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數(shù)字式恒流電源的研究畢業(yè)論文(參考版)

2024-08-31 12:06本頁(yè)面
  

【正文】 47 參 考 文 獻(xiàn) [1] 張德江 .計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) .機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 [2] 潘新民 .微型機(jī)過(guò)程控制接口技術(shù) .華中理工大學(xué)出版社 .1996 [3] 莫正康 .半導(dǎo)體變流技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社 [4] 劉金錕 .先進(jìn) PID 控制 MATLAB 仿真 (第 2 版 ).北京 :電子工業(yè)出版社 .2020 [5] 夏德鈐,翁貽方 .自動(dòng)控制理論(第二版) .機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 [6] 張思雨 .預(yù)測(cè)控制算法和 P ID 控制算法 .燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 .2020 [7] 劉紹鼎,樊立萍,姜長(zhǎng)洪 .基于模糊規(guī)則參數(shù)自整定 PID 控制器的設(shè)計(jì) .沈陽(yáng)化工院 .2020 [8] 高東杰,譚杰,林紅權(quán) .應(yīng)用先進(jìn)控制技 術(shù) .北京 :國(guó)防工業(yè)出版社 .2020 [9] 張建民,王濤 .智能控制原理及應(yīng)用 .北京 :冶金工業(yè)出版社 .2020 [10] 陶永華,尹怡欣,葛蘆生 .新型 PID 控制及其應(yīng)用 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 .1998 [11] 朱麗莉 .C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) .吉林大學(xué)出版社 [12] 沈煒 .Visual Basic 編程 從基礎(chǔ)到實(shí)踐 .電子工業(yè)出版社 [13] 周雪琴 .計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) .西北工業(yè)大學(xué)出版社 .1998 [14] 李惠光 .微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 [15] 凌澄 .PC 總線工業(yè)控制系統(tǒng)精粹 .清華大學(xué)出 版社 [16] 王建校 .電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 .高等教育出版社 .2020。 盡管這樣,我還是不得不承認(rèn)自己所學(xué)、能用的知識(shí)太少,因此作出的文章有很大的局限性,不專(zhuān)業(yè)或是過(guò)多引用別人的理論,在這里需要特別強(qiáng)調(diào)。同時(shí)還要感謝我的父母,對(duì)于我的學(xué)習(xí)和生活,他們給我了最大的支持,望子成 龍是每個(gè)父母的心愿,為此他們操了一輩子的心而不途回報(bào),在此我要衷心地謝謝他們。在此,即將離開(kāi)母校,對(duì)所有給我殷勤教育的老師們致予謝意,對(duì)于你們的教導(dǎo),將使我終身難忘,祝你們身體健康,萬(wàn)事如意。對(duì)導(dǎo)師給予的學(xué)術(shù)上的指導(dǎo)、做人治學(xué)思想上的教育、生活上的關(guān)心和幫助致以最衷心的謝意 !薛老師淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度給我留下了深刻的 印象,開(kāi)闊了我的視野,豐富了我的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)。我的論文能夠順利完成,離不開(kāi)老師們辛勤的指導(dǎo)、同學(xué)熱情的幫助以及父母的支持和理解。 46 致 謝 四年的學(xué)習(xí)生涯,對(duì)于我來(lái)說(shuō),是一段充實(shí)而又難忘的時(shí)光。 本系統(tǒng)的研制主要應(yīng)用到了電力電子技術(shù)、電路原理、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、 AVR 單片機(jī)技術(shù)、 C 語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等知識(shí)和技能,所設(shè)計(jì)的基于單片 機(jī)程序控制的數(shù)控恒流源,達(dá)到了題目要求。 (2)詳細(xì)討論了 DC/ DC 變換器硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、方法和結(jié)論等,包括開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浞治觯β书_(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì), AVR 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì),反饋回路設(shè)計(jì)等內(nèi)容,完成了系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 初 始 化顯 示 設(shè) 定 值是 否 有 鍵 按 下 ?按 鍵 結(jié) 束產(chǎn) 生 P W M 波 匹 配 值輸 出 P W M 波A D 采 樣顯 示 實(shí) 際 輸 出 值輸 出 值 與 設(shè) 定 值是 否 相 等 ?產(chǎn) 生 新 的 P W M匹 配 值YNYYNN 圖 PWM調(diào)制 子程序 流程圖 45 總 結(jié) 本文在了解數(shù)字電源的相關(guān)概念和理論的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 AVR 的數(shù)字恒流電源,理論上分析了數(shù)字 PWM 的調(diào)制方法,硬件系統(tǒng)則借鑒了低壓大電流多相 Buck 型 DC/ DC 變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),軟件部分討論并分析了數(shù)字 PID 控制算法在開(kāi)關(guān)電源中的實(shí)際應(yīng)用,最終實(shí)現(xiàn)了電流恒流控制器系統(tǒng)的基本功能。系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間以及穩(wěn)定后電流值波動(dòng)的幅度,可根據(jù)設(shè)計(jì)要求由軟件來(lái)調(diào)整。由于 PWM 初始匹配值設(shè)置的大小不同,電流值在開(kāi)始時(shí)可能會(huì)跟設(shè)定值有較大偏差。 保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)消 抖 延 時(shí)讀 取 鍵 值有 鍵 按 下恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)NY鍵 盤(pán) 中 斷中 斷 返 回 圖 鍵盤(pán)中斷子程序 流程圖 顯示中斷子程序模塊 本系統(tǒng)采用定時(shí)中斷 0來(lái)實(shí)現(xiàn)逐位動(dòng)態(tài)顯示,每位顯示間隔固定為 2ms,使 LED輸示非常穩(wěn)定,無(wú)法考慮定時(shí)刷新顯示,使得該顯示子程序簡(jiǎn)單靈活,適用性廣。 開(kāi) 始初 始 化調(diào) 用 閉 環(huán) 比 較 函 數(shù)D / A 子 函 數(shù)A / D 子 程 序滿(mǎn) 載 或 空 載啟 動(dòng) 報(bào) 警 標(biāo) 志 置 位讀 取 鍵 位是 否 設(shè) 置是 “ + ” 劍是 “ ” 劍調(diào) 用 電 流 設(shè) 定 子 程 序調(diào) 用 電 流 加 1 子 程 序調(diào) 用 電 流 劍 1 子NNYNNYYY 40 圖 主程序流程圖 保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)返 回實(shí) 際 值 設(shè) 定小 于 0置 負(fù) 標(biāo) 志 位 并 求 其補(bǔ) 碼差 值 大 于 4負(fù) 標(biāo) 志 位 為 1雙 字 節(jié) 二 進(jìn) 制 數(shù) 轉(zhuǎn)換 為 B C D 碼調(diào) 用 拆 字 程 序 D / A 入 口 數(shù) + 差 值把 結(jié) 果 裝 入 D / A入 口 地 址將 實(shí) 際 值 裝 入顯 示 暫 存恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)D / A 入 口 數(shù) 差 值NYNYNY 41 圖 閉環(huán)比較子程序流程圖 電流設(shè)置子程序模塊 通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置電流的大小,因?yàn)楸鞠到y(tǒng)最大輸出電流是 2020mA,所以該子程序兼有電流設(shè)置合法性,也就是說(shuō)設(shè)置電流不能大于 2020mA。