数控电压源硬件课程设计Word文件下载.docx

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2012.04.01

第二周

按照原理图焊接电路板，学习单片机对各模块的编程驱动方法以及掌握利用Keil进行编程，学习单片机对各模块功能程序的调试和整合。

2012.04.02

2012.04.08

第三周

硬件下载并调试程序实现数控数控电压源基本功能。

完成并提交硬件设计作品及硬件课程设计说明书，课程设计答辩。

2012.04.09

2012.04.13

四、指导教师评语及学生成绩

指导教师评语:

年月日

成绩

指导教师（签字）:

绪论

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。

电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。

当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。

随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。

随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。

电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。

只有满足产品标准，才能够进入市场。

随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。

数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。

这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。

在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。

但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。

因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。

单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。

新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。

从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。

目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦

数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

电源采用数字控制，具有以下明显优点:

（1）易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。

（2）控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。

（3）控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统（或不同型号的产品），采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。

（4）系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;

也可以通过MODEM远程操作。

（5）系统的一致性好，成本低，生产制造方便。

由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。

由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。

（6）易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。

为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制。

目录

课程设计任务书I

第1章专业综合设计的目的1

1.1系统概述：

1

1.2数控电压源内容：

1.3软件的设计主要完成三方面的功能：

1.4数控电压源实现功能1

第2章数控电压源具体实现2

2.1数控电压源需求分析2

2.2总体设计方案2

2.3主程序流程图3

2.4部分程序流程图4

2.5电路组成及工作原理图5

2.6数控电压源元器件清单6

2.6.1C8051F4106

2.6.2RT12232F7

2.6.312位模/数转换器8

2.6.412位电流输出DAC8

第3章数控电压源实现代码8

第4章制作与调试15

4.1硬件电路的布线与焊接15

4.2电路组装和调试16

第5章总结16

参考文献17

第1章专业综合设计的目的

1.1系统概述

目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦数字化电源模块是针对传统电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

1.2数控电压源内容

设计一台微机控制的数控直流电压源，为电子设备供电。

在设计过程中，选择1～2个单元电路使用仿真软件（例如Multisim2001等）进行仿真调试。

用计算机绘制所有的电路图和印刷电路图

1.3软件的设计主要完成三方面的功能

（1）KEY1,KEY2键分别控制电压的增大与减小

（2）把设置的电压送到DA，主要是对DA的操作。

（3）中断显示，把设置的电压显示到LED数码管上。

1.4数控电压源实现功能

按键实现电压改变，以实现输出电压的目的。

第2章数控电压源具体实现

2.1数控电压源需求分析

设计题目

数控电压源的设计

设计内容

设计一个数控电压源，有两个按键，分别实现电压的增加与减少，并同时用液晶显示屏显示输出，电压的显示范围为0-30V，按键每次按下，电压改变1V。

实现组件和工具

Multisim2010、Keil

合作人分配

赵筱晓、赵日春、举营、胡志瑶

2.2总体设计方案

方案一：

此方案采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套十进制计数器完成系统的控制功能，一方面完成电压的译码显示，另一方面其输出作为EPROM的地址输入，而由EPROM的输出经D/A变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。

方案二：

采用51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。

为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以经过AD进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。

采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用51系列单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达0.1V，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。

利用单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。

单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。

方案的比较与论证：

数控部分：

方案一采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。

在方案二中采用单片机完成整个数控部分的功能，同时，8051作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。

输出部分：

方案一采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出不仅增加/减少，这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响，而方案二中使用运算放大器作前级的运算放大器，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以大大减小输出端的纹波电压。

在方案一中。

为抑制纹波而在线性调压电源输出端并联的大电容降低了系统的响应速度，这样输出的电压难以跟踪快变的输入，方案二中的输出电压波形与D/A变换输出波形相同，不尽可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出，使系统陈给有一定驱动能力的信号源。

2.3主程序流程图

N

Y

图2-1主程序流程图

2.4部分程序流程图

图2-2部分程序流程图

2.5电路组成及工作原理图

图2-3电路组成及工作原理

2.6数控电压源元器件清单

2.6.1C8051F410

图2-4C8051f410（顶视）引脚图

C8051F410器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。

下面列出了一些主要特性：

高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核（可达50MIPS）

（1）全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）

（2）真12位200ksps的24通道ADC，带模拟多路器

（3）两个12位电流输出DAC

（4）高精度可编程的24.5MHz内部振荡器

（5）达32KB的片内FLASH存储器

（6）2304字节片内RAM

（7）硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口

（8）4个通用的16位定时器

（9）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）

（10）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

（11）硬件CRC引擎

（12）片内上电复位、VDD监视器和温度传感器

（13）片内电压比较器

（14）多达24个端口I/O

具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F41x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，可用于非易失性数据存储，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所有外设以节省功耗。

片内SiliconLabs二线（C2）开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入（不占用片内资源）、全速、在系统调试。

调试逻辑支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。

在使用C2进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。

两个C2接口引脚可以与用户功能共享，使在系统调试功能不占用封装引脚。

每种器件都可在工业温度范围（-40℃到+85℃）内用2.0V~2.75V的电压工作（使用片内稳压器时电源电压可达5.25V）。

C8051F41x有28脚QFN（也称为MLP或MLF）和32脚LQFP两种封装。

2.6.2RT12232F

图2-5RT12232F

12232F是一种内置8192个16*16点汉字库和128个16*8点ASCII字符集图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及128×

32全点阵液晶显示器组成。

可完成图形显示,也可以显示7.5×

2个（16×

16点阵）汉字.与外部CPU接口采用并行或串行方式控制。

主要技术参数和性能:

（1）电源:

VDD:

+3.0∽+5.5V。

（电源低于4.0伏LED背光需另外供电）

（2）显示内容:

122（列）×

32（行）点。

（3）全屏幕点阵。

（4）2MROM（CGROM）总共提供8192个汉字（16×

16点阵）。

（5）16KROM（HCGROM）总共提供128个字符（16×

8点阵）。

（6）2MHZ频率。

2.6.312位模/数转换器

C8051F410器件内部有一个12位SARADC和一个27通道单端输入多路选择器，该ADC的最大转换速率为200ksps。

ADC系统包含一个可编程的模拟多路选择器，用于选择ADC的输入。

端口0~2可以作为ADC的输入；

另外，片内温度传感器的输出和电源电压（VDD）也可以作为ADC的输入。

用户固件可以将ADC置于关断状态或使用突发模式以节省功耗。

A/D转换可以有4种启动方式：

软件命令、定时器2溢出、定时器3溢出和外部转换启动信号。

这种灵活性允许用软件事件、周期性（定时器溢出）信号或外部硬件信号触发转换。

在完成1、4、8或16次采样并由硬件累加器完成累加后，一个状态位指示转换完成并产生中断（如果被允许）。

转换结束后，结果数据字被锁存到ADC数据寄存器中。

当系统时钟频率很低时，突发模式允许ADC0自动从低功耗停机状态被唤醒，采集和累加样水停机状态，不需要CPU干预。

窗口比较寄存器可被配置为当ADC数据位于一个规定的范围之内或之外时向控制器申请中断。

ADC可以用后台方式连续监视一个关键电压，当转换数据位于规定的范围之内/外时才向控制器申请中断。

2.6.412位电流输出DAC

C8051F410内部有两个12位电流方式数/模转换器（IDAC）。

IDAC的最大输出电流可以有4种不同的设置：

0.25mA、0.5mA、1mA和2mA。

IDAC具有灵活的输出更新机制，允许无缝满度变化，支持无抖动波形更新。

两个IDAC输出可以汇合到一个端口I/O引脚，以提高满度电流输出或提高分辨率。

IDAC有三种更新方式：

要求时更新、定时器溢出更新和与外部信号同步更新。

（1）端口输入/输出

C8051F410器件最多有24个I/O引脚，端口引脚被组织为三个8位端口。

端口的工作情况与标准8051相似，但有一些改进。

每个端口引脚都可以被配置为数字或模拟I/O引脚。

被选择作为数字I/O的引脚还可以被配置为推挽或漏极开路输出。

在标准8051中固定的被单独或总体禁止，以降低功耗。

数字交叉开关允许将内部数字系统资源映射到端口I/O引脚。

可通过设置交叉开关控制寄存器将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断以及其它数字信号配置为出现在端口I/O引脚。

