数显稳压电源.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流数显稳压电源.精品文档.单片机课程设计报告数显稳压电源指导老师：张亚华班 级：电信082组 长：王术青成 员：党新会曹志新设计时间：2010-12-13至2010-12-24目 录摘 要第一章 绪 论 1.1研究目的及意义 1.2 课件的要求 1.3 论文构成及研究内容 第二章数显稳压电源原理介绍 2.1 方案选择及总体设计原理介绍 2.2 单片机C8051F410介绍 2.3 数码管动态显示原理 第三章数显稳压电源硬件电路设计 3.1 单片机外围接口电路3.2电压电流采样电路 第四章 数显稳压电源软件设计 4.1系统软件流程图 4.2 系统

2、程序介绍 结 论附 录摘 要单片机实现的数显稳压电源由于原理简单、稳定性好、成本低、易于实现 等诸多优点而受到越来越广泛的重视。其性能优于传统的可调直流稳压电源 ，操作方便 ，非常适合一般教学和科研使用。本文通过对一个数控稳压电源系统的设计，详细介绍了C8051F410 单片机应用中的数码管动态显示原理、定时中断原理,从而了解单片机相关指令在各方面的应用。系统由模拟电源、采样电路、数模转换电路、显示电路等部分构成，能显示0V30V电压和0-3的电流，每0.2s自动刷新一次。电源的数字化控制是人们追求的目标之一 , 人们对它的要求也越来越高,数控直流稳压电源能给人带来很大的方便,为我们工作、科研

3、，生活、提供更好的，更方便的服务。本题采用单片机和其它元器件及外围电路，开发一个数显稳压电源，能够设定电压值输出显示的功能。通过此系统的设计，让我们更深刻的掌握单片机基本原理，并熟悉一些外围电路的扩展，以及进一步提高C语言的硬件编程能力。关键词：单片机 直流稳压 数模转换第一章 绪 论 1.1研究目的及意义对我们学生而言，在大学的实验室里和课程设计里面，有一个数显稳压电源是很有必要的。因传统的直流稳压电源输出电压是通过粗调波段开关及细调电位器来调节的，并由电压表指示电压值的大小。 这种直流稳压电源存在读数不直观、电位器易磨损、稳压精度不高、不易调准、电路构成复杂、 体积大等缺点，而基于单片机控

4、制的数显稳压电源能较好地解决了以上问题。 本题采用单片机和其它元器件及外围电路，开发一个数显稳压电源。能够设定输出电压值、电压值输出显示、等功能。通过此系统的设计，让开发者更深刻的掌握单片机基本原理，并熟悉一些外围电路的扩展，以及进一步提升C语言的编译能力。 1.2设计的要求：l 用51系列单片机为稳压电源配电压、电流数字显示：n 电压、电流采样电路n 电压、电流采样显示程序l 技术要求：n 电压范围：030V 显示一位小数n 电流范围：03A 显示两位小数n 采样周期：0.2sl 设计时间:l 12月13日 12月24日l 设计要求：n 电路图n 设计说明书（不少于2500字）n 程序清单n

5、 运行结果1.3 论文构成及研究内容 本文总体概括了单片机实现数字稳压电源的原理、着重介绍了单片机实现数字式可调稳压电源的硬件电路设计和软件设计。在各章节中，突出讲述了各功能模块的设计思路，具体设计情况，以及模块之间的联系。本系统主要研究数显稳压电源如何实现软件控制输出电压和电流显示，其中包含一些必要的硬件设计和软件设计。第二章数显稳压电源原理介绍本文所介绍的数显稳压电源由单片机C8051F410、电压电流采样电路、数码管等部分构成，能实现输出电压电流显示的功能，其原理包括数码管动态显示原理、模数转换原理。在本章，主要介绍在设计过程中所涉及到的原理。2.1 方案选择及总体设计原理介绍 方案分析

6、与选择稳定电压源由实验室提供，电压电流采样显示用C8051F410单片机中的数模转换提供稳定的基准电压作为参考电压。通过滤波，标度变换实现电压、电流的显示。系统框图如图2.1所示：单片机电压电流采样电路稳压电源送显示ADC转换器 总体设计原理本设计采用C8051F410单片机作为整机的控制单元，通过控制单元输出模拟信号，再经过A/D转换器输出数字量，最后经过滤波，标度变换，显示采样电压电流的值。 2.2 单片机C8051F410介绍 C8051F410器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。下面给出了一些主要特性：l 高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核(可达50MIPS)l 全

