厦门维新电子大学 本科毕业设计 (论文) 学 院: 信息科学与技术学院 专 业: 电子信息工程 扣 号: 2●5●4●4●4●8●0●2●8 ●0 销售员姓名: 刘生 经理: 王晓斐 来电: 1-8-2-0-6-0-6-3-9-8 -4 题 目: 单相电表接法 2012.6.5 摘 要 本系统以 Atmega 8 单片机为控制核心, R-2R 阶梯做 D/A 转换, 加上功率三极管组成了具有实时调整输出的数控直流稳压电源。 可以输出 0-25V 步进 0.1V、0.01A 的稳压电源。 Atmega8 的 A/D 转换器已经足够快了, 但它没有 D/A 转换器。 使用脉宽调制和模拟低通滤波器是可以得到一个 D/A 转换器的, 但是这样速度太慢了, 无法通过软件立即实现短路保护。 如何实现一个高速 D/A 转换器呢? 有很多方法可以实现 D/A 转换器, 但我们需要的是高速、 低价、 易于与微控制器连接的。 这个 D/A 就是著名的“R-2R 阶梯”。 它仅由电阻(两个规格,其中一个值是另一个的两倍) 和开关组成。 本设计成品具有很高的使用价值, 可广泛应用于教学、 科研等, 具有输入电压范围宽, 输出稳定可调等优点。 关键词: Atmega8 AVR LCD 电源 ╔═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╗ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 8 │ 详│ 4 │ 电║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 0 │ 情│ 生│ 话║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ Q │ 产│ : ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ Q │ 电│ 1 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ : │ 表│ 8 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 2 │ 慢│ 2 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 5 │ 转│ 0 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 4 │ 器│ 6 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 4 │ 。 │ 0 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 4 │ 倒│ 6 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 8 │ 转│ 3 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 0 │ 器│ 9 ║ ║ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ ┊ │ 2 │ 。 │ 8 ║ ╚═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╝ Abstract The system uses Atmega 8 microcontroller for the control of the core, R-2R ladder to do D / A conversion, coupled with the power transistor to adjust the composition of output with real-time digital controlled power supply. The A / D converter in ATmega8 has been fast enough, but apparently it does not have D / A converter.Using pulse width modulation and analog low-pass filter can be a D / A converter, but this is too slow, and can not be an immediate short-circuit protection through software.How to implement a high-speed D / A converter then?There are many ways to achieve D / A converters, but we need a high-speed, low-cost, easy connection with the micro-controller.The D / A is the famous "R-2R ladder."It is only by the resistance (two specifications, one value is twice the other) and the switch. This design has a high value product can be widely used in teaching, scientific research, with input voltage range, output stable tunable.ac Key words: Atmega8 AVR LCD Power Supply 目 录 第一章 前言................................................................................................................ 5 第二章 总体方案........................................................................................................ 2 2.1 系统设计方案论证及工作原理....................................................................... 2 2.2 系统总体框图................................................................................................... 3 第三章 硬件系统的设计.............................................................................................. 3 3.1 主控芯片 Atmega8 介绍 .................................................................................. 3 3.1.1 综述...................................................................................................... 3 3.1.2 ATmega8 的引脚图: ......................................................................... 4 3.1.3 ATmega8 引脚说明 ............................................................................ 4 3.2 电源电路原理................................................................................................ 6 3.2.1 基本设计方案...................................................................................... 6 3.2.2 R-2R 阶梯 D/A .................................................................................. 8 3.2.3 更详细的稳压电路设计...................................................................... 8 3.2.4 最终的电压调整电路.......................................................................... 9 3.2.5 ATmega8 D/A 转换电路 .................................................................. 