基于單片機(jī)的數(shù)控電源設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　題目： 基于單片機(jī)的數(shù)控電源設(shè)計(jì) </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，現(xiàn)今社會(huì)，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已然成為了人們逐漸追求的一種大趨勢，而數(shù)控電源正朝著小型化、高頻化

2、、繼承化的方向發(fā)展，高精度的數(shù)控電源已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　本文在結(jié)合數(shù)控電源的發(fā)展現(xiàn)狀，數(shù)控電源未來的發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，探究使用PIC18F4520單片機(jī)結(jié)合C語言程序設(shè)計(jì)控制數(shù)字電源工作的方式方案，同時(shí)結(jié)合軟硬件優(yōu)勢互補(bǔ)，用數(shù)字方法把電源轉(zhuǎn)換模塊和電源管理模塊集成到芯片中，控制輸出電流、輸出電壓等智能、高效的電壓、電流的控制。</p><p>　　本文改進(jìn)了數(shù)字

3、電源的電流采樣方式，簡化了電路起到了起到了簡單易便的作用，并通過單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換，又幫助節(jié)省了其他數(shù)字電源所用的A/D轉(zhuǎn)換器，使得該數(shù)字電源方便快捷。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控電源； 單片機(jī)； 電流控制； 電壓控制；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the developm

4、ent of electronic technology, the expansion of the field of digital circuit applications, modern society, the product of intelligent, digital has become a trend for people to pursue much attention, the price of the equip

5、ment, performance, development, and good performanceelectronic equipment, first of all can not be separated from the more stable power supply, the higher the power stability, equipment and peripheral conditions superior,

6、 longer equipment life. In recent years, th</p><p>　　Improved digital supply current sampling methods, simplifying the circuit played a played a simple will, and through the the MCU internal built-in A / D c

7、onversion, but also help save other digital power A / D converter,the digital power quick and easy.</p><p>　　Key Word: Digital Power；SCM；Current control ；Program control；</p><p><b>　　目錄&l

8、t;/b></p><p><b>　　第1章 前言1</b></p><p>　　1.1數(shù)字電源研究的目的及意義1</p><p>　　1.2數(shù)字電源在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.2.1數(shù)字電源D/A轉(zhuǎn)換方法2</p><p>　　1.2.2數(shù)字電源D/A轉(zhuǎn)換現(xiàn)狀

9、3</p><p>　　1.3數(shù)字電源A/D轉(zhuǎn)換方法4</p><p>　　1.3.1全并行A/D轉(zhuǎn)換4</p><p>　　1.3.2兩步型A/D轉(zhuǎn)換4</p><p>　　1.3.3插值折疊型A/D轉(zhuǎn)換5</p><p>　　1.3.4流水線型A/D轉(zhuǎn)換5</p><p>　　1.

10、3.5單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換6</p><p>　　1.3.6 數(shù)字電源A/D轉(zhuǎn)換現(xiàn)狀6</p><p><b>　　1.4系統(tǒng)概述6</b></p><p>　　1.5本文主要研究內(nèi)容7</p><p>　　第 2 章 方案設(shè)計(jì)論證8</p><p>　　2.1數(shù)字電源的工作原理8&l

11、t;/p><p>　　2.2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3 本章小結(jié)9</p><p>　　第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1主要器件選型依據(jù)10</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.3 變壓器的選型12&l

12、t;/p><p>　　3.4 橋式整流電路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.5 調(diào)控電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.6 LCD顯示屏設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.7 鍵盤電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.8 本章小結(jié)21</p><p>　　第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2

13、2</p><p>　　4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖:22</p><p>　　4.2 程序設(shè)計(jì)思想23</p><p><b>　　4.3主程序23</b></p><p>　　4.4子程序1（電壓電流參數(shù)表、設(shè)定值、輸出值、顯示值、A/D轉(zhuǎn)換換算子程序）24</p><p>　　4.4子程序

14、2（中斷處理子程序）27</p><p>　　4.5子程序3（PIC18F4520配置位子程序）29</p><p>　　4.6子程序列表29</p><p>　　4.7本章小結(jié)29</p><p>　　第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試30</p><p>　　5.1程序燒寫30</p><p>

15、;　　5.2 硬件調(diào)試32</p><p>　　5.2.1電源輸出控制調(diào)試32</p><p>　　5.2.2 最大輸出電壓設(shè)定33</p><p>　　5.2.3最大工作電流（限流）設(shè)定34</p><p>　　5.2.4 保存數(shù)據(jù)功能36</p><p>　　5.2.5 讀取數(shù)據(jù)功能37</p&g

16、t;<p>　　5.3 本章小結(jié)38</p><p><b>　　總結(jié) 39</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　附錄1原理圖42</b&

17、gt;</p><p><b>　　附錄2程序43</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　1.1數(shù)字電源研究的目的及意義</p><p>　　電源技術(shù)尤其是程控電源技術(shù)相對(duì)于其它電源技術(shù)來說，是一門針對(duì)性很強(qiáng)的工程電力技術(shù)，為各個(gè)行業(yè)服務(wù)。電力電子技術(shù)是電能的最實(shí)用

18、的應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)在融合了電子、電氣工程、系統(tǒng)集成和材料等諸多學(xué)科的優(yōu)秀成果。隨著通訊和計(jì)算機(jī)發(fā)展而來的信息技術(shù)革命，也給電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了廣大的前景，同時(shí)也提出了相對(duì)來說更加高的要求。隨著程控?cái)?shù)字電源在電子裝置中的普遍使用，以及普通電源在工作時(shí)所產(chǎn)生的誤差會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度和電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果等因素，世界各國紛紛對(duì)電源提出了不同要求并制定了一系列的精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品才能夠進(jìn)入市場。隨著經(jīng)濟(jì)

19、全球化的發(fā)展，在滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的大力發(fā)展起來的，期間電力電子理論同時(shí)也在開始建立。這時(shí)的電力電子理論為其后面的產(chǎn)品發(fā)展提供了一個(gè)絕佳的基礎(chǔ)。在未來的一段時(shí)間里，數(shù)控電源有了十分顯著的發(fā)展。但產(chǎn)品存在數(shù)控的程度達(dá)不到相關(guān)要求、功率密度較低、可靠性較差等缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源未來主要的發(fā)展方向，我們是要針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)以及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了極為&l

20、t;/p><p>　　同時(shí)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，現(xiàn)今社會(huì)，產(chǎn)品智能化已然成為了人們逐漸追求的一種大趨勢，設(shè)備的性能，價(jià)格，發(fā)越來越受人們的關(guān)注，首當(dāng)其沖的就是對(duì)電子設(shè)備的精密性和穩(wěn)定性的關(guān)注。而好性能的電力電子設(shè)備，第一位的就離不開穩(wěn)定的電源。近年來電源技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控電源正朝著小型化、高頻化、繼承化的方向發(fā)展，高精度的數(shù)控電源已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p&g

21、t;　　而數(shù)字電源正是為了克服現(xiàn)代電源的復(fù)雜性而提出的，它具備直接監(jiān)視、處理并適應(yīng)系統(tǒng)條件的能力并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬技術(shù)的融合，提供了很強(qiáng)的適應(yīng)性與靈活性，能夠滿足幾乎任何電源要求。由于數(shù)字 電源的集成度很高，系統(tǒng)的復(fù)雜性并不隨功能的增加而增加過多，外圍器件很少（數(shù)字電源的快速響應(yīng)能力還可以降低對(duì)輸出濾波電容的要求），減少了占板面積， 簡化了設(shè)計(jì)制造流程。數(shù)字電源還可通過遠(yuǎn)程診斷以確保持續(xù)的系統(tǒng)可靠性，實(shí)現(xiàn)故障管理、自動(dòng)冗余等功能。而且，