7、速、非侵入式的在系统调试接口（片内）l 真12位200Ksps的24通道ADC，带模拟多路器l 两个12位电流输出DACl 高精度可编程的24.5MHz内部振荡器l 达32KB的片内FLASH存储器l 2304字节片内RAMl 硬件实现的SMBus/IC、增强型UART和增强型SPI串行接口l 4个通用的16为定时器l 具有6个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA）l 硬件实时时钟（smaRTClock），工作电压可低至1V，带64字节电池后备RAM和后备稳压器l 硬件CRC引擎l 片内上电复位、VDD监视器和温度传感器l 片内电压比较器l 多达24个端口I/O具

8、有片上电复位。VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F410器件是真正能独立工作的片上系统。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性存储器，并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或有外设以节省功耗。2.3 数码管动态显示原理如图2.4, 共阴LED 数码管由7只发光二极管共阴连接并按8字形结构排列而成。这样，我们将这些二极管的正极接高低不同的电位，把所有的负极接地，当正极为高电位时相应的二极管就会导通而发光，从而使数码管呈现不同的字符。共阳LED数码管，即选通位接高电平，a,b,c,d,e,f,g,h端接高或低电平，如想让数码

9、管显示“0”，就必须使g，h和选通位为高电平，其他引脚均为低电平。在设计电路时，可将数码管这几个引脚分别接到单片机的引脚上，还要加上限流电阻，这样就可由程序控制数码管的工作情况了。所谓数码管动态显示，就是逐位地轮流点亮各位数码管（扫描）。对于每一位数码管而言，每隔一段时间点亮一次。数码管的点亮既与点亮的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高，较为稳定的显示，同时可减小工作电流。此次设计中用4位共阳数码管作为显示输出电压值，采用多路复用显示，这是指对于每个显示只驱动1/4时间。因为只要在20HZ50HZ之间循环所有显示，由于人眼存在视觉残留，在这样的显

10、示方式下，数码管看起来是同时点亮的。图2.4 LED数码管结构图第三章数显稳压电源硬件电路设计本系统的硬件电路设计主要设计电压电流采集电路用PROTEL 99SE设计软件来布线的。 3.1单片机外围接口电路如图所示，C8051F410的P1.3-1.5接数码管输出显示部分电路；P1.6接蜂鸣器；P2.0-2.7接LED灯。3.2电压电流采样电路采样电路的布线图第四章 数显稳压电源软件设计本系统软件设计要实现的功能是：单片机对获得的数据进行处理，处理后的数据送12位A/D转换器，再送到8位数码管显示器,以实现电压电流的显示。系统中的主程序主要完成电压电流采样、处理和数码显示。4.1系统软件流程图

11、图4.1为主程序流程图， 程序一开始对硬件进行初始化，然后进入信号采样程序，然后判断是否有信号输入，是，进入滤波，标度变换，显示等程序。否，则继续采样。硬件初始化是否显示标度变换滤波有信号输入 初始化硬件。void Init_Device(void) int i = 0; PCA0MD &= 0x40;/关看门狗 PCA0MD = 0x00; OSCICN = 0x86;/定义系统时钟 TMOD = 0x01;/初始化定时器0 CKCON = 0x02; TL0 = 0x9D; TH0 = 0x38;TR0 = 1 ;REF0CN = 0x08;/使能AD转换器ADC0MX = 0x08; A

12、DC0CF = 0xF0; ADC0CN = 0x80; ADC0TK = 0xF7;P0MDIN = 0xFC; P0SKIP = 0x03;XBR1 = 0x40;IE = 0x82;滤波程序如下：void pi(void)unsigned char i;ADZ=0;for (i=0;i8;i+)ADZ=ADZ+adpi;ADZ=ADZ/8;for(i=0;i7;i+)adpi=adpi+1;void pj(void)unsigned char j;DX=0;for (j=0;j8;j+)ADX=ADX+adoj;ADX=ADX/8;for(j=0;j7;j+)adoj=adoj+1;显示

