基于Amega16單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設計論文

智能控制設計大賽數(shù)控直流穩(wěn)壓電源數(shù)控直流穩(wěn)壓電源摘要本系統(tǒng)以Amega16單片機為核心，由D/A數(shù)字模擬轉換模塊、按鍵、LED串口顯示模塊等模塊組成一個數(shù)控電源。該系統(tǒng)實現(xiàn)了，輸出電壓3-13V可調(diào)，步進值為0.05mv，紋波不大于10mv，額定輸出電流0.5A，由單片機自身提供的矩陣鍵盤作為輸入，每按一次實現(xiàn)+0.05mv或-0.05mv。還有一些按鍵用以實現(xiàn)電平快速切換，使能夠在常用電平之間實現(xiàn)快速跳躍。輸入模塊的按鍵按下之后，對單片機就有了一個輸入，單片機將輸入的數(shù)字一方面給顯示模塊，讓它們在數(shù)碼管中顯示出來；另一部分輸給DAC0832，讓它轉化為模擬量電流輸出，通過運算放大器將這模擬量轉化為相應的電壓，這電壓經(jīng)過放大后控制LM317的控制端，從而實現(xiàn)輸出電壓的控制。關鍵字：Amega16單片機、數(shù)控電源、LM317、AD7226、三端穩(wěn)壓管數(shù)控直流穩(wěn)壓電源論文設計任務與要求設計任務設計并制作一個直流可調(diào)穩(wěn)壓電源。設計要求1、基本要求：當輸入交流電壓為220v±10%時，輸出電壓在3-13v可調(diào)；額定電流為0.5A，且紋波不大于10mV；使用按鍵設定電壓，同時具有常用電平快速切換功能（3v、5v、6v、9v、12v），設定后按鍵可鎖定，防止誤觸；顯示設定電壓和測量電壓，顯示精度為0.01v。2、擴展要求：輸出電壓在0-13v連續(xù)可調(diào)；額定電流為1A，且紋波不大于1mV；掉電后可記憶上次的設定值；兩級過流保護功能，當電流超過額定值的20%達5秒時，電路作斷開操作；當電流超過額定值的50%時，電路立即斷開。具有光提示（如LED）；其他創(chuàng)新。說明禁止直接使用220v直接電阻分壓的作法，注意用電安全。引言數(shù)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護性。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點:1)易于采用先進的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。2)控制靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路。3)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標準化，可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產(chǎn)品)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對控制軟件做一些調(diào)整即可。4)系統(tǒng)維護方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過RS232接口或RS485接口或USB接口進行調(diào)試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診斷，軟件修復，甚至控制參數(shù)的在線修改、調(diào)試;也可以通過MODEM遠程操作。5)系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。6)易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。為了得到高性能的并聯(lián)運行逆變電源系統(tǒng)，每個并聯(lián)運行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進行均流控制和通訊或者在模塊中實現(xiàn)復雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。方案論證與比較分析題意，根據(jù)設計要求，畫出基本原理圖如圖一圖一1、控制器部分：方案一：采用AT89S52單片機作為主控芯片。優(yōu)點：AT89S52作為一種比較成熟的單片機型號，廣范應用于各領域技術比較熟練，價格相對便宜。缺點：其內(nèi)部集成資源偏少，功能不夠強大，中斷源和定時器較少，且沒有PWM可調(diào)占空比波形輸出。方案二：采用Amega16單片機作為主控芯片。優(yōu)點：AVR是51的升級版。Amega16單片機功能強、高速度是其主要的優(yōu)點，內(nèi)部集成了較多的中斷源和定時器資源及EEPROM的優(yōu)點，多種模式的PWM波形輸出，很好地滿足了本系統(tǒng)設計的要求。缺點：價格較AT89S52單片機高?？紤]到以上兩種方案的優(yōu)缺點，因本系統(tǒng)對單片機內(nèi)部硬件資源的要求比較高，而且我們有現(xiàn)成的Amega16開發(fā)板，所以不存在成本的問題。顯示部分：方案一：采用普通數(shù)碼管顯示，優(yōu)點：價格便宜，而且可以用單片機內(nèi)部的數(shù)碼管顯示，政績電路比較清晰方案二：采用LCD1602液晶顯示，優(yōu)點：顯示清楚、且管腳不多，容易控制，缺點：價格較貴由于我們只需顯示3—13V，精度為0.01mv，單片機自帶的數(shù)碼管就已經(jīng)夠用，所以我們采取方案一按鍵部分方案一、采用一般的電平按鈕，優(yōu)點是控制比較簡單，編程不用考慮按鍵部分方案二、采用4*4矩陣鍵盤，優(yōu)點：利用8個IO口得到16個按鍵，可使操作界面變得簡單，操作也方便；缺點：軟件處理比獨立按鍵復雜。