而逐步逼近過(guò)程中的 實(shí)際值不 39 送顯示因此減少了實(shí)際顯示值的不穩(wěn)定。 閉環(huán)比較子程序模塊 過(guò)調(diào)用閉環(huán)比較子程序得出實(shí)際值與設(shè)定值的差值,如果是實(shí)際值大于設(shè)定值則將原來(lái)的D /A的入口數(shù)值減去這個(gè)差值再送去 D/A 轉(zhuǎn)換,如果是實(shí)際值小于設(shè) 定值則把原來(lái)的D /A的入口數(shù)值加上這個(gè)差值再送去轉(zhuǎn)換。軟件實(shí)現(xiàn)的功能是: 1) 確定電流步進(jìn)調(diào)整 2) 電流給定值的設(shè)置 3) 測(cè)量輸出電流值 4) 控制片內(nèi) AD 工作 5) 控制 DAC 工作 6) 對(duì)反饋回單片機(jī)的電流值進(jìn)行補(bǔ)償處理 7) 驅(qū)動(dòng)液晶顯示器顯示電流設(shè)置值與測(cè)量值 8) 讀取鍵盤(pán)數(shù)值 根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際要求 , 軟件設(shè)計(jì)可分為 若干 功能模塊 分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。 38 第四章 軟件程序設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)采用 C 語(yǔ)言 ,對(duì) ATmega16L 進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各種功能。所以可以選擇20V, 8200 H? ,則 SER 為 31 ?m ,容許脈動(dòng)電流為 . 流向電容器的紋波電流為 ? ?2 82 3 2 3LCfm s IIA???? 說(shuō)明該電容器合適。輸出脈動(dòng)電壓 fU? 雖要根據(jù) I? 和輸出電容器的等效串聯(lián)電阻 SER 確定,但一般規(guī)定為輸出電壓的 %~%范圍。則有 ? ?0 .2 1 0 0 .2 2OI I A? ? ? ? ? ? 電感 L值為: ? ? ? ? ? ?2 m i n m a xm a x 3 8 . 6 1 5 . 5 0 . 5 2 . 1 1 1 . 8 62f onU U U oL t HI ??? ??? ? ? ? ?? 36 由此可見(jiàn),需要 , 10A的扼流圈。電路如圖 所示, MAX232的第 11腳和單片機(jī)的 11 腳連接,第 12腳和單片機(jī)的 10腳連接 ,第 15腳和單片機(jī)的 20腳連接。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿(mǎn)足一定的條件,計(jì)算機(jī)的串口是 RS232 電平的,而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的,兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路,采用專(zhuān)用芯片MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換,雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換,但是還是用專(zhuān)用芯片更簡(jiǎn)單可靠。 10V 電壓,以實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換,既符合 RS232 的技術(shù),又可實(shí)現(xiàn) +5V 單電源供電,所以 MAX收發(fā)器電路給短距離串行通信帶來(lái)極大的方便。在發(fā)送端用驅(qū)動(dòng)器將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成 RS232 電平,在接收端用接收器將 RS232 電平再轉(zhuǎn)換成 TTL 電平。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2~ 3V 左右,所以其共模抑制能力差,再加上雙絞線上的分布電容,其傳輸距離最大為約15m,最高速率為 20kbps。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí),線上為 TTL 電平,從開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇Y(jié)束,線上電平從 TTL 電平到 RS232 電平再返回 TTL 電平。這樣既減小了電源設(shè)計(jì)的難度,有杜絕了兩個(gè)電路之間的互相干擾。 