13、程序如下：void display(void)/显示程序unsigned char i;DAT1 = 0xA100;for (i=0;i8;i+)DAT = DAT1 + fontdispbuff i;toch452(DAT);DAT1 = DAT1 + 0x0400;CH452的具体设置见附录程序。结 论此次课程设计，从一开始接触到这个课题到设计日期结束，我组成员都在尽心尽力的为做出合格的数显稳压电源而努力。尽管我们的设计成果跟老师的要求有点差距，但是总体上我组三个成员均从中学到很多东西。虽然设计的过程是十分繁琐，但当领悟到一个个知识点，将问题一一解决时，我们就会有无比的成就感，从而更加有信

14、心坚持下去。在这方面，我们认识到要想做成一件事是不容易的，当中必定有很多的阻力，但是一定要有恒心，细心地认真地找出问题的所在，再一点一点去解决它，这样，到达成功的彼岸也就仅仅是时间的问题了。这次设计的题目是基于单片机的数显稳压电源，在参考了很多资料和老师同学的帮助下，尽管没有达到所期望的最完善的目的，但也有了一定的突破。数显稳压电源所牵涉的范围可以是很大的，它不仅仅具备显示功能，读数直观、电路构成简单、体积小等优点，能够设定稳定的输出电压值、电压值输出显示、存储等功能，我们还可以尝试更多的扩展。例如：这次设计中，数显稳压电源不仅能够输出和显示0V30V电压，也可试着加入步进值为0.1V的电压显

15、示，并且且还能够存储电压值，实现掉电永久保存功能，这只是其中的一个例子。通过此系统的设计，让我更深刻的掌握单片机基本原理，并熟悉一些外围电路的扩展，以及进一步提高C语言的硬件编程能力。只要我们勤于思考，刻苦钻研，就会得到更多的收获与创新。 本系统的不足之处就是不能对输出电压进行实时采样，而且不够精确。通过这次设计，特别是通过对硬件的制作而不单单是对原理的论述，我们学到的不仅仅是电子方面的知识，更重要的是学到了作为一名电子设计者所必需的心理素质，那就是决心加上耐心再加上细心！总 结本设计是在我组成员在张亚华老师的悉心指导下完成的，他严肃的科学态度一直在激励着我们。从题目的选择到最终完成设计，他都

16、给我们细心的指导和不懈的支持。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我们深深的启迪。在课程设计课题确定下来后，我们通过运用所学的专业知识并查阅参考了一系列的资料后完成的。针对题目的要求，首先对整个设计思路进行规划，例如：要用到什么模块，模块应该怎样分布，怎么协调好这些模块。然后针对方案的可行性进行反复的参照对比，敲定最终设计方案，在敲定方案之后，查阅参考相关资料进行硬件电路的各个模块的设计，同时软件模块也同步进行，经过不断的检测，编译，将正确的代码下载到硬件电路中，最后一次次的调试系统，通过不断的修改来完善系统。课程设计的感受通过这两周的设计，我们学到了很多东西。拿到题目之后，我们几个人分别

17、查了资料，再结合老师的讲解有了具体的设计思路。在设计采样电路的时候，我们讨论了电路的构成及选定的器材，之后开始画原理图并制作PCB板。在画PCB板的时候我们用的是自动布线，但是结果总是不理想。在老师的指导下，我们采用了手工布线，不限工艺比较理想。做电路板也是很繁琐的，但是我们从中学到了如何自己制作电路板，锻炼了我们的动手能力。在软件设计的过程中也出现了一些问题，比如对程序符号不熟悉、410单片机的功能不大清楚、元件的引脚功能不了解等等都对我们的课程设计造成了一定的影响。我组成员同心协力，通过查资料或者向老师或同学请教，使得这些问题得以解决。实验的过程是艰难的，板子和程序做好后，进行调试的过程也

18、不是一帆风顺的。基准电压的选择出了问题，但是我们当时谁也没有查出问题，只是知道结果不正确，但是不知道如何解决。通过老师的指导，我们知道了问题的所在，并在老师的指导下改正了存在的问题，最后终于输出正确结果了，我们都很高兴。这次实验过程中，我们最大的感受就是做什么事都要认真严谨，决不能应付了事。其中张老师给我们的印象也很深刻，每次我们去请教老师问题，老师总是耐心解答。他对知识科学严谨的态度深深的影响了我们做课程设计的态度，从开始到结束，我们都是严格按照老师的要求认真在做。感谢老师对我们的孜孜不倦的教诲，张老师的人格魅力会让我们在以后的学习工作中受益匪浅。附 录 一#include C8051F41

