基于單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案

1 基于單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 方案 隨著新型電力電子器件和適于更高開(kāi)關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn)，傳統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，由于功率器件性能的限制使開(kāi)關(guān)電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù)，可使功率開(kāi)關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，為了提高開(kāi)關(guān)電源工作效率，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，十分必要。 1、幾種數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案比較 方案 1 : 采用模擬的分立元件，利用純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，通過(guò)電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)壓電源 穩(wěn)定輸出 5 V、 12 V、 15 V 并能可調(diào)輸出 0 30 圖 1所示。但由于模擬分立元件的分散性較大，各電阻電容之間的影響較大，因此所設(shè)計(jì)的指標(biāo)不高、不符合設(shè)計(jì)要求、且使用的器件較多、連接復(fù)雜、靈活性差、功耗也大，同時(shí)焊點(diǎn)和線(xiàn)路較多，使成品的穩(wěn)定性和精度受到影響。 圖 1 方案 1電路原理 方案 2 : 此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套雙計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，其中二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)過(guò) D /A 變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出步進(jìn)。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器通過(guò)譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示輸出電壓值，為了使系統(tǒng)工作正常，必須保證雙計(jì)數(shù)器同步工作。 圖 2 方案 2電路原理 方案 3 : 此方案不同于方案 1之處在于使用一套十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為 地址輸入，而由 輸出經(jīng) D /A 變換后控制誤差放大同步的問(wèn)題，但由于控制數(shù)據(jù)燒錄在 ，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性降低。 圖 3 方案 3電路原理 2 方案 4 : 此方案采 用 51系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使開(kāi)關(guān)控制電源輸出電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，經(jīng)過(guò) 接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò) D /A 轉(zhuǎn)換器 ( 出模擬量，再經(jīng)開(kāi)關(guān)電源控制電路，使得輸出電壓達(dá)到穩(wěn)壓的目的。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)恒壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過(guò)電流 /電壓轉(zhuǎn)變后 ,通過(guò) A /D 轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量 ,經(jīng)單片機(jī)分析處理，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。而且采用 制的開(kāi)關(guān)電源，該電源具有高集成度、高性?xún)r(jià)比、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能構(gòu)成高效率無(wú)工頻變壓器的隔離式開(kāi)關(guān)電源等優(yōu)點(diǎn)。而且在成本上與同等功率的線(xiàn)性穩(wěn)壓電源相當(dāng)，而電源效率顯著提高，體積和重量則大為減小。 圖 4 方案 4電路原理 2、 方案的比較與論證 ( 1)輸出模塊 方案 1：采用線(xiàn)性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加 /減少，這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出地影響 ，此輸出只能是用萬(wàn)用表量出。而方案 2、方案 3中使用運(yùn)算放大器做前級(jí)的運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以減少輸出端的紋波電壓。在方案 1中，為抑制紋波而在線(xiàn)性調(diào)壓電源輸出端并聯(lián)的大電容降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這樣輸出的電壓難以跟蹤快變的輸入，方案 4中的輸出電壓波形與 D /A 變換輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出，使系統(tǒng)有一定驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)源。 ( 2)數(shù)控模塊 方案 1利用純硬件來(lái)控制電壓的輸出，其中最基本的電路原理 分析，需要計(jì)算負(fù)載的大小，穩(wěn)壓管的選擇有關(guān)，方案 2、方案 3中采用中、小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成電路內(nèi)部接口信號(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差，如方案 1中的雙計(jì)數(shù)器一旦出現(xiàn)計(jì)數(shù)不同步時(shí)，會(huì)導(dǎo)致顯示電壓與輸出電壓不一致。