電源供電電路 因?yàn)楹懔髟粗骰芈沸枰粋€(gè)大電流,為了保證該回路可以得到足夠的電流,并且當(dāng)主回路電流急劇增大時(shí),不至于影響其他器件正常工作,采用多電源供電的方式。在接收到起始位元組后,每個(gè)指令 /數(shù)據(jù)將分為二組接收到:較高 4 位元( DB7~ DB4)的指令資料將會(huì)被放在第一組的 LSB 部分,而較低 4 位元( DB3~ DB0)的指令資料則會(huì)被放在第二組的 LSB 部分,至于相關(guān)的另四位則都為 0。模塊的同步時(shí)鐘線( SCLK)具有獨(dú)立的操作,但 是當(dāng)有連續(xù)多個(gè)指令需要被傳輸,必須確實(shí)等到一個(gè)指令完全執(zhí)行完成才能傳送下一筆資料,因?yàn)槟K內(nèi)部并沒(méi)有傳送 /接收緩沖區(qū)。在串行方式下將使用二條傳輸線作串行資料的傳送,主控制系統(tǒng)將配合傳輸同步時(shí)鐘( SCLK)與接收串行數(shù)據(jù)線( SID),來(lái)完成串行傳輸?shù)膭?dòng)作。在接收到起始位元組后,每個(gè)指令 /數(shù)據(jù)將分為二組接收到:較高 4 位元( DB7~ DB4)的指令資料將會(huì)被放在第一組的 LSB 部分,而較低 4 位元( DB3~ DB0)的指令資料則會(huì)被放在第二組的 LSB 部分,至于相關(guān)的另四位則都為 0。模塊的同步時(shí)鐘線( SCLK)具有獨(dú)立的操作,但是當(dāng)有連續(xù)多個(gè)指令需要被傳輸,必須確實(shí)等到一個(gè)指令完全執(zhí)行完成才能傳送下一筆資料,因?yàn)槟K內(nèi)部并沒(méi)有傳送 /接收緩沖區(qū)。減少了對(duì) I/O端口的占用。我們采用的是串行 3 線式接口。 本系統(tǒng)采用 LCM12864 圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊作為顯示模塊, LCM12864 中文液晶顯示模塊的液晶屏幕為 128*64,可顯示四行,每行可顯示 8 個(gè)漢字。 ST7920 控制器內(nèi)置國(guó)標(biāo)字庫(kù)以及 ASCII 碼字符庫(kù),直接向其發(fā)送 ASCII 代碼,即可顯示相應(yīng)的 ASCII 字符或漢字。 LCD 液晶顯示模塊 DB411DB512DB613DB714PSB15NC16DB07DB18LEDK19LEDA20VSS1VDD2V03RS4R/W5E6/RST17VEE18DB29DB31012864*12864+5VLCD_ENLCD_R/W+5VLCD_RS 圖 LCD顯示電路原理圖 31 本系統(tǒng)采用 LCM12864 圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊作為主站的顯示界面。這樣,當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí),所有的輸入端都是高電 平,代表無(wú)鍵按下。由此可見(jiàn),在需要的鍵數(shù)比較多時(shí),采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的 。在矩陣式鍵盤(pán)中,每條水平線和垂 直線在交叉處不直接連通,而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。 29 10K63K1000pFADC2K/2WLM324J 圖 D/A反饋原理圖 人機(jī)交互接口 人機(jī)交互接口可以分為輸入和輸出兩部分,其中輸入部分主要為鍵盤(pán)輸入模塊,輸出部分為 LCD 液晶顯示模塊。同時(shí)采用截止頻率為 10Hz 的無(wú)源低通濾波器,濾除工頻干擾和器件噪聲。 反饋電路 由于采樣電阻為 ,故反饋輸入電壓為 ~ 。寫(xiě)入數(shù)據(jù)的前 4 位為命令控制位,然后為 10 位數(shù)據(jù)位,最后兩位無(wú)功能。SCLK 為串行時(shí)鐘線接口 , 為片選信號(hào)輸入口,低電平有效,為復(fù)位信號(hào)輸入線,低電平有效。其內(nèi)部電路如下所示: 圖 D/A轉(zhuǎn)換芯片 MAX5251內(nèi)部電路 28 CS3SCLK2DIN1VDD8GND5OUTA4OUTB7REFIN6+5V VREF_2V5U10MAX5251D/ADAC_CSDAC_SCLKDAC_DIN 圖 D/A輸出原理圖 如上圖所示, D/A 轉(zhuǎn)換器通過(guò) 3 根串行線與 AVR 的同步外圍串行接口連接。自帶 16位數(shù)據(jù)輸入 /輸出移位寄存器,并且每一個(gè) D/A 通道均集成一個(gè)輸入寄存器和 DAC 寄存器。 27 D/ALM24810uF15VDAC_OUT10uF+15V 圖
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