22、數(shù)字電源的自動(dòng)診斷、調(diào)節(jié)的能力使調(diào)試和維護(hù)工作也相對(duì)變得輕松許多。</p><p>　　1.2數(shù)字電源在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢</p><p>　　在我國，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)60年代中期開始形成，而到了90年代以來，隨著對(duì)系統(tǒng)更高效率和更低功耗的要求，電信與數(shù)據(jù)通信設(shè)備的技術(shù)更新推動(dòng)電源行業(yè)中電壓/電流轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化的發(fā)展方向，使得電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。一

23、方面，在國家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)下，我國電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品而且還生產(chǎn)了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品。另一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快；目前國內(nèi)還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。這但是我國電源產(chǎn)業(yè)與西方發(fā)達(dá)國家相比，存在著很大的差距和不足。在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、生產(chǎn)規(guī)模、先進(jìn)檢測設(shè)備、智能化、工藝

24、水平、網(wǎng)絡(luò)化、開發(fā)投入、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10—15年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流恒流的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。在目前國內(nèi)在這兩方面研究比較多的是成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)，主要是利用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)器件（PSD）來控制數(shù)控直流電流源或數(shù)字化電流單元達(dá)到數(shù)控的目的，雖然國內(nèi)的研究成果已經(jīng)很顯著</p><p>　　現(xiàn)如今，隨著數(shù)控電源技術(shù)的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)由以前的分路原件和集成電路發(fā)展為芯片控制

25、，從而使直流電流源智能化，具有遙信、遙測和遙控的三遙功能。目前，全國的電流源及其配件的生產(chǎn)銷售廠商總共有4000家以上，產(chǎn)值由300—400億元，但是國內(nèi)企業(yè)銷售的數(shù)控直流電流源大多是代理日本和臺(tái)灣的產(chǎn)品居多，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的數(shù)字電源雖然也在向數(shù)字化方向發(fā)展，但多限于對(duì)輸出顯示實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，或?qū)崿F(xiàn)多組數(shù)值預(yù)置等相關(guān)功能?？傮w來說，國內(nèi)數(shù)控電源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對(duì)落后，面對(duì)激烈的國際競爭，是個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。</p><

26、;p>　　1.2.1數(shù)字電源D/A轉(zhuǎn)換方法</p><p>　　在數(shù)字信號(hào)處理中，我們常常需要將多位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成一位數(shù)字信號(hào)。比如,在通信領(lǐng)域、接收器在接收到經(jīng)過編碼的數(shù)字語音信號(hào)時(shí)常常需將他轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，即將原本的模擬語音信號(hào)進(jìn)行復(fù)原。經(jīng)過編碼的語音，通常是多位的比特流。因此，我們?nèi)绾螌⒍辔槐忍亓鬓D(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，便成為保證通信質(zhì)量的關(guān)鍵所在。</p><p>　　在較為傳統(tǒng)的電

27、路設(shè)計(jì)中，面對(duì)上述問題時(shí)，我們通常選擇使用由多個(gè)分離的電子器件組成的D/A轉(zhuǎn)換器,我們時(shí)常也稱它為靜態(tài)D/A轉(zhuǎn)換器。但由于靜態(tài)D/A轉(zhuǎn)換器的組成結(jié)構(gòu),決定了它在系統(tǒng)中,必定占用一定的空間以及消耗一定量的功率。所以在那些要求攜帶便捷的系統(tǒng)方案中,靜態(tài)D/A轉(zhuǎn)換器我們不得不替換它。</p><p>　　于是人們選擇了所謂“數(shù)字基礎(chǔ)”的D/A轉(zhuǎn)換器。用于數(shù)字D/A轉(zhuǎn)換的方法有2種：PWM（P ulse Width Mo

28、dulation）脈沖寬度調(diào)制和PDM（Pulse Density Modulation）脈沖密度調(diào)制。</p><p>　　PWM（P ulse Width Modulation）脈沖寬度調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換</p><p>　　通過單片機(jī)上自帶的PWM輸出，再加上外圍簡單的電路及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM的信號(hào)處理，使之得到穩(wěn)定，精確的模擬輸出，從而實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，這就將大大降

29、低電子設(shè)備的成本、減小設(shè)備體積、也容易提高精度。實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的理想方法是：采用模擬低通濾波器濾掉PWM輸出的高頻部分，保留低頻部分的直流分量，可利用并聯(lián)電容等方法實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，同時(shí)得到對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換輸出。</p><p>　　PDM（Pulse Density Modulation）脈沖密度調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換</p><p>　　PDM是一種在數(shù)字領(lǐng)域中提供模擬信號(hào)的

30、調(diào)制的一種方法。在PDM信號(hào)中，邏輯“1”我們表示單個(gè)脈沖，邏輯“0”表示當(dāng)前沒有脈沖。但通常邏輯“1”和邏輯“0”我們是不連續(xù)的，邏輯“1”通常比較均勻地分布在每個(gè)調(diào)制信號(hào)周期中。其中單個(gè)脈沖也并不表示幅值，而需要一系列脈沖的密度才能對(duì)應(yīng)于模擬信號(hào)中的幅值。我們稱完全由“1”組成的PDM信號(hào)對(duì)應(yīng)于幅值為正的電壓；而我們常常稱完全由“0”組成的PDM信號(hào)則為對(duì)應(yīng)于負(fù)幅值的電壓；由“1”和“0”交替構(gòu)成的信號(hào)則會(huì)對(duì)應(yīng)于0幅值的電壓。 人們

31、常常利用1個(gè)分頻計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)符合應(yīng)用要求的時(shí)鐘信號(hào)，脈沖周期一般為ΔT。然后再將時(shí)鐘信號(hào)送入Ｎ位計(jì)數(shù)器中，實(shí)現(xiàn)0~（2N-1）的計(jì)數(shù)。在計(jì)數(shù)的單個(gè)脈沖周期的ΔT里，會(huì)將計(jì)數(shù)結(jié)果各個(gè)位上邏輯值經(jīng)過一系列的邏輯操作，從而實(shí)現(xiàn)Ｎ位比較基準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，分別為Bit0~Bit(N -1)。當(dāng)然值得注意的是，在每一個(gè)ΔT中，都會(huì)只有一個(gè)位上有邏輯“1”，在其他位置上均為邏輯“0”。同時(shí)將寄存器中輸出的N位總線數(shù)據(jù)與比較基準(zhǔn)脈沖信號(hào)中Bit0~Bit(

32、N-1)進(jìn)行逐位與操作，然后將各個(gè)位上的結(jié)果相或，使之便得到ΔT內(nèi)的調(diào)制結(jié)果。這樣</p><p>　　1.2.2數(shù)字電源D/A轉(zhuǎn)換現(xiàn)狀</p><p>　　相對(duì)于PWM的調(diào)制信號(hào)，PDM的調(diào)制信號(hào)在經(jīng)過低通濾波器后，模擬信號(hào)中的交流部分得到了明顯的減弱，即噪音相對(duì)較小。而在當(dāng)今數(shù)字電源的控制中，PWM和PDM調(diào)制平分秋色，PWM脈寬調(diào)制因?yàn)槠渫ㄟ^單片機(jī)上自帶的PWM輸出，再加上外圍簡單的