在方案 4 中采用 時(shí) ,于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。 圖 5 方案 5數(shù)控模塊 3 ( 3)控制模塊 在該系統(tǒng)中，采用具有 D /A 轉(zhuǎn)換功能的 節(jié)電路、斬波電路、闊流器和可調(diào)穩(wěn)壓管 ( 控制輸出參考電壓，在利用 A /D 轉(zhuǎn)換采樣，使輸出更準(zhǔn)確，且紋波小，電流亦可擴(kuò)展，容易保護(hù)電路。 ( 4)顯示模塊 方案 2、方案 3中的顯示輸出地對(duì)電壓的量化值直接進(jìn)行譯碼顯示輸出，顯示值為 D /A 變換的輸入量，由于 D /A 變換與功率驅(qū)動(dòng)電路引入的誤差，顯示值與電源實(shí)際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差。方案 4中采用 A /D 轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)對(duì)輸出電壓的采樣，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的分析處理，通過(guò)數(shù)據(jù)的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，這樣使得顯示值與實(shí)際輸出之間的偏差減為最小。方案 4采用 4位數(shù)字電壓表直接對(duì)輸出電壓采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過(guò)大，用戶(hù)可以根據(jù)該信息予以處理，還采用了鍵盤(pán) /顯示器的查詢(xún)時(shí)間，提高了 利用率。 3、結(jié)束語(yǔ) 如前所述，雖然方案 3比前兩者有許多優(yōu)點(diǎn)，但方案 1、方案 2對(duì)于完成設(shè)計(jì)要求并非不可行，而且在某些方面還具有優(yōu) 勢(shì)，之所以采用方案 4 ，一個(gè)很重要的考慮是系統(tǒng)使用了單片機(jī)，使得進(jìn)一步的功能擴(kuò)展較為方便。 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 【摘要摘要摘要摘要】本本本本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)以直流電壓源為核心以直流電壓源為核心以直流電壓源為核心以直流電壓源為核心，片機(jī)為主控制器單片機(jī)為主控制器單片機(jī)為主控制器單片機(jī)為主控制器，單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心。它通過(guò)軟它通過(guò)軟它通過(guò)軟它通過(guò) 軟件的運(yùn)行來(lái)控制整個(gè)儀器的工作件的運(yùn)行來(lái)控制整個(gè)儀器的工作件的運(yùn)行來(lái)控制整個(gè)儀器的工作件的運(yùn)行來(lái)控制整個(gè)儀器的工作，從而完成設(shè)定的功從而完成設(shè)定的功從而完成設(shè)定的功從而完成設(shè)定 4 的功能能能能。通過(guò)通過(guò)通過(guò)通過(guò)數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電壓鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電壓鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電壓鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電壓，輸出電壓范圍為輸出電壓范圍為輸出電壓范圍為輸出電壓范圍為 0000，最大電流為最大電流為最大電流為最大電流為 303030300000，并可由液晶屏并可由液晶屏并可由液晶屏并可由液晶屏 顯顯顯示實(shí)際輸出電壓值示實(shí)際輸出電壓值示實(shí)際輸出電壓值示實(shí)際輸出電壓值。本本本本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（ ）輸出模擬量輸出模擬量輸出模擬量輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器 離放大隔離放大隔離 放大隔離放大 ,最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓。實(shí)際測(cè)試實(shí)際測(cè)試實(shí)際測(cè)試實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明結(jié)果表明結(jié)果表明結(jié)果表明，本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒壓源的領(lǐng)域壓源的領(lǐng)域壓源的領(lǐng)域壓源的領(lǐng)域。 【關(guān)鍵字關(guān)鍵字關(guān)鍵字關(guān)鍵字】直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源；單片機(jī)單片 機(jī)單片機(jī)單片機(jī)；數(shù)控?cái)?shù)控?cái)?shù)控?cái)?shù)控； 題背景 電源技術(shù)特別是穩(wěn)壓電源技術(shù)在工程技術(shù)方面使用性很強(qiáng)，在各個(gè)行業(yè)里得到了廣泛的應(yīng)用。直流穩(wěn)壓電源的電路形式有很多種 ,有串聯(lián)型、開(kāi)關(guān)型、集成電路、穩(wěn)壓管直流穩(wěn)壓電源等等。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分是線(xiàn)性電源，利用分立元件組成，體積大，效率低，可靠性差，操作使用不便，自我保護(hù)功能不完善，故障率高（長(zhǎng)期工作在大電流和大電壓下 ,電子元器件很容易損壞）但在直流穩(wěn)壓電源中，通過(guò)整流、濾波電路所獲得的直流電源的電壓往往是不穩(wěn)定的 1。當(dāng)在外在電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化的時(shí)侯也會(huì)使輸出電壓有所改變。供給電子設(shè)備的電壓源的不穩(wěn)定 ,會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生很多問(wèn)題。