通過比較，由于這也是我們熟悉單片機的一次過程，所以我們選擇方案二?？烧{(diào)穩(wěn)壓芯片三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片有多種，其中最常見的有LM317、LM337、LM318、LM196等幾種，LM317用于正電壓調(diào)整，LM337用于負電壓調(diào)整。本系統(tǒng)的輸出電壓范圍2～＋15.0V為正電壓輸出，固排除LM337，對于LM317又有如下各種型號，它們的輸出電流與電壓的對照表如表1:表1常見穩(wěn)壓輸出電流和電壓范圍芯片型號輸出電流(A)輸出電壓(V)LM317L0.11.25~37LM317T0.51.25~37LM3171.51.25~37LM31851.25~37LM196101.25~15根據(jù)設計要求輸出電壓范圍2～＋15.0V，輸出電流500mA，以上有多種型都可以滿足要求，再根據(jù)成本和現(xiàn)有材料，我選擇了LM317T三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片。D/A數(shù)字模擬轉換模塊方案一：采用MX7541是高速高精度12位數(shù)字/模擬轉換器芯片，功耗低，而且其線性失真可低達0.012%，特別適合于精密模擬數(shù)據(jù)的獲得和控制。方案二：采用AD7226，AD7226是一種常用的8位的數(shù)字/模擬轉換芯片。出于價格及實用性方面的考慮，決定選擇方案二.系統(tǒng)具體設計及實現(xiàn)系統(tǒng)總框圖圖一所示的即為系統(tǒng)總體結構本數(shù)控電源以Amega16為核心，輔以AD7226，LM317等芯片，較好的實現(xiàn)電壓信號的數(shù)字化輸出、鍵盤模塊（4*4鍵盤）在本系統(tǒng)中，針對用戶調(diào)整各項參數(shù)時的需要，我們采用了4*4鍵盤，只占用8個IO口（P1口）就實現(xiàn)了16個按鍵，使操作界面更加人性化，操作過程更加簡單、方便。鍵盤原理如圖二所示。 圖二D/A轉換部分由于我們要實現(xiàn)的是3—13V可調(diào)，步進值為0.05mv，所以一般的8位的D/A轉化模塊已經(jīng)夠用，根據(jù)我們自己手頭已有的材料，我們就選用了AD7226作為。它的管腳排列圖及功能表如下圖三、圖四分別所示： 圖三圖四軟件設計部分軟件實現(xiàn)的主要功能是，鍵盤對單片機輸入數(shù)據(jù)，單片機按照事先設置好的程序對數(shù)據(jù)進行處理后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給D/A轉換模塊進行處理后的信號通過穩(wěn)壓直流源部分輸出，還有取樣進行顯示。源程序見附錄一整機電路圖見附錄二附錄一：源程序//必須包含這2個必要的頭文件#include<iom16v.h>#include<macros.h>/*****************數(shù)碼管接口定義*********************///定義接口#defineSCKPC7#defineRCKPC6#defineOEPC5#defineSERPC4#defineSMG3PC3#defineSMG2PC2#defineSMG1PC1#defineSMG0PC0#defineIO_DDRDDRC#defineIO_PORTPORTC//定義接口的高、低電平#defineSCK_HIO_PORT|=1<<SCK#defineSCK_LIO_PORT&=~(1<<SCK)#defineRCK_HIO_PORT|=1<<RCK#defineRCK_LIO_PORT&=~(1<<RCK)#defineOE_HIO_PORT|=1<<OE#defineOE_LIO_PORT&=~(1<<OE)#defineSER_HIO_PORT|=1<<SER#defineSER_LIO_PORT&=~(1<<SER)#defineSMG3_HIO_PORT|=1<<SMG3#defineSMG3_LIO_PORT&=~(1<<SMG3)#defineSMG2_HIO_PORT|=1<<SMG2#defineSMG2_LIO_PORT&=~(1<<SMG2)#defineSMG1_HIO_PORT|=1<<SMG1#defineSMG1_LIO_PORT&=~(1<<SMG1)#defineSMG0_HIO_PORT|=1<<SMG0#defineSMG0_LIO_PORT&=~(1<<SMG0)/*************端口說明及宏定義**************///PB為鍵盤所在端口#definekey_DDRDDRB#definekey_PORTPORTB#definekey_PINPINB//*****************************************////**將兩個pragma中間的數(shù)據(jù)放到程序寄存器中即放到flash中**////**以免占用內(nèi)存即sram的空間**//#pragmadata:codeconstunsignedchartable[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,//數(shù