19、0.hvoid Init_Device(void);void delayms(unsigned char i);void delayus(void);void toch452(unsigned int cmda);unsigned char rdch452(void);void display(void);unsigned int j;void pi(void);void pj(void);unsigned char dispbuff8=31,0,0,0,10,0,0,0; /显示缓冲sbit CH452_SCL = P13;sbit CH452_SDA = P14; unsigned int

20、 ADZ,ADX,adp8,ado8;unsigned int CMD,DAT,DAT1;bit flag;unsigned long V,I; code unsigned char font32 = 0xFC,0x60,0xDA,0xF2,0x66,0xB6,0xBE,0xE0, /01234567 0xFE,0xF6,0xEE,0x3E,0x9C,0x7A,0x9E,0x8E, /89ABCDEF 0xFD,0x61,0xDB,0xF3,0x67,0xB7,0xBF,0xE1, /0.1.2.3.4.5.6.7. 0xFF,0xF7,0x00,0x62,0x02,0x12,0xCE,0x7

21、C;/8.9.灭 + = P U main()Init_Device(); /初始化delayms(100);CMD = 0x9101;/设置CH452系统参数toch452(CMD);CMD = 0x9500; /设置CH452显示参数 toch452(CMD);display();while(1)if (flag=1)flag=0;ADC0MX = 0x00;AD0BUSY=1;dowhile(AD0BUSY=1);ADZ=ADC0H*256+ADC0L;adp7=ADZ;pi(); V=ADZ*73L;dispbuff3=V/100000;dispbuff2=V%100000/10000

22、+16;dispbuff1=V%10000/1000;ADC0MX = 0x01;AD0BUSY=1;dowhile(AD0BUSY=1);ADX=ADC0H*256+ADC0L;ado7=ADX;pj();I=ADX*73L;dispbuff7=I/100000+16; dispbuff6=I%100000/10000; dispbuff5=I%10000/1000;display();/* 命令、数据送CH452 */void toch452(unsigned int cmda) unsigned char j;CH452_SDA = 0;delayus();CH452_SCL = 0;d

23、elayus();CH452_SCL = 1;delayus();CH452_SCL = 0;for (j=0;j=0x8000 ) CH452_SDA = 1;elseCH452_SDA = 0;CH452_SCL = 1;delayus();CH452_SCL = 0;cmda = cmda 1 ;CH452_SDA = 1;delayus();CH452_SCL = 1;/* mS延时 */void delayms(unsigned char i)unsigned intj;dofor(j=0;j!=1000;j+)while(-i);/* uS延时 */void delayus(voi

24、d) unsigned k; for (k=0;k10;k+)/ Initialization function for device,/ Call Init_Device() from your main programvoid Init_Device(void)int i = 0;j = 0;PCA0MD &= 0x40; PCA0MD = 0x00; OSCICN = 0x86;TMOD = 0x01;CKCON = 0x02; TL0 = 0x9D; TH0 = 0x38;TR0 = 1 ;REF0CN = 0x08; ADC0CF = 0xF0; ADC0CN = 0x80; ADC

25、0TK = 0xF7; P0MDIN = 0xFC; P0SKIP = 0x03; XBR1 = 0x40; IE = 0x82;/* 定时中断（T0）服务 */void timer0() interrupt 1flag=1;void display(void)/显示程序unsigned char i;DAT1 = 0xA100;for (i=0;i8;i+)DAT = DAT1 + fontdispbuff i;toch452(DAT);DAT1 = DAT1 + 0x0400;void pi(void)unsigned char i;ADZ=0;for (i=0;i8;i+)ADZ=ADZ+adpi;ADZ=ADZ/8;for(i=0;i7;i+)adpi=adpi+1;void pj(void)unsigned char j;ADX=0;for (j=0;j8;j+)ADX=ADX+adoj;ADX=ADX/8;for(j=0;j7;j+)adoj=adoj+1;附 录 二原器件清单电阻： 15K电阻一个、10K电阻一个、2K和100K滑动变阻器各一个 5.6 10W定值电阻一个、0.1康铜丝一个运算放大器： LM358410单片机一个，电路板一块，导线若干030V稳压电源，电压表所用软件Keil uVision2 和Protel 99 SE