33、電路及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM的信號(hào)處理，使之得到穩(wěn)定，精確的模擬輸出，從而實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，同時(shí)大大降低電子設(shè)備的成本、減小設(shè)備體積、也容易提高精度的優(yōu)點(diǎn)仍然受到了大多數(shù)客戶的人認(rèn)可。</p><p>　　1.3數(shù)字電源A/D轉(zhuǎn)換方法</p><p>　　隨著電子產(chǎn)業(yè)數(shù)字化程度不斷發(fā)展，逐漸形成了通過數(shù)字系統(tǒng)為主體的格局。A/D轉(zhuǎn)換器作為模數(shù)電子電路的接口，正受到人們?nèi)找鎻V泛的關(guān)注

34、。同時(shí)隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器性能的要求也越來越高，新型的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但是隨著單片機(jī)的發(fā)展，很多單片機(jī)芯片中內(nèi)部也自帶了A/D轉(zhuǎn)換模塊，可以實(shí)現(xiàn)電路中的A/D轉(zhuǎn)換，使得產(chǎn)品研發(fā)越來越方便，解決了選擇A/D轉(zhuǎn)換器這個(gè)步驟，縮短了研發(fā)周期，下面著重介紹一下幾種比較常用的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。</p><p>　　1.3.1全并行A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　全并行A/D

35、轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖所示。</p><p>　　圖 1-1 全并行A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　它的工作原理非常簡單，模擬輸入信號(hào)在同時(shí)與（2N-1）個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，而且只需一次轉(zhuǎn)換就可以同時(shí)生成n位數(shù)字輸出。它是當(dāng)今為止速度最快的A/D轉(zhuǎn)換器，而且最高采樣速率可以達(dá)到500MSPS。當(dāng)然，它也存在很多不足。第一，硬件開銷大，功耗和面積與分辨率呈指數(shù)關(guān)系；再者，重復(fù)的結(jié)構(gòu)并行比較器之間

36、必須要非常精密匹配，任何的失配都會(huì)造成靜態(tài)誤差。同時(shí)，這種A/D轉(zhuǎn)換器還經(jīng)常容易產(chǎn)生離散和不確定的輸出，就是所謂的“閃爍碼”。所以，全并行A/D轉(zhuǎn)換器只能適用于分辨率較低的情況。</p><p>　　1.3.2兩步型A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　兩步型A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖所示。</p><p>　　圖1-2 兩步型A/D轉(zhuǎn)換器</p><p&

37、gt;　　首先，將一個(gè)粗分全并行A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸入進(jìn)行高位轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生了N1位的高位數(shù)字輸出，將此輸出通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)為模擬量；再者，將原輸入電壓與此模擬量互減，對(duì)剩余量進(jìn)行放大，然后送到一個(gè)更精細(xì)的全并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生了N2位的低位數(shù)字輸出；最后，將兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出并聯(lián)，將并聯(lián)值作為總的數(shù)字輸出。</p><p>　　1.3.3插值折疊型A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　

38、　它的基本原理就是通過一些特殊的模擬預(yù)處理產(chǎn)生余差電壓，并在隨后進(jìn)行數(shù)字化，獲得最低的有效位(LSB)，最高有的效位(MSB)則通過與折疊電路并行工作的粗分全并行A/D轉(zhuǎn)換器得到，而且?guī)缀踉趯?duì)信號(hào)采樣的同時(shí)，我們對(duì)余差進(jìn)行采樣。</p><p>　　1.3.4流水線型A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　流水線型A/D轉(zhuǎn)換器是在兩步型A/D轉(zhuǎn)換器上的進(jìn)一步擴(kuò)展，其結(jié)構(gòu)是將一個(gè)高分辨率的n位模/數(shù)

39、轉(zhuǎn)換分成多級(jí)的低分辨率轉(zhuǎn)換，隨后將各級(jí)的轉(zhuǎn)換再結(jié)果組合起來，構(gòu)成總的輸出。在每一級(jí)電路由采樣/保持電路、低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器以及減法器和級(jí)間放大器組成。</p><p>　　這類的A/D轉(zhuǎn)換器具有以下優(yōu)點(diǎn)：每級(jí)的冗余位優(yōu)化了重疊誤差的糾正，具有良好的低失調(diào)和線性；并且每級(jí)都具有各個(gè)獨(dú)立的采樣保持放大器，所以允許流水線各級(jí)對(duì)多個(gè)采樣進(jìn)同時(shí)行處理，因此提高了轉(zhuǎn)換速度；在分辨率相同的情況下，電路規(guī)模和功耗

40、大大降低。當(dāng)然它也存在一些缺點(diǎn)：第一：基準(zhǔn)電路較復(fù)雜；第二：輸入信號(hào)要穿過數(shù)個(gè)數(shù)級(jí)別的電路，容易造成流水延遲；第三：同步全部的輸出我們需要鎖存定時(shí)； </p><p>　　1.3.5單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換是利用了單片機(jī)的內(nèi)置A/D模塊，我們通過選擇不同的模擬量通道從而進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。我們可以將模擬量直接輸送到單片機(jī)對(duì)應(yīng)的輸入腳，外圍電路簡單。將轉(zhuǎn)換后

41、的數(shù)據(jù)直接保存在片內(nèi)寄存器中，使得數(shù)據(jù)提取方便。</p><p>　　單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換相比使用A/D轉(zhuǎn)換器所具有的優(yōu)勢，首先單片機(jī)內(nèi)置，省了電路板面積，也省了AD轉(zhuǎn)換器的錢，其次內(nèi)置的話我們一般都可以通過程序語言直接讀取寄存器值，方便訪問。而且有的內(nèi)置AD還連接了DMA，這樣的話不需要單片機(jī)的干涉，產(chǎn)品本身可以自己完成AD轉(zhuǎn)換以及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，方便多了。當(dāng)然單片機(jī)片內(nèi)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換也有一些不足之處，大多數(shù)單片機(jī)的

42、內(nèi)置A/D模塊也只有8位和10位，是無法進(jìn)行高精度的A/D轉(zhuǎn)換的。</p><p>　　1.3.6 數(shù)字電源A/D轉(zhuǎn)換現(xiàn)狀</p><p>　　通常，A/D轉(zhuǎn)換器具有三個(gè)最基本的功能：采樣、量化和編碼。如何實(shí)現(xiàn)這三個(gè)功能，決定了A/D轉(zhuǎn)換的電路結(jié)構(gòu)和工作性能。當(dāng)然面對(duì)日新月異的科技發(fā)展，尤其是隨著單片機(jī)的發(fā)展，適用于各個(gè)層次的單片機(jī)也如雨后春筍，滿足了廣大客戶各個(gè)層次之間的需求，尤其是面對(duì)

43、單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換相比A/D轉(zhuǎn)換器所具備的優(yōu)勢，在精度要求不高的情況下例如畢業(yè)設(shè)計(jì)我們還是比較偏向于使用單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D模塊實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的。</p><p><b>　　1.4系統(tǒng)概述</b></p><p>　　電源技術(shù)尤其數(shù)控電源技術(shù)是一門針對(duì)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)也是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)在融合了電子、控制