)字字模0x01};//小數(shù)點位#pragmadata:data//************************************************************************//voiddelay_ms(unsignedintt)//毫秒級延時函數(shù){while(t--){delay_us(1000);//執(zhí)行時間大約1ms}}voiddelay_us(unsignedintt)//微秒級延時函數(shù){while(t--){//執(zhí)行一周大約1usasm("nop");//嵌入?yún)R編，表示"空操作"，asm("nop");//不執(zhí)行任何指令，消耗時間，asm("nop");//起到延時的作用asm("nop");asm("nop");asm("nop");asm("nop");}}//系統(tǒng)初始化voidSystem_Init(){IO_DDR=0xff;}//顯示函數(shù)voidshow(unsignedintdata){unsignedchartemp;unsignedcharnum;unsignedchari=0;for(i=0;i<4;i++){SMG0_L;SMG1_L;SMG2_L;SMG3_L;//關閉所有位選switch(i){case0://取出data的千位的數(shù)字，并位選{num=data/1000;SMG0_H;}break;case1://取出百位{num=data/100%10;SMG1_H;}break;case2://取出十位{num=data/10%10;SMG2_H;}break;case3://取出個位{num=data%10;SMG3_H;}break;default:break;}for(temp=0;temp<8;temp++)//共移入8位數(shù)據(jù)，恰好驅動數(shù)碼管{if(table[num]&(1<<temp))//num對應字模，temp對應第temp位SER_H;//根據(jù)字模的1置位數(shù)據(jù)端elseSER_L;//字模的0置零數(shù)據(jù)端SCK_H;SCK_L;//高電平脈沖，上升沿數(shù)據(jù)移入}RCK_H;RCK_L;//高電平脈沖，數(shù)據(jù)輸出OE_L;//使能輸出端口delay_ms(1);//顯示時間2msOE_H;//關閉顯示，如果不關閉，顯示數(shù)碼間有"重影"}}//掃描鍵盤，獲取鍵值charkey=0;//全局變量key，保存鍵值，無按鍵為0，方便不同函數(shù)進行訪問voidget_key(){key_PORT=0x0f;//高四位輸出低電平，低四位為帶上拉輸入key_DDR=0xf0;//高四位為輸出，低四位為輸入，重要！增強拉電流能力if(!key&&key_PIN!=0x0f)//如果key=0，即按鍵已經(jīng)響應，判斷是否有鍵按下{delay_ms(10);//延時后再次判斷，消除按鍵抖動的影響if(key_PIN!=0x0f)//確實有鍵按下{switch(key_PIN) {case0x0e:key=1;break;//第一位被拉低case0x0d:key=2;break;//第二位被拉低case0x0b:key=3;break;//第三位被拉低case0x07:key=4;break;//第四位被拉低 } key_PORT=0xf0;//令低四位輸出低電平高四位為帶上拉輸入key_DDR=0x0f;//令低四位為輸出高四位為輸入asm("nop");//延時一個機器周期，重要！這個時間為key_PIN的建立時間，如省略，程序出錯！switch(key_PIN) {case0xe0:key+=0;break;//第一位被拉低case0xd0:key+=4;break;//第二位被拉低case0xb0:key+=8;break;//第三位被拉低case0x70:key+=12;break;//第四位被拉低default:key=0;//該情況屬于偶然錯誤，返回0 }while(key_PIN!=0xf0);//等待松開按鍵時才退出，這里根據(jù)要求適當選擇，也可以在此進行長按判斷}}}//主函數(shù)unsignedintad=100;voidmain(){unsignedinti=0;System_Init();//系統(tǒng)初始化函數(shù)while(1){get_key(); switch(key) { case1:ad=255;break; case2:ad=128;break; case3:ad=64;break; case4:ad=0;break; default:ad=ad;break; } key=0; DDRA=0xff; PORTA=ad; DDRD=0xff; PORTD&=0xfe; PORTD|=0x01; delay_ms(1); PORTD&=0xfe;/*if(key)//如果key不為0，說明有按鍵，進行響應{i=100;while(i--)show(key);//顯示鍵值，掃描顯示100次，時間約1skey=0;//按鍵響應結束，鍵值歸零}*/ show(ad);}}附錄二整機電路圖基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數(shù)字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡水表的設計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放