路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)設計畢業(yè)論文.doc

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1、本科畢業(yè)論文（設計）論文（設計）題目：路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)設計 學 院： 專 業(yè)：電子信息科學技術 班 級：081 學 號： 學生姓名： 指導教師： 2012年 5 月 27 日 第 V 頁 目錄摘要IVAbstractV概述1國內外研究狀況2論文的總體結構3第一章 系統(tǒng)描述41.1 系統(tǒng)總設計方案及論證4第二章 系統(tǒng)設計硬件方案對比和選擇62.1 單片機62.1.1 AT89C51單片機62.1.2 STC89C52單片機62.2 三端可調穩(wěn)壓器72.2.1 三端正電源穩(wěn)壓電路780572.2.2 三端穩(wěn)壓器LM31772.3數模轉換芯片82.3.1 數模轉換芯片TLC562082.3.2 數模轉換

2、芯片DAC083282.4 模數轉換芯片102.4.1 模數轉換芯片TLC548102.4.2 模數轉換芯片ADC0832102.5 運算放大器112.5.1運算放大器OP07112.6顯示器件122.6.1 LED顯示122.6.2 LCD顯示122.7 本章小結13第三章 系統(tǒng)硬件電路及說明153.1 單片機控制模塊153.2 穩(wěn)壓控制模塊153.3 電壓與電流采樣模塊173.3.1電壓采樣電路183.3.2電流采樣電路183.4 顯示模塊193.5 鍵盤模塊203.6 光信號采集模塊203.7 繼電器驅動模塊21第四章 系統(tǒng)的軟件設計234.1 主程序模塊234.2 電壓反饋比較子程序模

3、塊234.3 按鍵掃描子程序模塊25第五章 系統(tǒng)的操作焊接和調試265.1系統(tǒng)的制作265.2 焊接265.3 系統(tǒng)調試275.3 軟件調試28設計總結30參考文獻31致謝32附錄33附錄一 系統(tǒng)主要代表程序33附錄二 設計電路原理圖42附錄三 設計PCB圖33附錄四 設計實物圖44路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)設計摘要單片機控制技術已經廣泛應用于電子行業(yè)的各個方面。本設計根據電壓控制的特點，模擬路燈供電系統(tǒng)對供電電源進行控制。設計中的輸入電壓經過穩(wěn)壓之后，再對其進行電壓電流采樣，并將采樣電壓電流進行模數轉換，送入單片機，用單片機對其進行數據處理之后，再進行數模轉換，并且將其與經LM317控制的基準電壓進行對比

4、，接著將此電壓作為控制信號作為輸入電壓穩(wěn)壓器中的調整信號控制輸出電壓的大小，并實現被控電源的步進增減，以得到符合要求的穩(wěn)定的可控電壓用作模擬路燈的供電電源。采用模擬路燈照明探究路燈穩(wěn)壓技術，在電壓下模擬用單片機模擬路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)，運用電子電路原理和編程技術實現對模擬路燈照明的穩(wěn)壓控制，選擇適當的穩(wěn)壓器件和控制器件實現路燈的穩(wěn)壓和節(jié)能，探究路燈的最佳照明效果和最低消耗電能的完美配合。關鍵詞：單片機，控制器件，模擬The design of streetlight steady voltage system Abstract Single-chip microcomputer control tec

5、hnology has been widely used in the electronics industry in all its aspects. This design according to the characteristics of voltage control, power supply of the power supply system simulation street lamp power. Design of the input voltage after voltage stabilizing, then the voltage current sampling

6、, and the sampling voltage current module conversion, into a single-chip microcomputer, with single-chip computer to carry on the data processing, then for analog-to-digital conversion, and with the LM317 after the voltage reference voltage is compared, and benchmark voltage and control again object

7、 comparison and sampling voltage amplifier to adjust the input voltage, and its output voltage step increase or decrease control, to get to meet the requirements of the controlled voltage stability of the street lamps used for simulation power supplies. Using simulated street lamp lighting explore s

8、treet lamp on technology, in voltage analog simulation system by single chip inside the street lamps, the use of electronic circuit principle and programming techniques to realize simulation street lamp lighting on voltage stability control, the choice of appropriate stabilizer pieces and control de

9、vice implements street lamp on voltage stability and energy saving, explore the best lighting effect and street lowest power consumption of the perfect coordination.KeyWords：MCU，controlcomponent，simulation 貴州大學本科畢業(yè)論文(設計) 第 41 頁 概述電能使當今世界最主要的能源之一，是現代工業(yè)和農業(yè)生產的基礎保證。失去電源，人類將失去生產生活的保證，世界將陷入黑暗，是人類生活的源泉，如果沒

10、了電，人類將失去光明，陷入混亂之中。然而，對待如此重要的生產生活基礎能源，我們的社會缺少節(jié)約用電的意識和節(jié)約電能的技術，使當今社會電能浪費嚴重。路燈已成為當今社會最主要的公共照明設備。全國大小城市的大街小巷都裝有路燈，路燈已是公眾所熟悉的照明光源。但隨著路燈數量的增加的使用，路燈的系統(tǒng)的耗電量也在急劇增加，且照明路燈主要屬于高壓鈉燈，它的主要特點使功率大，穩(wěn)定性差。當處于用電低谷的下半夜時，電壓常常高達250V以上，使得路燈的照明壽命降低。因此，為了節(jié)省能減耗，減少浪費，降低用電成本，對城市路燈照明系統(tǒng)的改造首當其沖，刻不容緩，在午夜之后車流量大幅減少時，關閉適當數量的路燈，適當降低照明強度，

11、使過高的電壓進行衰減，這樣既能節(jié)省用電，又能延長路燈的使用壽命。但我國的路燈穩(wěn)壓技術相對于發(fā)達的西方國家而言卻有所欠缺。因此，我們應當吸收國外路燈照明的先進設計理念和超前的技術，對比我國的國情發(fā)展適應我國社會的路燈控制技術。因此，本設計利用單片機來控制電壓的穩(wěn)定輸出，模擬路燈照明，尋求電能浪費和延長路燈使用壽命的技術方法。本文介紹了利用單片機控制穩(wěn)壓，恒流輸出的主要原理和方法。本設計基本設計思路是：以三端穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定輸入電壓，以數模轉換電路對輸出電壓/電流進行采集、反饋，最后用單片機來控制輸出，從而形成一個閉環(huán)反饋回路。數控電源技術是電源技術中實踐性較強的一種，是各行各業(yè)廣泛使用的一種工程技

12、術。最新的電源技術融合了電子、電氣、集成系統(tǒng)材料科學等諸多領域的科技成果，直流穩(wěn)壓源是電子產品中最常用的穩(wěn)壓器件，在教學、科研、生產等領域都有廣泛應用，也是電子領域的設計、實驗、相關開發(fā)部門必不可少的常用設備之一。直流電源因為其電壓穩(wěn)定而用作電子電路的供電電源，其穩(wěn)壓的過程為變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四部分。這是傳統(tǒng)的直流電源，功能比較簡單，缺點是控制難度高，穩(wěn)定性較差，干擾大，精度低，體積龐大。普通直流穩(wěn)壓電源大多存在以下兩個缺點：一是通過粗調和細調控制輸出電壓，當需精確輸出電壓或者小范圍內改變輸出電壓時，難以做到。二是采用串聯穩(wěn)壓電路穩(wěn)定電壓，電路結構較為復雜，穩(wěn)壓精度不高。隨著電子技術的高速

13、發(fā)展，單片機為由于具有穩(wěn)定和快速的計算能力和控制能力而應用于新一代穩(wěn)壓電路中，從而使新一代以單片機為核心的穩(wěn)壓電路具有電路結構簡單，價格低廉，性能穩(wěn)定的出眾優(yōu)點，大大降低了模擬電路的復雜程度核心的智能型穩(wěn)壓電源不但電路簡單，結構緊湊，價格低廉，性能卓越，而且由于單片機具有計算和控制能力，利用它對采樣數據進行各種計算，從而可排除和減少由于干擾信號和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了模擬電路的要求。家用電器和其他各種電子設備所需的直流電源都由220v交流電網電壓經過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四個步驟產生。濾波器是濾波的核心器件，可以濾除整流輸出電壓中的紋波，傳統(tǒng)的濾波器由濾

14、波扼流圈組成，重量和成本較大，所以在新型穩(wěn)壓電路中使用晶體管直流濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)濾波器。這樣減小了直流電源的體積，同時降低了家用電器的成本，是電器日趨小型化。另外傳統(tǒng)的直流電壓源用電位器波段開關來調節(jié)電壓，用電壓表顯示電壓值，因此存在電位器磨損大，電壓讀書不直觀，電壓調整精度不高等缺點，而以單片機為核心的新型直流電壓源則很好的解決了上述問題。國內外研究狀況我國的直流電源產業(yè)形成二十世紀六十年代，從九十年代開始，進入進入快速發(fā)展時期。九十年代以來，在國家自然科學基金和創(chuàng)新意識指導下，我國電子技術產業(yè)得到了跨越式的發(fā)展，直流電源技術也在吸收和消化國外先進技術下得到了很好地發(fā)展，生產出了一批具有國際先

15、進水平的產品和科研成果。但與發(fā)達國家的電源產業(yè)相比，我國的電源產呀在產品的質量，可靠性，開發(fā)投入，生產規(guī)模，工藝水平，檢測技術，智能化等方面仍然存在著10年左右的的差距。我國當今的電子市場上照明路燈種類繁多，但基本上在智能和節(jié)能穩(wěn)壓方面未能達到令人滿意的效果。主要表現為，燈光閃爍，供電電源電壓未能實現智能智能控制，控制速度慢，穩(wěn)壓功能差，路燈易發(fā)熱，照明路燈的正使用壽命較短，從而造成了電能浪費，路燈照明成本大的問題。另外我國路燈照明系統(tǒng)采用的相控技術也會產生諧波污染電網，降低照明質量，污染環(huán)境，國際上已明確禁止使用這種無功補償技術。隨著電源技術的不斷發(fā)展，直流電源也由傳統(tǒng)的分離元件和集成電路控

16、制變?yōu)楫斀竦膯纹瑱C控制，電源技術變得更加智能化，也實現了，遙控功能。模塊化是當今直流電源技術的發(fā)展趨勢，通過N+1冗余電源系統(tǒng)的設計，可以實現容量擴展，從而提高電源的可靠性。采用電流控制模式和集中散熱模式控制電源，可以實現電源的實時和多人監(jiān)控，使其具有高效，更可靠，輻射低，維護方便快捷的優(yōu)點，而且使電源體積更小，比傳統(tǒng)可控硅電源節(jié)省20%的電能。近20年中，以美國和日本為代表的國家實現了使用緊湊型熒光燈（CFL）和鎮(zhèn)流器節(jié)能的方法。且在節(jié)能技術方面具有以下特點：一、大力推廣綠色照明，在光源的材料的使用制作出一系列規(guī)范和要求，實現了光源材料的有效管理，把綠色照明推廣到全社會。二、努力提高功率性器

17、件的性能。通過對鎮(zhèn)流器的的技術改進和完善來提高照明器件的使用效率。論文的總體結構第一部分 主要是介紹本設計的背景、意義以及國內外研究現狀，以及本設計的主要研究內容。第二部分 主要介紹了本設計總的設計思路并提出了幾種方案的實現與論證，并對該方案運用的基礎知識和所使用的器件作出了扼要的介紹。第三部分 主要詳細闡述了包括單片機控制系統(tǒng)模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、繼電器驅動模塊、顯示模塊、光信號采集模塊和鍵盤模塊各個模塊的整體結構以及設計框圖。第四部分 主要闡述了軟件設計的思路以及軟件設計流程圖。第五部分 主要是對系統(tǒng)的調試和誤差分析。第六部分 為設計總結。第一章 系統(tǒng)描述1.1 系統(tǒng)總設

18、計方案及論證 對于本設計我擬定了三種設計方案，分別為：方案一 設計開關電源。采用功耗較小，效率高，形式靈活的PWM脈寬調制。其基本原理為：利用PWM占空比的線性變化時電流發(fā)生非線性變化，濾波電容使PWM得積分效果更加明顯，在利用單片機的電源PWM控制開關占空比調整輸出電壓，從而穩(wěn)定輸出電壓。方案二 將D/A和運算放大器作為電流源，用D/A的輸出調節(jié)晶體管的偏置電壓。此方案的優(yōu)點是能縮短調節(jié)時間，并提高輸出精度。此方案用包括微控制器模塊，穩(wěn)壓控制模塊，鍵盤模塊，顯示模塊四部分組成開環(huán)控制方式。方案原理圖為2.1輸入單片機穩(wěn)壓電路數模轉換輸出液晶屏顯示按鍵電路2.1 設計方案原理圖 方案三 此方案

19、的基本原理是利用D/A轉換芯片和三端穩(wěn)壓器來控制穩(wěn)壓。即用D/A轉換芯片三極管的偏置電壓，通過電壓電流采樣電路，A/D轉換實現閉環(huán)控制。利用放大電路放大D/A轉換的輸出電壓，并將其作為參考電壓，而穩(wěn)壓模塊則輸出真實的輸出電壓。此方案為第二方案的改進，和第二方案相比，輸出電壓控制精度更高，調節(jié)時間更短。此方案主要由單片機控制模塊，穩(wěn)壓控制模塊，電壓/電流采樣模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，光信號采集模塊，繼電器輸出模塊七部分組成。方案原理圖如圖2.2所示。電源電壓采樣三端穩(wěn)壓 模數轉換器電流采樣信號反饋單片機三端穩(wěn)壓電壓放大數模轉換器光信號采集繼電器驅動燈鍵盤控制液晶屏顯示 圖2.2 方框圖系統(tǒng)整體設

20、計 第二章 系統(tǒng)設計硬件方案對比和選擇2.1 單片機 2.1.1 AT89C51單片機 AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的一款低電壓高性能的CMOS 8位單片它內部有4kbytes可反復擦除的只讀存儲器（PEROM），128bytes的隨機存儲器（RAM）采用了ATMEL公司高密度，非易失性存儲技術，能與標準MCS51系統(tