智能控制設計大賽數控直流穩壓電源數控直流穩壓電源摘要本系統以Amega16單片機為核心，由D/A數字模擬轉換模塊、按鍵、LED串口顯示模塊等模塊組成一個數控電源。該系統實現了，輸出電壓3-13V可調，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+0.05mv或-0.05mv。還有一些按鍵用以實現電平快速切換，使能夠在常用電平之間實現快速跳躍。輸入模塊的按鍵按下之后，對單片機就有了一個輸入，單片機將輸入的數字一方面給顯示模塊，讓它們在數碼管中顯示出來；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，這電壓經過放大后控制LM317的控制端，從而實現輸出電壓的控制。關鍵字：Amega16單片機、數控電源、LM317、AD7226、三端穩壓管數控直流穩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穩壓電源。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；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連續可調；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。引言數字化智能電源模塊是針對傳統智能電源模塊的不足提出的，數字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人為參與的環節數，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性。電源采用數字控制，具有以下明顯優點: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)控制系統的可靠性提高，易于標準化，可以針對不同的系統(或不同型號的產品)，采用統一的控制板，而只是對控制軟件做一些調整即可。4)系統維護方便，一旦出現故障，可以很方便地通過RS232接口或RS485接口或USB接口進行調試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診斷，軟件修復，甚至控制參數的在線修改、調試;也可以通過MODEM遠程操作。5)系統的一致性好，成本低，生產制造方便。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，生產成本下降。6)易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯運行系統。為了得到高性能的并聯運行逆變電源系統，每個并聯運行的逆變電源單元模塊都采用全數字化控制，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復雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實現高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯運行系統。方案論證與比較分析題意，根據設計要求，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可調占空比波形輸出。方案二：采用Amega16單片機作為主控芯片。優點：AVR是51的升級版。Amega16單片機功能強、高速度是其主要的優點，內部集成了較多的中斷源和定時器資源及EEPROM的優點，多種模式的PWM波形輸出，很好地滿足了本系統設計的要求。缺點：價格較AT89S52單片機高。考慮到以上兩種方案的優缺點，因本系統對單片機內部硬件資源的要求比較高，而且我們有現成的Amega16開發板，所以不存在成本的問題。顯示部分：方案一：采用普通數碼管顯示，優點：價格便宜，而且可以用單片機內部的數碼管顯示，政績電路比較清晰方案二：采用LCD1602液晶顯示，優點：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，單片機自帶的數碼管就已經夠用，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。可調穩壓芯片三端可調穩壓芯片有多種，其中最常見的有LM317、LM337、LM318、LM196等幾種，LM317用于正電壓調整，LM337用于負電壓調整。本系統的輸出電壓范圍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，再根據成本和現有材料，我選擇了LM317T三端可調穩壓芯片。D/A數字模擬轉換模塊方案一：采用MX7541是高速高精度12位數字/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據的獲得和控制。方案二：采用AD7226，AD7226是一種常用的8位的數字/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.系統具體設計及實現系統總框圖圖一所示的即為系統總體結構本數控電源以Amega16為核心，輔以AD7226，LM317等芯片，較好的實現電壓信號的數字化輸出、鍵盤模塊（4*4鍵盤）在本系統中，針對用戶調整各項參數時的需要，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的是3—13V可調，步進值為0.05mv，所以一般的8位的D/A轉化模塊已經夠用，根據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的主要功能是，鍵盤對單片機輸入數據，單片機按照事先設置好的程序對數據進行處理后，將數據發送給D/A轉換模塊進行處理后的信號通過穩壓直流源部分輸出，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中間的數據放到程序寄存器中即放到flash中**////**以免占用內存即sram的空間**//#pragmadata:codeconstunsignedchartable[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,//數字字模0x01};//小數點位#pragmadata:data//************************************************************************//voiddelay_ms(unsignedintt)//毫秒級延時函數{while(t--){delay_us(1000);//執行時間大約1ms}}voiddelay_us(unsignedintt)//微秒級延時函數{while(t--){//執行一周大約1usasm("nop");//嵌入匯編，表示"空操作"，asm("nop");//不執行任何指令，消耗時間，asm("nop");//起到延時的作用asm("nop");asm("nop");asm("nop");asm("nop");}}//系統初始化voidSystem_Init(){IO_DDR=0xff;}//顯示函數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位數據，恰好驅動數碼管{if(table[num]&(1<<temp))//num對應字模，temp對應第temp位SER_H;//根據字模的1置位數據端elseSER_L;//字模的0置零數據端SCK_H;SCK_L;//高電平脈沖，上升沿數據移入}RCK_H;RCK_L;//高電平脈沖，數據輸出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，這里根據要求適當選擇，也可以在此進行長按判斷}}}//主函數unsignedintad=100;voidmain(){unsignedinti=0;System_Init();//系統初始化函數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的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現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控系統的研究基于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走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統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單片機系統軟件構件開發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儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統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基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統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據采集系統基于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控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于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協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于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測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據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基于AT89S52單片機的通用數據采集系統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基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網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設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于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研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現單片機監測系統在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現與應用單片機在高樓恒壓供水系統中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發基于MSP430單片機的遠程抄表系統及智能網絡水表的設計基于MSP430單片機具有數據存儲與回放