS=L,RW=L,D0~D7=指令碼,E=高脈沖;輸出:無讀數(shù)據(jù):輸入:RS=H,RW=H,E=H;輸出:D0~D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù):輸入:RS=L,RW=L,D0~D7=數(shù)據(jù),E=高脈沖;輸出:無LCD1602型LCD顯示模塊具有體積小,功耗低,顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。LCD1602可以顯示2行16個字符,有8位數(shù)據(jù)總線D0~D7和RS、R/W和EN三個控制端口,工作電壓為5V,并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。綜上所述,LCD1602滿足本系統(tǒng)的需求。LCD1602的接口信號說明如表2所示:表2 1602型LCD的接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3V0液晶顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端(H/L)13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負(fù)極其顯示部分引腳接口如圖6所示:~圖6 LCD顯示電路原理圖 D/A轉(zhuǎn)換電路D/A轉(zhuǎn)換器作為模擬量輸出通道的常用的器件,將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量,選擇DAC0832,它是8位芯片,可直接接到單片機(jī)的數(shù)據(jù)內(nèi)含有一個8位輸入數(shù)據(jù)寄存器,一個8位DAC寄存器和一個8位D/A轉(zhuǎn)換器,數(shù)字量轉(zhuǎn)換過程是將數(shù)字量存在輸入數(shù)據(jù)寄存器,在接到轉(zhuǎn)換命令時(shí)將輸入數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容傳輸?shù)紻AC寄存器通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量,進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us。(1)DAC0832主要特性:① 分辨率為8位; ② 電流穩(wěn)定時(shí)間1us; ③ 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入; ④ 只需在滿量程下調(diào)整其線性度; ⑤ 單一電源供電(+5V~+15V); ⑥ 低功耗,200mW。(2).DAC0832工作方式輸出模擬05伏電壓,還需要在DAC0832后接一放大器選用OP01,這種放大器的主要特征是增益共模抑制比很高(一般為100dB),而其失調(diào)電壓和失調(diào)電流、溫漂以及噪聲又很小,其廣泛地應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密加法、比較、閾值電壓檢測、微弱信號精確放大等場合,是一種通用性極強(qiáng)的運(yùn)算放大器。DAC0832的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下式(1)所示: (1)式中 —基準(zhǔn)電壓;—輸入的數(shù)字量; —輸出的模擬電壓量。 (3)DAC0832與AT89C52接口電路如圖7所示:圖7 DAC0832與AT89C52接口電路 放大電路放大電路的特點(diǎn):功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的電路。因此,要求同時(shí)輸出較大的電壓。工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動負(fù)載,帶動負(fù)載能力強(qiáng)。放大電路圖如圖8所示:圖8 放大電路圖第4章 數(shù)控直流電源的軟件設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原則,在總體概況設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的詳細(xì)設(shè)計(jì)、功能分解、模塊劃分、細(xì)化軟件層次、優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu),以達(dá)到模塊功能的獨(dú)立性,執(zhí)行的高效性。該系統(tǒng)的軟件程序由主程序和數(shù)個子程序模塊組成,其中子程序包括顯示子程序、按鍵識別程序、D/A子程序。 主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖9所示,負(fù)責(zé)與各子程序模塊的接口和檢查鍵盤功能。程序運(yùn)行后,開始檢測是否有鍵按下,若有則進(jìn)入設(shè)定按鍵功能。液晶LCD1602直接顯示CPU設(shè)定的數(shù)值,使CPU資源得到充分利用。開始初始化鍵盤子程序D/A子程序顯示子程序圖9 主程序流程圖 子程序設(shè)計(jì) 鍵盤子程序設(shè)計(jì)程序主要分為兩個部分:一個部分不停地監(jiān)測是否有按鍵按下,另一個部分查看哪一個鍵按下。在初始狀態(tài)下,4個列輸出端口輸出低電平,~,~。如果沒有按鍵按下,~;如果有按鍵按下,則被按下的鍵對應(yīng)的行輸入端口的電平就會被拉低,~,~。~,就轉(zhuǎn)到查詢程序SEE。鍵盤子程序流程圖如圖10所示。開始掃描鍵盤是否有鍵按下?“+”鍵?“”鍵?根據(jù)按鍵更改輸出電壓值返回YYYNNN圖10 鍵盤子程序流程圖 LCD顯示子程序設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的顯示器上的顯示點(diǎn)與驅(qū)動控制芯片中的顯示緩存RAM是一一對應(yīng)的;驅(qū)動控制芯片當(dāng)中共有65(8 Page x 8 bit+1)X 132個位的顯示RAM 區(qū)。而顯示器的顯示點(diǎn)陣大小為64X128點(diǎn),所以實(shí)際上在液晶顯示模塊中有用的顯示RAM 區(qū)為64 X 128個位;按byte為單位劃分,共分為8個Page,每個Page為8行,而每一行為128個位(即128列)。驅(qū)動控制芯片的顯示RAM區(qū)每個byte的數(shù)據(jù)對應(yīng)屏上的點(diǎn)的排列方式為:縱向排列,低位在上高位在下。如要點(diǎn)亮LCD屏上的某一個點(diǎn)時(shí),實(shí)際上就是對該點(diǎn)所對應(yīng)的顯示RAM區(qū)中的某一個位進(jìn)行置1操作;所以就要確定該點(diǎn)所處的行地址、列地址。從圖中可以看出,LCD1602液晶顯示模組的行地址實(shí)際上就是Page的信息,每一個Page應(yīng)有8行;而列地址則表示該點(diǎn)的橫坐標(biāo),在屏上為從左到右排列,Page中的一個Byte對應(yīng)的是一列(8行,即8個點(diǎn)),達(dá)128列,根據(jù)這樣的關(guān)系在程序中控制LCD顯示屏的顯示。LCD顯示子程序如圖11所示。開始送設(shè)置顯示器第一行的初始地址寫指令第一行是否全部顯示寫指令N送設(shè)置顯示器第二行的初始地址N第二行是否全部顯示Y返回Y地址加1地址減1圖11 LCD顯示子程序 D/A轉(zhuǎn)換器子程序設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換器的流程圖如圖12所示,通過調(diào)用D/A轉(zhuǎn)換器子程序?qū)/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制,控制D/A轉(zhuǎn)換器使其按照要求來運(yùn)作,將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號,輸送給放大器進(jìn)行放大。