10 3.2.6 电压采样电路.................................................................................... 12 第四章 软件系统的设计.......................................................................................... 14 4.1 主程序逻辑流程.......................................................................................... 14 第五章 PROTUES 仿真调试 .................................................................................... 15 第六章 硬件调试........................................................................................................ 16 6.1 程序烧写...................................................................................................... 16 6.2 实际测试电压值.......................................................................................... 16 结 论........................................................................................................................ 20 致 谢.......................................................................................................................... 22 参考文献: .................................................................................................................. 23 附录.............................................................................................................................. 24 1.主程序, 程序名:main.c .................................................................................... 24 2. 1602 液晶显示模块初始化程序, 程序名: lcd.c ........................................................... 41 第一章 前言 当今社会, 随着科技发展的日新月异, 特别是计算机技术突飞猛进的发展, 计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃, 同时计算机也越来越广泛的被应用到人们的生活、 工作领域的各个方面。 单片微型计算机以其体积小、 功能强、 速度快、 价格低等优点, 在数据处理和实时控制等应用中有着无与伦比的优越性, 可广泛地嵌入到如玩具、 家用电器、 机器人、 仪器仪表、 汽车电子系统、 工业控制单元、 办公自动化设备、 金融电子系统、 舰船、 个人信息终端及通讯产品中。 随着微控制技术(以软件代硬件的高性能控制技术) 的日益完善和发展, 单片机的应用必将导致传统控制技术发生巨大的变化。 单片微型计算机的应用广度和深度, 已经成为一个国家科技水平的一项重要标志。 在实际的生产过程中,往往需要精确的直流电源 ,并且易于控制电压幅度的增减 ,应用单片机设计就能够很方便地实现这个要求而且比普通的数字和模拟设计方案更为准确, 更易控制。 为了进一步加深对单片机及其接口的理解, 掌握一般的软硬件的设计方法, 巩固大学四年之所学, 也给自己一个实践锻炼的机会, 几个月以来, 全心投入本次毕业 南京林业大学本科毕业论文 - 2 - 设计—单片机控制的稳压直流电源。 本系统以 Atmega 8 单片机为控制核心, 用 1602液晶模块显示设定电压值电流值与实时输出值。 I、 基本要求: 输出电压: 0~25V 数显误差<=0. 1 负载电流<=3A 纹波有效值<=50mv II、 扩展要求: 调节功能为自动调节有效 纹波有效值<=20mV 调节电压步进为 0. 1 V 电流步进 0. 01A 可以进行人工步进置数总体方案 可以设定存储默认输出值 第二章 总体方案 2. 1 系统设计方案论证及工作原理 本设计题目是设计一个从 0~25V 变化的、 步进为 0. 1V、 0. 01A 的人性化、 高指标、 低成本的数控步进直流稳压电源。 设计的思路为: 在达到性能指标的前提之下,体现出人性化的思想, 同时选择低价位的通用元器件来设计制作电路。 在这当中, 电路应该是简单、 可靠、 稳定, 最重要的是有实用的价值, 容易在工业中实现。 针对以上的要求, 我们最终选择用单片机(Atmega8) 来作为控制部件, 采用人性化的按键来实现置数, 把置数的值经过单片机的处理, 通过单片机的 CCP1 端口与具有 PWM调节功能的运算放大器的电路相连、 CCP2 的端口与展波器、 可调稳压管和扩流器组成的电路相连来输出参考电压, 再用 A/D 转换器来对此时输出电压值进行采样比较并进行调整, 使得数显的值和所置的电压时时保持一致, 这样就保证了显示的值的真实性,且具有过流保护作用。 设计中应包括: 数字控制模块、 PWM 调节控制模块、 具有 D/A转换功能的 PWM 调节模块、 数显部分和辅助电源模块。 而完成这些部分的电路和芯片都很多, 合理的设计及选择设计电路则是完成设计的关键所在。 南京林业大学本科毕业论文 - 3 - 2. 2 系统总体框图 第三章 硬件系统的设计 3. 1 主控芯片 Atmega8 介绍 3. 1. 1 综述 ATmega8 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间, ATmega8 的数据吞吐率高达 1MIPS/MHz, 从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 图 2.2 系统总体框图 南京林业大学本科毕业论文 - 4 - 3. 1. 2 ATmega8 的引脚图: 3. 1. 3 ATmega8 引脚说明 VCC 数字电路的电源。 GND 地。 端口 B(PB7..PB0) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2 端口 B 为 8 位双向 I/O 口, 具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性, 可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时, 若内部上拉电阻使能, 端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中, 即使系统时钟还未起振, 端口 B 处于高阻状态。 通过时钟选择熔丝位的设置, PB6 图 3.1 ATmega8 引脚配置 南京林业大学本科毕业论文 - 5 - 可作为反向振荡放大器或时钟操作电路的输入端。 通过时钟选择熔丝位的设置 PB7 可作为反向振荡放大器的输出端。 若将片内标定 RC 振荡器作为芯片时钟源, 且 ASSR 寄存器的 AS2 位设 置 ,PB7..6 作 为 异 步 T/C2 的TOSC2..1 输入端。 端口 B 的其他功能见 P 55“ 端口 B 的第二功能 ” 及 P 22“ 系统时钟及时钟选项 ” 。 端口 C(PC5..PC0) 端口 C 为 7 位双向 I/O 口, 具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性, 可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时, 若内部上拉电阻使能, 端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中, 即使系统时钟还未起振, 端口 C 处于高阻状态。 PC6/RESET 若 RSTDISBL 熔丝位编程, PC6 作为 I/O 引脚使用。 注意 PC6 的电气特性与端口 C 的其他引脚不同。 若 RSTDISBL 熔丝位未编 程,PC6 作为复位输入引脚。 持续...