44、理論、系統(tǒng)集成、材料等雜多學(xué)科的優(yōu)秀成果。同時(shí)隨著通訊和計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而來的信息技術(shù)革命，也給電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了巨大的和廣闊的發(fā)展前景，此時(shí)我們也給電源提出了相對(duì)來說更加高的標(biāo)準(zhǔn)。隨著程控?cái)?shù)字電源在電力電子裝置中的使用，以及普通電源在工作經(jīng)常產(chǎn)生誤差而影響整個(gè)系統(tǒng)的精確性和電源在使用時(shí)常常會(huì)造成很多不好的結(jié)果等因素，各國紛紛對(duì)電源提出了不同的要求并制定了一系列的精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品才能夠進(jìn)入市場。隨著經(jīng)濟(jì)全球化

45、的發(fā)展，在滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的大力發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論同時(shí)也開始建立。這些電力電子理論為其后來的產(chǎn)品發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在未來的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)就有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、功率密度比較低、分辨率不高、可靠性較差等缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源未來主要的發(fā)展方向，我們是要針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)以及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)</p>&

46、lt;p>　　1.5本文主要研究內(nèi)容</p><p>　　本文以數(shù)字電源為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)將電壓為220的交流電變成儀器儀表所適用的0~15V的交流電，供儀器儀表工作時(shí)適用，具體研究內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章介紹了論文研究工作的背景和意義，綜述了數(shù)字電源A/D、D/A轉(zhuǎn)換的方法，以及數(shù)字電源A/D、D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究現(xiàn)狀。簡單對(duì)比了一下模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換方法之間的優(yōu)劣，為畢業(yè)

47、設(shè)計(jì)制作提供了一個(gè)技術(shù)上的鋪墊，也概述了本文的主要內(nèi)容及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)。</p><p>　　第二章介紹了數(shù)字電源的運(yùn)行機(jī)理，分析了如何利用PWM調(diào)控、電壓輸出電路、限流電路的作用、實(shí)現(xiàn)電壓電流的調(diào)控，保證在電壓在0-15V、最大電流不超過1.5A等功能。介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及工作原理還明確了具體研究方向及性能指標(biāo)。</p><p>　　第三章詳細(xì)地分析系統(tǒng)硬件電路，我們知道良好的硬件是保

48、證產(chǎn)品正常工作的基礎(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、變壓器、橋式整流電路、調(diào)控電路、LCD電路和鍵盤電路組成。</p><p>　　第四章詳盡的介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的過程，軟件系統(tǒng)主要包括：①主程序②電壓電流參數(shù)表，設(shè)定值，輸出值，顯示值之間的換算子程序③中斷處理子程序④PIC18F4520配置位子程序等相關(guān)子程序等五大模塊，文中每個(gè)模塊都給出了詳細(xì)的分析，同時(shí)給出了各個(gè)模塊的詳細(xì)程序。</p><

49、p>　　第五章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)軟件、硬件的調(diào)試過程，闡述了調(diào)試過程的方法及過程。</p><p>　　通過調(diào)試，系統(tǒng)各部分功能正常，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計(jì)目的。</p><p>　　第 2 章 方案設(shè)計(jì)論證</p><p>　　2.1數(shù)字電源的工作原理</p><p>　　數(shù)字電源采用直接接受變壓器變比后的交流電，過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。

50、輸出采樣電路檢測電壓變化，并與基準(zhǔn)電壓比較，然后誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制（PWM）電路后，再經(jīng)過限流電路從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。</p><p>　　2.2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2-1所示，首先我通過整流電路獲得了一個(gè)30V左右的交流電，這個(gè)就是我需要通過PWM調(diào)控來調(diào)制的源電流，通過PWM調(diào)控、電壓輸出電路、限流電路的作用，實(shí)現(xiàn)電壓電流的調(diào)控，保證

51、在電壓在0-15V、最大電流不超過1.5A，具體運(yùn)行結(jié)果如下圖所示</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　首先我想要利用三極管基極導(dǎo)通與管段來控制輸出電路的通與斷，而且我希望通過利用多級(jí)放大電路來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，因?yàn)閺腜IC18F4520單片機(jī)PWM引腳出來的電壓約在0-5V之間，而且一般可以驅(qū)動(dòng)三級(jí)管的導(dǎo)通與管段，這樣我利用多級(jí)放大，依次使用承載負(fù)荷大的管子

52、，通過一級(jí)一級(jí)的驅(qū)動(dòng)，不僅可以控制最后輸出電路的通斷，還可以降低每個(gè)三級(jí)管的承載壓力，做到了一舉多得。接著通過利用運(yùn)算放大器的特性來實(shí)現(xiàn)采樣，即利用運(yùn)算放大器正負(fù)端電壓差的不同，輸出端輸出不同而來控制電路的通與斷。</p><p><b>　　系統(tǒng)性能指標(biāo)：</b></p><p>　　表2-1 系統(tǒng)性能指標(biāo)</p><p><b>

53、　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了數(shù)字電源的運(yùn)行機(jī)理，分析了如何利用PWM調(diào)控、電壓輸出電路、介紹了數(shù)字電源的運(yùn)行機(jī)理，分析了如何利用PWM調(diào)控、電壓輸出電路、限流電路的作用、實(shí)現(xiàn)電壓電流的調(diào)控，保證在電壓在0-15V、最大電流不超過1.5A等功能。介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及工作原理還明確了具體研究方向及性能指標(biāo)。</p><p>　　第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)

54、計(jì)</p><p>　　3.1主要器件選型依據(jù)</p><p>　　器件選型為設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，器件選擇的成功與否，對(duì)儀器的性能往往起關(guān)鍵性的作用。因?yàn)樵俸玫能浖绦蛞惨坑布?shí)現(xiàn)。但選擇性能過高的器件，又會(huì)增加儀器的造價(jià)，影響到后期的銷售利潤。所以對(duì)材料成本必須有所控制。我的選型原則，主要是本著先滿足設(shè)計(jì)要求，然后選擇比較成熟的，性價(jià)比高，市場便宜購買的器件。能通過軟件完成的功能盡

55、量放在程序中去做，必要的硬件部分，則在關(guān)鍵環(huán)節(jié)適當(dāng)提高一點(diǎn)，普通環(huán)境保證夠用就行。硬件主要由單片機(jī)處理部分、A/D轉(zhuǎn)化電路、LCD顯示電路、按鍵電路和D/A轉(zhuǎn)換電路組成，現(xiàn)就幾個(gè)主要器件選型做一下詳細(xì)說明。</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)選擇Mocrochip 公司的PIC18F4520，該芯片為通用8位單片機(jī)MCU，有4個(gè)I/O端口工32位I/

56、O引腳，足以提供各類控制功能的實(shí)現(xiàn)。片內(nèi)有兩個(gè)10位的脈寬調(diào)制輸出單元，正好用于“電壓輸出控制”和“電流限流控制”兩組信號(hào)的輸出，同時(shí)利用片內(nèi)的10位ADC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，節(jié)約了片外另加AD轉(zhuǎn)換器的成本。片內(nèi)含有EEPROM,可以存儲(chǔ)各類參數(shù)。尤其是該芯片的性價(jià)比較高，通用性強(qiáng)，市場上購買方便，同時(shí)供貨商可提供較好的技術(shù)支持。同時(shí)該芯片已經(jīng)上市多年，較為穩(wěn)定可靠。（雖然也有一些新品可供選擇，但我個(gè)人還是認(rèn)為選擇比較成熟的芯片為好）。本設(shè)計(jì)