開始返回送D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量啟動D/A轉(zhuǎn)換完?YN圖12 D/A子程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析數(shù)控直流電源的系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試,而且兩者是密不可分的。我們設(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序,只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試,才能驗(yàn)證其正確性;軟硬件的配人情況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求,也只有經(jīng)過調(diào)試,才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、完善,最終開發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試,單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行,這里的調(diào)試只是將其制成印刷電路板后試驗(yàn)電路是否正確,并排除一些加工工藝性錯誤(如錯線、開路、短路等)。這種調(diào)試可單獨(dú)模擬進(jìn)行,也可通過開發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行。硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機(jī)開發(fā)裝置上進(jìn)行,可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個特殊的程序段,并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運(yùn)行;也可配合對應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊,然后檢查是否正確,如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致,可以通過單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法,查出原因并加以改正,直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。這時(shí)該 程序功能塊已調(diào)試完畢,可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試。程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個完整程序,在所研制的硬件電路上運(yùn)行。從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中可能會有某些支路上的程序、功能塊因受條件制約而得不到相應(yīng)的輸入?yún)?shù),這時(shí),調(diào)試人員應(yīng)創(chuàng)造條件進(jìn)行模擬調(diào)試。在聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問題也應(yīng)及時(shí)修正,直到單片機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成功為止。系統(tǒng)調(diào)試完成后,還要進(jìn)行一段時(shí)間的試運(yùn)行,從而檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力,驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,是否達(dá)到預(yù)期的效果。 proteus介紹本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是用proteus來進(jìn)行模擬仿真的。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件(該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司)。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步,但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件),從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺,其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器,并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。其功能特點(diǎn):Proteus軟件具有其它EDA工具軟件(例:multisim)的功能。這些功能是:(1)原理布圖 (2)PCB自動或人工布線 (3)SPICE電路仿真 革命性的特點(diǎn): (1)互動的電路仿真 ,用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM,ROM,鍵盤,馬達(dá),LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件。 (2)仿真處理器及其外圍電路,可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 。以上編程,再配合顯示及輸出,能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等,Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。proteus的智能原理圖設(shè)計(jì)(ISIS) 豐富的器件庫:超過27000種元器件,可方便地創(chuàng)建新元件;智能的器件搜索:通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件;智能化的連線功能:自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷,大大縮短繪圖時(shí)間; 支持總線結(jié)構(gòu):使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡明清晰;可輸出高質(zhì)量圖紙:通過個性化設(shè)置,可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙,可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在proteus軟件上畫出所需要的元件然后進(jìn)行連接,最后導(dǎo)入相應(yīng)的程序進(jìn)行模擬仿真。 數(shù)控直流電源硬件調(diào)試的問題及解決系統(tǒng)的調(diào)試過程是整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中,最困難也是最麻煩的一個環(huán)節(jié)。如何能夠有效而且在最短的時(shí)間內(nèi)完成整個系統(tǒng)的調(diào)
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