这一特性允许用户根据自己的特定应用选择所需通用端口I/O、数字资源和模拟资源的组合。

（2）串行端口

C8051F410系列MCU内部有一个SMBus/IC接口、一个具有增强型波特率配置的全双工UART和一个增强型SPI接口。

每种串行总线都完全用硬件实现，都能向CIP-51产生中断，因此需要很少的CPU干预。

（3）稳压器

C8051F410器件内部包含一个低降落稳压器（REG0）。

输入到REG0的VREGI引脚的电压可以高达5.25V。

稳压器的输出可以用软件选择为2.0V或2.5V。

第3章数控电压源实现代码

#include<

intrins.h>

#include"

C8051F410.h"

unsignedintv=100;

/////////////////////////////////////

//GeneratedInitializationFile//

//Peripheralspecificinitializationfunctions,

//CalledfromtheInit_Device（）function

voidPCA_Init（）

{

PCA0MD&

=~0x40;

PCA0MD=0x00;

}

voidDAC_Init（）

IDA0CN=0xF7;

voidPort_IO_Init（）

//P0.0-Unassigned,Open-Drain,Analog

//P0.1-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P0.2-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P0.3-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P0.4-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P0.5-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P0.6-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P0.7-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P1.0-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P1.1-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P1.2-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P1.3-Unassigned,Push-Pull,Digital

//P1.4-Unassigned,Push-Pull,Digital

//P1.5-Unassigned,Push-Pull,Digital

//P1.6-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P1.7-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P2.0-Unassigned,Push-Pull,Digital

//P2.1-Unassigned,Push-Pull,Digital

//P2.2-Unassigned,Push-Pull,Digital

//P2.3-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P2.4-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P2.5-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P2.6-Unassigned,Open-Drain,Digital

//P2.7-Unassigned,Open-Drain,Digital

P0MDIN=0xFE;

P1MDOUT=0x38;

P2MDOUT=0x07;

XBR1=0x40;

//Initializationfunctionfordevice,

//CallInit_Device（）fromyourmainprogram

voidInit_Device（void）

PCA_Init（）;

DAC_Init（）;

Port_IO_Init（）;

/*液晶硬件接口定义*/

sbitRT12232F_SCLK=P1^3;

sbitRT12232F_SDAT=P1^4;

sbitRT12232F_CS=P1^5;

sbitqf1=P2^0;

sbitqf2=P2^1;

sbitqf3=P2^2;

sbitkey1=P1^6;

sbitkey2=P1^7;

/*延时程序*/

voidRT12232F_Delay（unsignedcharfirger）

while（firger>

0）

firger--;

/*给液晶写入8位数据*/

voidRT12232F_Input（unsignedcharx）

unsignedchari;

for（i=8;

i>

0;

i--）

RT12232F_SCLK=1;

//CLK=1时SDAT上数据，下降沿锁存数据

RT12232F_SDAT=（bit）（x&

0x80）;

RT12232F_SCLK=0;

x=x<

<

1;

/*给液晶写命令函数*/

voidRT12232F_WriteCom（unsignedcharx）

RT12232F_CS=0;

//RT12232F_CS=0

//CLK=0

RT12232F_Delay（10）;

RT12232F_CS=1;

//RT12232F_CS=1

RT12232F_Input（0xf8）;

RT12232F_Input（x&

0xf0）;

RT12232F_Input（x<

4）;

/*给液晶写数据函数*/

voidRT12232F_WriteDat（unsignedcharx）

RT12232F_Input（0xfa）;

/***************************************************************************/

voidRT12232FWrite（unsignedcharx,unsignedchar*str）//液晶写入字符函数需要地址和字符串两个参数

unsignedchari=0,j=0;

while（str[i]!

=0）

RT12232F_WriteCom（x+j）;

RT12232F_WriteDat（str[i]）;

RT12232F_WriteDat（str[i+1]）;

j++;

i=i+2;

/*BCD变量显示函数*/

voidRT12232FWrite1（unsignedcharx,unsign