57、主要利用PIC18F4520運(yùn)算速度快、自帶A/D轉(zhuǎn)換功能的特點(diǎn)，從而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　圖3-1 單片機(jī)引腳圖</p><p>　　下面列出了一些主要特性：</p><p>　　1、高性能的RISC結(jié)構(gòu)CPU。</p><p>　　2、精簡指令集，75條單字指令，啟用擴(kuò)展指令集后為83條單字指令。</p>

58、;<p>　　3、除分支跳轉(zhuǎn)指令為2周期或三周期指令外，其余指令均為單周期指令。</p><p>　　4、CPU運(yùn)算速度最高達(dá)到16MIPS。</p><p>　　5、大容量的Flash程序存儲(chǔ)器，最大可存儲(chǔ)128KB，可外部擴(kuò)展到2MB。</p><p>　　6、大容量的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間可達(dá)3936B。</p><p>　　

59、7、集成有線易性EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，最大存儲(chǔ)空間可達(dá)1024B。</p><p>　　8、超過20個(gè)中斷源，具有兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)和中斷嵌套。</p><p>　　9、31級(jí)硬件堆棧。</p><p>　　10、4種尋址方式：立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器間接尋址。</p><p>　　11、內(nèi)置88單周期硬件乘法器</p>

60、<p>　　12、擴(kuò)展的看門狗定時(shí)器，可編程周期為4ms~131s。</p><p>　　13、多大9種復(fù)位方式，分別為POR、BOR、RESET指令、堆棧滿、堆棧下溢，PWRT、OST、MCLR、WDT。</p><p>　　14、多達(dá)10中振蕩器方式的選擇，分別為LP，XT，HS，HSPLL，RC，RCIO，INTIO1，INTIO2、EC、ECIO。</p>

61、<p>　　15、在線串行編程（ICSP）與在線串行測試（ICD）。</p><p>　　16、工作電壓：5.5V-3.5V（5V單片機(jī)）。</p><p>　　17、定時(shí)器Timei0：帶有8未可編程前分頻器的8位或16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　18、定時(shí)器Timer1:16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，帶預(yù)分頻器，可在休眠模式下通過外部時(shí)鐘來計(jì)數(shù)

62、。</p><p>　　19、定時(shí)器Timer2：帶有8位周期寄存器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（作為PWM的時(shí)基）。</p><p>　　20、定時(shí)器Timer3:16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，帶預(yù)分頻器。</p><p>　　21、具有捕捉/比較/脈寬調(diào)制(PWM)的CCP模塊。</p><p>　　22、多達(dá)13通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器。</p&

63、gt;<p>　　23、有多種工作方式的主同步串行通信（MSSP）接口有SPI(主從模式）和C（主從模式）兩種。</p><p>　　24、可尋址的EUSART模塊，支持RS232、RS485和LIN總線。</p><p>　　25、多達(dá)2路或更多的模塊比較器電壓模塊。</p><p>　　26、可編程的低電壓檢測模塊（LVD）為支持低電壓檢測時(shí)產(chǎn)生中

64、斷。</p><p>　　圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)及端口分布</p><p>　　3.3 變壓器的選型</p><p>　　通常情況下，我們家里或者單位中直接接的都是220V的交流電，但是一般的電子設(shè)備工作電壓卻并沒有這么高，過高的電壓直接接在儀表設(shè)備上不僅僅會(huì)損傷器件，造成儀表設(shè)備的損壞不能使用，更有甚者可能會(huì)造成事故，引起人員傷亡等重大傷害。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我需

65、要的產(chǎn)品通過PWM脈寬調(diào)制后輸出電壓大概是在0-15V之間，那么通過選擇變壓器來實(shí)現(xiàn)變換交流電壓的作用之后，我需要大約30V左右的交流電，然后再進(jìn)行整流電路。變壓器的工作原理大致如下：變壓器是變換交流電壓和電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流過時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使得次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。而變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的繞組，接電源的繞組叫初級(jí)線圈，另外的繞組叫次級(jí)線圈。通過初

66、級(jí)繞組和次級(jí)繞組的繞組比，我們就可以計(jì)算出，經(jīng)過變壓器變壓后，我們?cè)诙蝹?cè)也就是次級(jí)線圈側(cè)可以得到的交流電壓的值，以為在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，一次側(cè)我接的是220V的交流電，那么在二次側(cè)我希望得到大概30V左右的交流電，所以我需要一個(gè)線圈比一次側(cè)比上二次側(cè)大約為1:7的變壓器，變比計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　--變壓器一

67、次側(cè)匝數(shù)</p><p><b>　　--變壓器二次匝數(shù)</b></p><p>　　--變壓器一次側(cè)電壓</p><p>　　--變壓器二次側(cè)電壓</p><p>　　經(jīng)過再三比較，我最終選擇了四川省崇州市恒達(dá)電子場的HDB-50B的變壓器，具體性能：</p><p>　　初級(jí)電壓220V 50

68、Hz</p><p><b>　　次級(jí)電壓16V</b></p><p><b>　　產(chǎn)品樣式如圖所示：</b></p><p>　　圖3-3 環(huán)形HDB-50T產(chǎn)品圖</p><p>　　3.4 橋式整流電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在經(jīng)過變壓器之后，我們得到了大約為30

69、V左右的交流電，但是數(shù)字電源工作是需要直流供電的，是不能夠直接使用變壓器二次側(cè)30V左右的交流電的，如果直接使用交流電的話可能會(huì)直接燒毀電路板中的元器件，所以我們一定需要通過整流電路來將交流電轉(zhuǎn)換成為直流電。</p><p>　　通常整流電路按照不同的類別可以分為不同的整流電路，例如按照組成器件來分：可以分為不可控、半控、和全控三種；按照電路結(jié)構(gòu)可以分為：橋式電路和零式電路；按照交流輸入相數(shù)分為：單項(xiàng)電路和多相電

70、路；按變壓器二次側(cè)電流的方向可以分為：單向或雙向。</p><p>　　這里我選擇橋式整流電路來實(shí)現(xiàn)交流變直流的功能，具體選擇依據(jù)如下：</p><p>　?、傩瘦^高②使用比全波整流方便③紋波系數(shù)較大④比全波整流多用兩個(gè)二極管</p><p>　　也正是由于橋式整流電路有上訴這么多優(yōu)點(diǎn)，所以我選擇利用橋式整流電路來實(shí)現(xiàn)交流到直流的變換。</p>&l

71、t;p>　　圖3-4 橋式整流電路</p><p>　　交流電經(jīng)二次側(cè)正端進(jìn)來，分別并聯(lián)兩個(gè)電容，這樣可以起到一定的濾波作用，然后利用一個(gè)整流橋，對(duì)交流電進(jìn)行整流處理，橋式整流電路的工作原理大致如下：整流橋中的二極管兩兩相對(duì)應(yīng)的互為一組，當(dāng)交流電為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D1、D3加反向電壓，Dl、D3不導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通。電路中構(gòu)成E、D1、R121、D3通電回路，在R121上形成上正下負(fù)的

72、半波整流電壓，交流電為正半周時(shí)，對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4不導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加正向電壓，D1、D3導(dǎo)通。電路中構(gòu)成E、D2、R121、D4通電回路，同樣在R121 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電。</p><p>　　如此重復(fù)下去，結(jié)果在R121上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。</p><p>　　3.5 調(diào)控電路的設(shè)計(jì)</p><p

