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正文內(nèi)容

基于avr單片機電子負載監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文-資料下載頁

2025-07-06 17:23本頁面

【導(dǎo)讀】[主要對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(論文)的工作態(tài)度,研究內(nèi)容與方法,工作量,文獻應(yīng)用,創(chuàng)新性,實用性,通訊、汽車、蓄電池等領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用,并已成為當前研究的熱點。的導(dǎo)通量,實現(xiàn)對電源參數(shù)的穩(wěn)定控制。本設(shè)計主要包括兩部分:數(shù)據(jù)采集及相關(guān)動作的下位機和實現(xiàn)遠程監(jiān)控的上位機。下位機從直流電子負載系統(tǒng)方案分析入手,討論了整個系統(tǒng)的硬件電路和軟件實現(xiàn),并給出較為合理的解決方案。電路,通過軟硬件的協(xié)調(diào)配合,實現(xiàn)了整個設(shè)計。單片機輸出不同占空比的PWM波形,控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間,調(diào)節(jié)流過場效應(yīng)的電流。實時顯示,上位機設(shè)置負載電流大小,電壓超限報警等功能。的勞動條件,對實際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

  

【正文】 壓數(shù)字之間的字母來表示。插入 L 表示 100mA、 M 表示 500mA,如不插入字母則表示 。 三端固定式穩(wěn)壓器的基本電路如圖 所示: Vin12+5V3GND7805CiCo+Ui Uo+ 圖 78 系列三端穩(wěn)壓基本應(yīng)用電路 如圖 所示,只要把正輸入電壓 Ui加到 7805 的輸入端, 7805 的公共端接地, 則湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 15 輸出端便能輸出芯片標稱正電壓 Uo。實際應(yīng)用電路中,芯片輸入端和輸出端與地之間除分別接大容量濾波電容外,通常還需在芯片引出腳根部接小容量電容 (~ 10uF)到地。 系統(tǒng)供電設(shè)計 在本設(shè)計中,按照系統(tǒng)要求,需要使用 +12V 和 +5V 兩種電源。下位機中的工作電壓是通過市電經(jīng)過變壓器后轉(zhuǎn)為頻率為 50HZ 的 15V 的交流電,經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出分別為 12V 和 5V 的直流電壓,如圖 ,圖 ,圖 所示: D1T1F1NL+220V ~DC 圖 交流整流電路 Vin +12VGNDVR17812C11200uF104C2+12V+ 圖 直流 12V 電路 Vin +5VGNDVR27805C347uFC547uF104C4104C6+12V +5V 圖 直流 5V電路 在圖 中,輸入為 220V 的交流電,輸出為經(jīng)過整流之后的脈動直流。其中 F1 為保險管, T1 為 220V15V 的工頻變壓器實現(xiàn)降壓, D1 為用整流二極管構(gòu)成的全橋 , 將交流電整流成脈動直流電。圖 中, C1 為濾波電容,脈動直流有很大的諧波,因此使用電容濾除這些諧波。大電容一般體積大,且通常使用多層卷繞的方式制 作,這就導(dǎo)致了湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 16 大電容的分布電感比較大。電感對高頻信號的阻抗是很大的,所以,大電容的高頻性能都不好。而一些小容量電容則剛剛相反,由于容量小,因此體積可以做得很小,而且常使用平板電容的結(jié)構(gòu),這樣小容量電容的分布電感就很小,它就具有了很好的高頻特性,但由于容量小的緣故,對低頻信號的阻抗大。所以,為了能夠更好的濾除雜波,通常采用一個大電容再并上一個小電容的方式。圖 為將 12V 的直流電轉(zhuǎn)換成 5V的直流電。 電壓及電流數(shù)據(jù)采集 A/D 是檢測和測量環(huán)節(jié)的重要技術(shù)手段,為了讓負載準確工作在不同方式下,設(shè)計 中對 被測電源的輸出電壓 輸出 電流進行實時采樣。 A/D 轉(zhuǎn)換器 選用 ATmega88 自帶的具有10位 高 精度的逐次逼近型 A/D。 A/D 與一個 8通道的模擬多路復(fù)用器連接,能對來自 端口 A 的 8 路單端輸入電壓進行采樣,單端電壓輸入以 0V 為基準, A/D 由單片機的 AVCC引腳單獨提供電源。當在 A/D 參考電壓引腳加上 5V 的參考電壓時, A/D 轉(zhuǎn)換器的 采樣精度可達 5V/1024 ? 