所以，設(shè)計(jì)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的直流穩(wěn)壓電源，才能滿(mǎn)足各種電子線(xiàn)路的要求。數(shù)控電源是從 80 年代才真正的發(fā)展起來(lái)的，系統(tǒng)的一些電力電子理論基礎(chǔ)在那期間剛剛建立。這些理論的研究為其后來(lái)電源的發(fā)展提供了一個(gè)較好的基礎(chǔ)。在以后的電力電子發(fā)展中，數(shù)控電源技術(shù)的發(fā)展得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。不過(guò)其產(chǎn)品存在數(shù)控程度要求達(dá)不到、分辨率不夠高、功率密度低、可靠性比較差等缺點(diǎn)。因此穩(wěn)壓電源以后主要的主要發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn) 不斷的進(jìn)行改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類(lèi)型專(zhuān)用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到 90 年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到 數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸 50W 的數(shù)控電源 2。 論文的主要設(shè)計(jì)思想 目前，市場(chǎng)上各種直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同，都包括交流電源、交流變壓器、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等 3。本設(shè)計(jì)將單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源的方法和原理，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓電源的數(shù)控調(diào)節(jié)。 從組成上，本設(shè)計(jì)硬 件電路主要由單片機(jī)、變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓輸出電路、 D/A 轉(zhuǎn)換電路、顯示電路等組成。利用 D/ A 轉(zhuǎn)換器的高分辨率和單片機(jī)的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)控電源更顯示出其優(yōu)越性。數(shù)控電源既能方便輸入，具有較高精度和穩(wěn)定性，而且在 以任意設(shè)定輸出電壓，所有功能由面板上的鍵盤(pán)控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，給電路實(shí)驗(yàn)帶來(lái)極大的方便 ,提高了工作效率。 控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)研究的意義 基于單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，與傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源相比，具有新穎性、獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性。它不僅能作為常規(guī)的電子產(chǎn)品和科研實(shí)驗(yàn)電源用 ，而且可以通過(guò)軟件編程的方法使穩(wěn)壓電源產(chǎn)生連續(xù)變化的輸出電壓，具有很高的性?xún)r(jià)比 4。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)： 現(xiàn)出電源模塊的高程度智能化，更加完美性能。 制比較 5 靈活，只需修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線(xiàn)路。 3. 提高控制系統(tǒng)的可靠性，更容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對(duì)不同的系統(tǒng) (或不同型號(hào)的產(chǎn)品 )，采用相同的控制板，而只需對(duì)軟件控制部分做一些調(diào)整便可。 本低廉，方便量產(chǎn)。 制方案比較 方案一 :采用各類(lèi)數(shù)字電路來(lái)組成鍵盤(pán)控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)處理，如選用 可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)處理比較困難。 方案二：采用 片機(jī)作為這個(gè)系統(tǒng)的控制單元，可以通過(guò) 電壓調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，可以將輸出電壓經(jīng)過(guò) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及送 示。顯示的電壓值便是輸出的電 壓大小。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電壓的大小控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿(mǎn)足題目的要求。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案一采用中、小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，也便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展 5。 壓輸出方案比較 方案一 :采用線(xiàn)性調(diào)壓電源 以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少， 這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響。 方案二 :使用 運(yùn)算放大器對(duì)電壓的比較放大 由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋波電壓。在方案一中輸出的電壓很難跟蹤電壓的快速變化，而方案二中的輸出電壓波形與 輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成產(chǎn)生波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形，使系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)源有一定的驅(qū)動(dòng)能力。 示部分比較 方案一 :使用數(shù)碼管顯示 使用多位數(shù)碼管顯示，顯示不靈活。 方案二 :使用 晶顯示 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。本方案采用 具有兩行顯示，每行顯示 16 個(gè)字符，采用單 +5V 供電，外圍電路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性?xún)r(jià)比。而數(shù)碼管雖然便宜，但顯示單調(diào)。占用過(guò)多的 I/O。 體方案框圖 系統(tǒng)總體方案框圖如圖 2示。 圖 2系統(tǒng)總體方案框圖 制方案比較 方案一 :采用各類(lèi)數(shù)字電路來(lái)組成鍵盤(pán)控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)處理，如選用 可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)處理比較困難。 方案二：采用 片機(jī)作為這個(gè)系統(tǒng)的控制單元 ，可以通過(guò) 電壓調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，可以將輸出電壓經(jīng)過(guò) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及送 示。顯示的電壓值便是輸出的電壓大小。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電壓的大小控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿(mǎn)足題目的要求。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案一采用中、小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口 信號(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，也便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展 5。 壓輸出方案比較 方案一 :采用線(xiàn)性調(diào)壓電源 以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少， 這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響。 方案二 :使用運(yùn)算放大器對(duì)電壓的比較放大 由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可 6 以大大減小輸出端的紋波電壓。在方案一中輸出的電壓很難跟蹤電壓的快速變化，而方案二中的輸出電壓波形與 輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成產(chǎn)生 波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形，使系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)源有一定的驅(qū)動(dòng)能力。 示部分比較 方案一 :使用數(shù)碼管顯示 使用多位數(shù)碼管顯示，顯示不靈活。 方案二 :使用 晶顯示 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。本方案采用 具有兩行顯示，每行顯示 16 個(gè)字符，采用單 +5V 供電，外圍電路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性?xún)r(jià)比。而數(shù)碼管雖然便宜，但顯示單調(diào)。占用過(guò)多的 I/O。 體方案框圖 系統(tǒng)總體方案框圖如圖 2示。 圖 2系統(tǒng)總體方案框圖 具有語(yǔ)音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng) 文章來(lái)源：凌陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃網(wǎng)站 作者：凌陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃網(wǎng)站 發(fā)布時(shí)間： 2003:30:35 摘要 關(guān)鍵詞： 片機(jī) 本系統(tǒng)采用凌陽(yáng)十六位單片機(jī) 現(xiàn)溫度控制，溫度信號(hào)由 過(guò) 法實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐功率和水溫控制。同時(shí)，具有溫度數(shù)字語(yǔ)音播報(bào)和顯示。 片機(jī)概述 繼 m之后凌陽(yáng)科技推出的又一個(gè) 16位結(jié)構(gòu)的微 7 控制器。目前有兩種封裝形式： 84引腳的 0引腳的 要性能如下： 16位 m處理器； 工作電壓： )； 鐘： 32768 內(nèi)置 2K 字 置 32K 可編程音頻處理； 32位通用可編程輸入 /輸出端口； 32768相環(huán) 蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； 2個(gè) 16位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù) 值 )； 2個(gè) 10位 輸出通道； 7通道 10位電壓模 單通道語(yǔ)音模 聲音模 能； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài) )耗電小于 2 14個(gè)中斷源：定時(shí)器 A / B， 2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，時(shí)基，鍵喚醒等； 具備觸鍵喚醒的功能； 使用凌陽(yáng)音頻編碼 /秒 )，能容納 210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)； 8 具備異步、同步串行設(shè)備接口； 具有低電壓復(fù)位 (能和低 電壓監(jiān)測(cè) (能； 內(nèi)置在線(xiàn)仿真電路接口 具有保密能力； 具有 能（由具體型號(hào)決定） 一、方案設(shè)計(jì)與論證 本題目是設(shè)計(jì)一個(gè)水溫控制系統(tǒng)，對(duì)象為 1升凈水，加熱器為 1千瓦電熱爐。要求能在 40攝氏度至 90攝氏度范圍內(nèi)設(shè)定控制水溫，靜態(tài)控制精度為 具有較好的快速性與較小的超調(diào)，以及十進(jìn)制數(shù)碼管顯示、溫度曲線(xiàn)打印、語(yǔ)音播報(bào)溫度等功能。 測(cè)量部分 方案一： 采用熱敏電阻，可滿(mǎn)足 40攝氏度至 90攝氏度測(cè)量 范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)小于 1攝氏度的信號(hào)是不適用的。 方案二： 采用溫度傳感器鉑電阻 熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線(xiàn)性較好。在 0100攝氏度時(shí)，最大非線(xiàn)性偏差小于 氏度。鉑熱電阻與溫度關(guān)系是， +t*t);其中 溫度為 t 攝氏度時(shí)的電阻； 攝氏度時(shí)的電阻； t 為任意溫度值， A,B 為溫度系數(shù)。 驅(qū)動(dòng)控制部分 方案一： 此方案采用 89片機(jī)軟件編程自 由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。但是 89果系統(tǒng)增加語(yǔ)音播放功能，還需外接語(yǔ)音芯片，對(duì)外圍電路來(lái)說(shuō)，比較復(fù)雜，且軟件實(shí)現(xiàn)也較麻煩。另外， 51單片機(jī)需要用仿真器來(lái)實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。 方案二 : 此方案采用 片機(jī)實(shí)現(xiàn)，此單片機(jī)內(nèi)置 8路 路 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，配有很多語(yǔ)音播放函數(shù)，用 現(xiàn)語(yǔ)音播放極為方便。另外，比較方便的是該芯片內(nèi)置在線(xiàn)仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與調(diào)試。 二、 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 路方框圖及說(shuō)明 10 語(yǔ)音播放： 語(yǔ)音播放水溫設(shè)置溫度，并播報(bào)整數(shù)溫度變化。 鍵盤(pán)設(shè)定： 用于溫度設(shè)定。共三個(gè)按鍵。 置溫度的十位數(shù)； 0置溫度的個(gè)位數(shù)； 0度設(shè)置確認(rèn)；并語(yǔ)音播報(bào) ./溫度重新設(shè)置。 系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按 十位的數(shù)碼管順序增加。同樣 如 此。按 統(tǒng)開(kāi)始測(cè)溫，開(kāi)關(guān)電爐。并語(yǔ)音播報(bào)變化的整數(shù)值溫度。 數(shù)據(jù)采樣： 將電壓信號(hào)經(jīng) 換后，換算成溫度值，用于播報(bào)和顯示。 數(shù)據(jù)顯示： 采用三位八段數(shù)碼管顯示，設(shè)置溫度與測(cè)量溫度，顯示小數(shù)點(diǎn)后 1位數(shù)字。 11 串行口傳輸： 將采樣溫度值，上傳至 ，描繪曲線(xiàn)并打印。 繼電器 /熱電爐： 通過(guò)三極管控制繼電器的開(kāi)關(guān)來(lái)完成對(duì)熱電爐的功率控制。 部分電路設(shè)計(jì) 1、 系統(tǒng)采用 片作為核心部件， 路 路的 2個(gè) ，內(nèi)置 32K 字閃存和 2K 字的靜態(tài)存儲(chǔ)器。用來(lái)實(shí)現(xiàn)水溫控制資源足夠使用。 12 13 2、鍵盤(pán)設(shè)置電路 3、數(shù)碼顯示電路 外接三位數(shù)碼管，通過(guò)三極管控制 選。 14 4、音頻輸出電路 15 通過(guò) 動(dòng)喇叭。完成語(yǔ)音播放。 5、熱電爐控制電路 通過(guò)三極管控制繼電器的開(kāi)關(guān)。 6、測(cè)溫部分電路 16 溫度傳感器使用 阻，運(yùn)放采用 為 阻在 0攝氏度時(shí)，阻值為 1千歐姆，在 100攝氏度時(shí)，阻值為 1380歐姆，則表示阻值變換從 0380歐姆， 采用差動(dòng)運(yùn)放，通過(guò)可調(diào)分壓電阻可以滿(mǎn)足零點(diǎn)調(diào)節(jié)。因?yàn)?阻中電流基本為 12 阻電壓就在 0380動(dòng)。因此采用 10倍電壓放大?；緷M(mǎn)足 17 6、串行通訊部分電路 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求控制系統(tǒng)能同 機(jī)通信，已利用 形處理能力打印顯示溫度曲線(xiàn)。由于 行口為 平， 行口為 用一片 信速率為 9600波特率。數(shù)據(jù) 5秒傳輸一次。 三、軟件設(shè)計(jì) 18 制算法介紹 圖 法有兩種： 直接計(jì)算法就是當(dāng)前需要的控制量。 公式： e(t) + e(t) + e(t) e(;增量計(jì)算法就是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)算法的相鄰兩次運(yùn)算之差，得到的結(jié)果是增量，也就是說(shuō)在上一次的控制量的基礎(chǔ)上需要增加的控制量。 公式： = e(t) e(+ Ki e(t) + Kd(e(t) 2*e(+ e(;基本偏差 :e(t) 表示當(dāng)前測(cè)量值與設(shè)定目標(biāo)之差，設(shè)定目標(biāo)是被減數(shù)，結(jié)果可以是正或負(fù)，正數(shù)表示還沒(méi)有達(dá)到，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過(guò)了設(shè)定值。這是面向比例項(xiàng)用的變動(dòng)數(shù)據(jù)。累計(jì)偏差： e(t)= e(t) + e(+ e(.+e(1), 這是我們每一次測(cè)量到的偏差值的總和，這是代數(shù)和，考慮到正負(fù)符號(hào)的運(yùn)算，這是面向積分項(xiàng)用的變動(dòng)數(shù)據(jù)。基本偏差的相對(duì) 偏差： e(t) e(用本次的基本偏差減去上一次的基本