73、>　　220V的交流電經(jīng)過了前邊的變壓器，橋式整流電路之后，已經(jīng)變成了大概30V左右的直流電了，但是這仍然不能夠滿足我們的要求。我們?cè)O(shè)計(jì)的是數(shù)字電源，既然是數(shù)字電源，我們就應(yīng)該可以控制它的輸出量，可以隨意的根據(jù)自己的需要在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行控制，這就派生了我們這里PWM調(diào)控的設(shè)計(jì)，因?yàn)榍斑呉仓v到了，單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換相比使用A/D轉(zhuǎn)換器所具有的優(yōu)勢，首先單片機(jī)內(nèi)置，省了電路板面積，也省了AD轉(zhuǎn)換器的錢，其次內(nèi)置的話我們一般都可以通

74、過程序語言直接讀取寄存器值，方便訪問。而且有的內(nèi)置AD還連接了DMA，這樣的話不需要單片機(jī)的干涉，產(chǎn)品本身可以自己完成AD轉(zhuǎn)換以及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，方便多了。正是由于這一些觀點(diǎn)我在這里就用單片機(jī)內(nèi)部的PWM來進(jìn)行電源輸出的控制及電流電壓的測量工作。具體設(shè)計(jì)思路如圖所示：</p><p>　　圖 3-5 控制電路設(shè)計(jì)思路</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)思路，首先我想要利用三極管基極導(dǎo)通與管段來控制輸出

75、電路的通與斷，而且我希望通過利用多級(jí)放大電路來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，因?yàn)閺腜IC18F4520單片機(jī)PWM引腳出來的電壓約在0-5V之間，而且一般可以驅(qū)動(dòng)三級(jí)管的導(dǎo)通與管段，這樣我利用多級(jí)放大，依次使用承載負(fù)荷大的管子，通過一級(jí)一級(jí)的驅(qū)動(dòng)，不僅可以控制最后輸出電路的通斷，還可以降低每個(gè)三級(jí)管的承載壓力，做到了一舉多得?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)如圖所示：</p><p><b>　　圖3-6 控制電路</b>&l

76、t;/p><p>　　根據(jù)查閱PIC系列單片機(jī)手冊(cè)，我查到從35腳（PWMB)和36腳（PWMA)輸出大約為0-5V的電壓，在這里我利用了一個(gè)濾波電路來對(duì)單片機(jī)出來的電流進(jìn)行濾波，這樣做的目的是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。 經(jīng)過濾波電路，我利用一個(gè)運(yùn)算放大器來給三極管的基極釋放控制信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸出大小的控制，因?yàn)檫\(yùn)算放大器是利用比較正負(fù)輸入端的電壓

77、差來給公共級(jí)信號(hào)的，當(dāng)正端輸入電壓比負(fù)端高的時(shí)候，那么公共級(jí)輸出正電平，當(dāng)正端輸入電壓比負(fù)端低的時(shí)候，那么公共級(jí)輸出的為低電平，這個(gè)時(shí)候我讓這個(gè)運(yùn)算放大器的負(fù)端接地，而正端是有電壓的，所以運(yùn)算放大器公共級(jí)給了一個(gè)高電平給了三極管的基極，基極接受的電流大約是1MA，而9013 結(jié)構(gòu)：NPN ①集電極-發(fā)射極電壓 25V ②射極-基極電壓 5V ③集電極電流0.5A，通過觀察9013的參數(shù)我們可以發(fā)現(xiàn)9013可以導(dǎo)通這個(gè)時(shí)候三極管90

78、13通了那么加載在三極管發(fā)射極的電壓就會(huì)通過三極管而產(chǎn)生電流，流過三極管9013的電流會(huì)對(duì)三極管D965的基極作用，再導(dǎo)通三極管2SD553Y，利用依次導(dǎo)通的原理</p><p>　　首先，要想控制電壓，首先就能夠檢測到輸出中的電壓，但是直接檢測電壓是很麻煩的事情，我的想法是利用電路中檢測電流的大小來間接檢測輸出電壓的大小，通過利用運(yùn)算放大器的元器件正負(fù)極電壓差導(dǎo)致公共極輸出不同的特性來實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的限制，如圖所示

79、：</p><p><b>　　圖3-7 反饋電路</b></p><p>　　因?yàn)镻IC18F4520單片機(jī)PWM口輸出的是0-5V的交流電，在這里我同樣利用了一個(gè)濾波電路來對(duì)單片機(jī)出來的電流進(jìn)行濾波，這樣做的目的是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。其實(shí)也就是利用了電容的充放電特性，兩端電的時(shí)候電容充電，

80、兩端沒電的時(shí)候電容放電，而經(jīng)過前邊的三級(jí)放大電路，三極管2SD553Y也導(dǎo)通了，電流勢必會(huì)通過電阻R26（0.1歐姆）流到圖3-7中左上角的運(yùn)算放大器的負(fù)端，這樣我就可以與35口（PWMB）的輸出電壓比較運(yùn)算放大器之間的電壓差了，當(dāng)然這樣做還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我的意愿就是通過比較運(yùn)算放大器正負(fù)端之間的電壓差，而控制運(yùn)放發(fā)出正/負(fù)信號(hào)來使得電路導(dǎo)通或者截止，所以我把起限流作用的運(yùn)算放大器的公共端接回了原來PWMA的控制電路中，如圖所示圖3-8

81、中的 </p><p><b>　　圖3-8輸出電路</b></p><p>　　1Limit 和圖3-8中的1Limit中的標(biāo)號(hào)相同，表示兩個(gè)端口連在一起，如果輸出電流過大，也就是說明輸出電壓過大了，那么運(yùn)放就會(huì)給一個(gè)負(fù)的信號(hào)，使得10號(hào)引腳處電流截止，運(yùn)算放大器的正端沒有了電壓，那么元算放大器的正負(fù)端就形成不了電壓差，根據(jù)上邊控制電路的說法，也就不可能使得三級(jí)放大

82、電路發(fā)生效應(yīng)，那么也就是說輸出電流不可能通過三極管過來，這樣就實(shí)現(xiàn)了電流和電壓的限流和輸出。</p><p>　　3.6 LCD顯示屏設(shè)計(jì)</p><p>　　市場上LCD的現(xiàn)實(shí)屏很多，經(jīng)過再三比較我選擇通用的液晶顯示模塊“OY-1602A”。主要是因?yàn)樵撃K為市場上用的最普遍的顯示模塊之一，且價(jià)格便宜使用方便，選用該顯示模塊，在驅(qū)動(dòng)程序的編寫以及今后維護(hù)都極為方便。</p>

83、<p>　　該模塊具有以下顯示特性：</p><p>　?、?5V單電源電壓，低功率、使用壽命長、可靠性高</p><p>　?、趦?nèi)置 的192 種字符（其中160個(gè)7x5的點(diǎn)陣字符以及 32個(gè)10x5的點(diǎn)陣字符）</p><p>　　③具有64個(gè)KB的自定義的字符RAM，而且可自定義8個(gè)8x5的點(diǎn)陣字符或者四個(gè)11x5點(diǎn)陣字符</p>&

84、lt;p>　?、艿锥藥ED背光燈</p><p>　　圖3-9 LCD顯示屏主電路</p><p>　　在這里選擇的LCD為16腳，我這里應(yīng)用到了其中的12分別是16-11腳、6-4腳、和1腳和2腳而其余的四個(gè)引腳作為空余位可以作為以后功能擴(kuò)展時(shí)的預(yù)留位，其中5引腳位用作只寫位，4引腳位用作只讀位。</p><p>　　那么怎么控制LCD現(xiàn)實(shí)屏現(xiàn)實(shí)出我們想要