。使用 ATmega88 自帶的 A/D 轉(zhuǎn)換器能夠滿足設(shè)計要求,簡化了電路設(shè)計。 采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路 。 從功率電 路采集實際工作電壓和電流,反饋到單片機,實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。 電壓采樣電路中,由于電子負載的輸入電壓范圍比較寬,電壓較高,采樣前首先 要進行分壓設(shè)計。 圖 為電壓 采樣電路原理圖 。 182KR110KR210KR3VinVout 圖 電壓采樣電路原理圖 在圖 中, Vin 為 待 檢測的電壓, Vout 為對 Vin 分壓后得到的輸出值。 Vout 和Vin 關(guān)系為: Vout R2=Vin R1+R2 ???????????? ( ) 電流采樣電路中,首先借助采樣電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號 。圖 所示為電流采樣電路原理圖: 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 17 R0IVi 圖 電流采樣電路原理圖 如圖 所示,電流 I在 R0 上會產(chǎn)生壓降,假定運算放大器開環(huán)增益為 K,則可以得到 電流 I和輸出 Vi 的關(guān)系 : ViI=KR0 ??????????????( ) 運算放大器的開環(huán)增益 K可以參看有關(guān)生產(chǎn)廠家提供的資料,電阻 R0 為毫歐級。 由公式( )可知,只要能夠 測得 Vi, 就 可以計算出電流 I。 本設(shè)計中,要求能夠?qū)?4路輸入的電壓電流信號進行 檢測 ,如果選用 ATmega88 的 8通道模擬多路復(fù)用器來采集這輸入的 4 路電壓電流信號的話,將占用 單片 機的 8個 I/O口,這對于本就很緊張的 I/O 口資源來說是一種浪費 。為節(jié)省 單片機的 I/O 口資源,選擇外接的 8 通道模擬多路復(fù)用器。 本系統(tǒng)使用 8通道模擬多路復(fù)用器 CD4051。 其芯片引腳配置如圖 所示: 12345678161514131211109VDD01234567INHVEEVSSABCCOM OUT/IN 圖 CD4051 引腳配置 CD4051 是單 8 通道數(shù)字控制模擬開關(guān),有 3個二進制控制輸入端 A、 B、 C 和 INH 輸CHANNELS IN/OUT CHANNELS IN/OUT CHANNELS IN/OUT 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 18 入,具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。 幅值為 ~ 20V 的數(shù)字信號可控制峰-峰值至 20V 的模擬信號。 這些開關(guān)電路在整個 VDD- VSS 和 VDD- VEE 電源范圍內(nèi)具有極低的靜 態(tài)功耗,與控制信號的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當 INH 輸入端 為高電平 時,所有的通道截止。3位二進制信號選通 8 通道中的 某一個 通道,可連接該輸入端至輸出。 CD4051 真值表如表 所示: 表 CD4051 真值表 輸入值 選擇通道 INH C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 X X X 關(guān)閉所有通道 完整的電壓及電流采集電路如圖 所示: PD3/PCINT19/OC2B/INT1PD4/PCINT20/XCK/T0GNDVCCGNDVCCPB6/PCINT6/XTAL1/TOSC1PB7/PCINT7/XTAL2/TOSC2PD5/PCINT21/OC0B/T1PD6/PCINT22/OC0A/AIN0PD7/PCINT23/AIN1PB0/PCINT0/CLKO/ICP1PB1/PCINT1/OC1APB2/PCINT2/SS/OC1BPB3/PCINT3/OC2A/MOSIPB4/PCINT4/MISO PB5/SCK/PCINT5AVCCAD6AREFGNDADC7PC0/ADC0/PCINT8PC1/ADC1/PCINT9PC2/ADC2/PCINT10PC3/ADC3/PCINT11PC4/ADC4/SDA/PCINT12PC5/ADC5/SCL/PCINT13PC6/RESET/PCINT14PD0/RXD/PCINT15PD1/TXD/PCINT16PD2/INT0/PCINT17U1ATmega88 TQFPX4X6XINX7X5INHVEEVSS CBAX3X0X1X2VDDU4CD4051104C1VT1VT2VT3VT4AT1AT2AT3AT4GNDGND5VABCQ1TL4312KR23R1 1%R2 1%103C212VGND33uHL15V102C3GNDABCGND 圖 電壓及電流數(shù)據(jù)采集電路 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 19 圖 中, VT1~ VT4 為各通道的電壓, IT1~ IT4 為各通道的電流, A、 B、 C 用于控制 CD4051 選擇某一通道。 L1 和 C3組成 LC濾波電路保證 A/D 轉(zhuǎn)換器電源電壓穩(wěn)定。TL431 和 R1, R2 構(gòu)成的電路用以提供精確的 A/D 轉(zhuǎn)換電壓基準。 I/O 擴展 單片機的 I/O 口始終是有限的 , 若 所需要的 I/O 口較多時,單片機的 I/O 就不能夠滿足所需要求。 為了解決這些問題,可以對單片機的 I/O 口進行擴展。本設(shè)計選擇PCA9535 對單片機 I/O 口進行擴展。 PCA9535 引腳配置如 圖 所示: 123456782423222120191817VDDA0SCLSDAI/INTI/A1I/I/I/I/I/I/I/A29I/10I/11I/12VSS16I/15I/14I/13I/ 圖 PCA9535 引腳配置 PCA9535 是 Philips 公司生產(chǎn)的 基于 I2C 接口的 I/O 口 擴展芯片 ,能夠擴展 2 路 8位 I/O 端口 I/O0 和 I/O1,通過 I2C 接口受控于單片機。提供 3個地址輸入引腳 A0、 A1和 A2,允許同一總線上連接 8片 PCA9535。 PCA9535 主要特性如下: ? 工作電壓范圍為 ~ ; ? 提供極性翻轉(zhuǎn)寄存器 。 它允許操作者對 PCI9535 輸入寄存器中的數(shù)據(jù) 進行 翻轉(zhuǎn); ? 低電平有效中斷輸出。 當 PCA9535 的 I/O 配置為輸入時, I/O 引腳電平的變化將會觸發(fā) PCA9535 發(fā)出中斷信號 。 I/O 引腳電平回復(fù)到與原來輸入寄存器值匹配或者操作者讀取完輸入寄存器之后, PCA9535 中斷信號會清除 ; 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 20 ? 低待機電流; ? 內(nèi)部上電復(fù)位。系統(tǒng)上電時,初始化引腳及內(nèi)部寄存器為初始狀態(tài); ? 16個 I/O 引腳,初始化為輸入; ? 支持 0~ 400KHZ 的時鐘脈沖; PCA9535 引腳說明如表 所示: 表 PCA9535 引腳說明 符號 功能 INT 中斷輸出(開漏輸出),低電平有效 A A A0 配置地址輸入端 I/~ I/ I/O 端口 0 VSS 電源地 I/~ I/ I/O 端口 1 SCL I2C 串行時鐘線 SDA I2C 串行數(shù)據(jù)線 VDD 供電端 在本設(shè)計中,利用 PCA9535 擴展 I/O 口輸出控制信號 。電子負載設(shè)計為 4 路輸入,需要根據(jù) 4 路輸入電壓分別輸出 4 路控制信號,分別為 VAC1~ VAC4, VAD1~ VAD4, KCM1~KCM4。 使用 PCA9535 擴展 I/O 口電路如圖 所示 : PD3/PCINT19/OC2B/INT1PD4/PCINT20/XCK/T0GNDVCCGNDVCCPB6/PCINT6/XTAL1/TOSC1PB7/PCINT7/XTAL2/TOSC2PD5/PCINT21/OC0B/T1PD6/PCINT22/OC0A/AIN0PD7/PCINT23/AIN1PB0/PCINT0/CLKO/ICP1PB1/PCINT1/OC1APB2/PCINT2/SS/OC1BPB3/PCINT3/OC2A/MOSIPB4/PCINT4/MISOPB5/SCK/PCINT5AVCCAD6AREFGNDADC7PC0/ADC0/PCINT8PC1/ADC1/PCINT9PC2/ADC2/PCINT10PC3/ADC3/PCINT11PC4/ADC4/SDA/PCINT12PC5/ADC5/SCL/PCINT13PC6/RESET/PCINT14PD0/RXD/PCINT15PD1/TXD/PCINT16PD2/INT0/PCINT17U1ATmega88 TQFPINTA1A2I/I/I/I/I/I/I/I/VSS I/I/I/I/I/I/I/I/A0SCLSDAVDDU3PCA9535PWGNDGNDGND2KR62KR72KR82KR92KR102KR112KR122KR135V10KR1410KR1510KR1610KR1710KR1810KR1910KR2010KR21104C65VVAC1VAC2VAC3VAC4VAD_1VAD_2VAD_3VAD_4KCM1KCM2KCM3KCM410KR2810KR295VGND 圖 擴展 I/O 電路圖 在 I2C 協(xié)議中,為了實現(xiàn)“線與”功能, 協(xié)議的 SDA 線和 SCL 線 設(shè)計 為開漏輸出,只能輸出低電平,不能輸出高電平。 I
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