85、的數(shù)字呢，其實(shí)很簡單只需要根據(jù)產(chǎn)品手冊(cè)查出</p><p>　　圖3-10 LCD編碼表</p><p>　　相對(duì)應(yīng)的引腳輸入高地電平即可，比如我們要現(xiàn)實(shí)數(shù)字0，只要在按照如圖所示：</p><p>　　表3-1 輸出0引腳示意圖</p><p>　　其它的數(shù)字或者字符只要按照上邊的方法都可以實(shí)現(xiàn)在LCD屏上的顯示。</p>&

86、lt;p>　　3.7 鍵盤電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　鍵盤是我們通常來說的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鍵盤通常有兩種方法：一來是采用芯片來進(jìn)行鍵盤掃描，還有就是用軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描。使用現(xiàn)成的芯片增加了CPU的開銷，也增加了成本，用軟件實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)的靈活性，且只需要很少的CPU開銷，所以可以節(jié)省開發(fā)成本。我在這里的設(shè)計(jì)思想就是通過在按鍵上選擇較流行的“旋轉(zhuǎn)編碼器”，這類旋轉(zhuǎn)呈無界限性，在菜單選擇時(shí)，利用其左旋或右

87、旋，用以調(diào)節(jié)指示光標(biāo)上下移動(dòng)，用以實(shí)現(xiàn)菜單選擇。在數(shù)據(jù)設(shè)置時(shí)，利用其左旋或右旋，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增加/減小（＋／－），用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)整功能。同時(shí)利用其按下功能，實(shí)現(xiàn)確認(rèn)功能。另外我還想設(shè)計(jì)三個(gè)獨(dú)立的按鍵</p><p>　　具體功能分別介紹如下：</p><p>　　“ON/OFF”鍵，該鍵獨(dú)立設(shè)置，確保儀器使用安全。當(dāng)使用者確認(rèn)一切正常時(shí)，按下該按鍵，儀器才有對(duì)外輸出電壓，當(dāng)遇到情況時(shí)，使用者

88、只要按下該按鍵，儀器立刻停止對(duì)外輸出。這樣，可以避免使用者在操作或設(shè)置錯(cuò)誤狀態(tài)下，對(duì)儀器本身或負(fù)載受體造成損壞。</p><p>　　“HOME”鍵，該鍵為退出鍵</p><p>　　“SHIFT”鍵，該鍵為右移移位鍵，在參數(shù)設(shè)置時(shí)，將光標(biāo)移動(dòng)到需要調(diào)整參數(shù)的某位上，然后對(duì)該位數(shù)進(jìn)行調(diào)整，該位調(diào)整完成后，可移動(dòng)到下一位上，這樣逐位對(duì)需要調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。直到調(diào)整結(jié)束。</p>

89、<p>　　圖3-11 按鍵電路</p><p>　　按鍵電路中，當(dāng)沒有電平按下時(shí)，通過內(nèi)部的電源和引腳上的上拉電阻，每個(gè)引腳上為高電平，當(dāng)檢測到有按鍵按下時(shí)，引腳接地，芯片測量到引腳為低電平則表示該按鍵按下，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。</p><p>　　按鍵在按下或彈起的過程中，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的低電平或這高電平，可是事實(shí)絕大多數(shù)情況卻并非如此。普通的鍵盤按鍵常常都采用觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)

90、，也就是我們?cè)诎寻存I被按下或者釋放的時(shí)候，按鍵的觸點(diǎn)會(huì)因?yàn)閺椥远鴷?huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)當(dāng)時(shí)并不會(huì)迅速可靠的接通，而在當(dāng)按鍵釋放時(shí)，觸點(diǎn)也并不會(huì)馬上斷開，而是要經(jīng)過一段時(shí)間的抖動(dòng)處理才能穩(wěn)定，當(dāng)然了按鍵的材料不同，抖動(dòng)的時(shí)間也不盡相同。</p><p>　　圖3-12 按鍵抖動(dòng)示意圖</p><p>　　一次完整的按鍵過程，通常包含以下幾個(gè)階段：如圖3-12所示。<

91、/p><p>　?、诺群虻碾A段：按鍵尚未按下，按鍵處在空閑階段；</p><p>　　⑵閉合抖動(dòng)的階段：按鍵才剛剛按下，信號(hào)正處于抖動(dòng)狀態(tài)，約5ms到15ms；</p><p>　　⑶有效閉合的階段：此時(shí)抖動(dòng)己經(jīng)結(jié)束，有效的按鍵動(dòng)作己經(jīng)產(chǎn)生，系統(tǒng)此時(shí)應(yīng)該執(zhí)行按鍵功能，或者此時(shí)將按鍵編碼記錄下來，再等到按鍵彈起的時(shí)候再執(zhí)行其它功能；</p><p>

92、;　?、柔尫哦秳?dòng)的階段：此時(shí)編程人員并不急于此時(shí)消抖延時(shí)，但是最好執(zhí)行一次消抖延時(shí)動(dòng)作，防止系統(tǒng)誤操作；</p><p>　?、捎行п尫诺碾A段:如果設(shè)計(jì)要求我們?cè)诎存I抬起時(shí)才執(zhí)行此功能，那么就應(yīng)當(dāng)在此時(shí)進(jìn)行按鍵功能處理。</p><p>　　按鍵的抖動(dòng)問題一般來說我們都會(huì)采取軟件消抖的方法來解決。</p><p><b>　　3.8 本章小結(jié)</b&

93、gt;</p><p>　　本章內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)地分析系統(tǒng)硬件電路，我們知道良好的硬件是保證產(chǎn)品正常工作的基礎(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、變壓器、橋式整流電路、調(diào)控電路、LCD電路和鍵盤電路組成。</p><p>　　系統(tǒng)選用PIC18F4520，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定、高速的運(yùn)行；而單片機(jī)內(nèi)置A/D用來轉(zhuǎn)換采集來的電壓信號(hào)。</p><p>　　第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)<

94、;/p><p>　　當(dāng)硬件基本確定后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可以將軟件分為兩大類：一是監(jiān)控軟件也就是我們所說的主程序，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門通過它來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者之間的關(guān)系，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)不同模塊功能的作用。二來就是是執(zhí)行軟件也就是子程序，是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能。</p><p>　　當(dāng)然由于匯編語言的可移植性和可讀性都較差，采用匯編語言編寫單片機(jī)程序不僅周

95、期長，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較困難，我們?yōu)榱颂岣邌纹瑱C(jī)程序的效率，加強(qiáng)程序的可讀性和可移植性，適時(shí)的采用高級(jí)語言無疑將是一種很好的選擇。而C語言是一種非常通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，且在國際上十分流行。用它既可用來編寫計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，同時(shí)也可用來編寫一般的應(yīng)用程序，正是C語言既具有一般高級(jí)語言的特點(diǎn)同時(shí)又能直接對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行操作，而且表達(dá)和運(yùn)算能力也較強(qiáng)，所以許多以前只能用匯編語言來解決的問題在現(xiàn)在都可以用C語言來解決。</p&g

96、t;<p>　　4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖:</p><p>　　圖4-1程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　4.2 程序設(shè)計(jì)思想</p><p>　　程序設(shè)計(jì)使用C語言編程，在主函數(shù)的基礎(chǔ)上利用模塊化語言設(shè)計(jì)思路，將實(shí)現(xiàn)不同功能的模塊單獨(dú)編程，再嵌套進(jìn)主程序之中，最終實(shí)現(xiàn)自己所預(yù)期的功能，具體模塊主要有①主程序②電壓電流參數(shù)表，設(shè)定值，輸出值，顯示值之間

97、的換算子程序③中斷處理子程序④PIC18F4520配置位子程序等相關(guān)子程序，因?yàn)榭紤]到子程序過多，畢業(yè)設(shè)計(jì)論文篇幅有限，若將全部子程序一一羅列出并加以說明，實(shí)在是不太可能，所以這里我僅僅將程序中實(shí)現(xiàn)主要的功能的子程序羅列出，并加以說明，其它的子程序我將在章節(jié)結(jié)尾通過表格來說明它的存在。</p><p><b>　　4.3主程序：</b></p><p>　　程序設(shè)計(jì)思

98、想：主程序分為函數(shù)申明和函數(shù)引用部分，主要是定義和引用了一些執(zhí)行具體工作的子函數(shù)，即前邊所提到的模塊化設(shè)計(jì)思想，沒有具體執(zhí)行什么功能的作用，產(chǎn)品所實(shí)現(xiàn)的主要功能主要靠其中的子函數(shù)中的程序來實(shí)現(xiàn)，其中起實(shí)現(xiàn)功能主要的子程序主要有①主程序②電壓電流參數(shù)表，設(shè)定值，輸出值，顯示值之間的換算子程序③中斷處理子程序④</p><p>　　圖 4-2 主程序流程圖</p><p>　　PIC18F45

99、20配置位子程序等相關(guān)子程序，這些程序在畢業(yè)設(shè)計(jì)中所起的作用我將在接下來的論文中一一說明。</p><p>　　4.4子程序1：（電壓電流參數(shù)表、設(shè)定值、輸出值、顯示值、A/D轉(zhuǎn)換之間的換算子程序）</p><p>　　程序設(shè)計(jì)思想：首先我利用App83-table.c 來定義該段子程序的名稱，方便快速查找子程序，根據(jù)習(xí)慣我先后設(shè)定了幾個(gè)值A(chǔ)D0、AD1、AD2，來分別定義輸入到單片機(jī)地線

100、的電壓值、輸出電壓和輸出電流值，這些值的賦予是通過實(shí)際測量和計(jì)算得來的。首先我利用電路仿真功能先給PWM脈寬調(diào)制。</p><p>　　輸入兩個(gè)模擬值x1和x2，這時(shí)我們可以在電路的輸出端通過測量得出另外兩個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出值，y1和y2。</p><p>　　這是我們通過設(shè)線性表達(dá)式為，通過聯(lián)立方程式和</p><p>　　圖4-3電壓電流參數(shù)表、設(shè)定值、輸出值、顯示值

101、、A/D轉(zhuǎn)換之間的換算子程序流程圖</p><p>　　然后將通過電路仿真所測得的x和y帶入聯(lián)立方程式中，進(jìn)而求得斜率和截距的值，程序中的初始化設(shè)置參數(shù)值、輸入輸出電壓、輸入輸出電流的線性表達(dá)式都是通過這樣的方法計(jì)算出來的，在計(jì)算完成后我們通過賦值來供程序使用，其中下劃線后綴為x41的我用來表示線性表達(dá)式中斜率的值，下劃線后綴為base的來表示線性表達(dá)式截距的值。緊接著我們解釋一下五個(gè)功能子程序的設(shè)計(jì)思想，因?yàn)閯?/p>

102、剛計(jì)算需要構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，根據(jù)設(shè)想硬件調(diào)試電路中共有五個(gè)狀態(tài)，也就是有五個(gè)功能，它們分別是狀態(tài)５１（已知電壓輸出設(shè)置值Vset, 求PWM_A值）、狀態(tài)５２（已知輸出電壓AD_1的轉(zhuǎn)換值, 計(jì)算輸出電壓顯示值Vout）、狀態(tài)５３（已知輸入電壓AD_0的轉(zhuǎn)換值, 計(jì)算輸入電壓顯示值Vin）。再然后是電流計(jì)算，電流計(jì)算同樣也分為兩個(gè)部分分別是狀態(tài)６１（已知限流設(shè)置值Iset, 求PWM_B值）、狀態(tài)６２（已知輸出電流AD_2的值, 計(jì)算輸出電

103、流顯示值），所以我需要用數(shù)學(xué)知識(shí)和C語言知識(shí)來搭建這五個(gè)數(shù)學(xué)模型。我將利用反推法來介紹一下程序中我如何通過數(shù)學(xué)模型來設(shè)計(jì)程序，這樣可以更加直觀的理解程序的設(shè)計(jì)過程。</p><p>　?、傥覀円阎獱顟B(tài)５１（已知電壓輸出設(shè)置值Vset, 求PWM_A值）的數(shù)學(xué)模型為</p><p>　　下邊我們開始編程序，按照公式一步一步的來，就可以了。</p><p>　　首先我要

104、根據(jù)公式中的來寫出程序式</p><p>　　out_xx = (unsigned int)ww1;</p><p>　　緊接著根據(jù)公式中的寫出程序式</p><p>　　ww1 /= VOL1_x41;</p><p>　　依次類推，根據(jù)數(shù)學(xué)模型中的方程式，并且考慮到程序中符號(hào)運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)，就可以寫出這段求PWM_A值的子程序了。</

105、p><p>　?、跔顟B(tài)５２（已知輸出電壓AD_1的轉(zhuǎn)換值, 計(jì)算輸出電壓顯示值Vout）數(shù)學(xué)模型</p><p>　?、蹱顟B(tài)５３（已知輸入電壓AD_0的轉(zhuǎn)換值, 計(jì)算輸入電壓顯示值Vin）數(shù)學(xué)模型</p><p>　　④狀態(tài)６１（已知限流設(shè)置值Iset, 求PWM_B值）數(shù)學(xué)模型</p><p>　?、轄顟B(tài)６２（已知輸出電流AD_2的值, 計(jì)算

106、輸出電流顯示值）數(shù)學(xué)模型</p><p>　　4.4子程序2：（中斷處理子程序）</p><p>　　程序設(shè)計(jì)思想：首先中斷程序主要處理的是TMR0 計(jì)數(shù)溢出中斷，編寫語句（tmp11=PORTB; ）表示若發(fā)生RBIF如果出現(xiàn)低電平中斷后, 必須讀 PORTB, 否則會(huì)不斷產(chǎn)生中斷，接著通過（INTCONbits.TMR0IF = 0;）來關(guān)閉標(biāo)志位，通過（PIR2bits.EEIF

107、= 0;）來寫 EEPROM, 必需清零中斷位。通過上述語句的描述來實(shí)現(xiàn)處理的是TMR0 計(jì)數(shù)溢出中斷并且處理完后清楚全部中斷標(biāo)示。</p><p>　　圖4-4 中斷程序流程圖</p><p>　　4.5子程序3：（PIC18F4520配置位子程序）</p><p>　　程序設(shè)計(jì)思想：該程序主要為所使用的單片機(jī)PIC18F4520配置位子程序,其中MCLRE=ON

108、--IC_1為總清健,需要上拉電阻, OFF為禁止總清健,不需要上拉電阻，#pragma config CP0~#pragma config CP3為代碼0~3保護(hù)，CPD為數(shù)據(jù)只讀保護(hù)。</p><p><b>　　4.6子程序列表</b></p><p>　　表4-1 子程序列表</p><p><b>　　4.7本章小結(jié)<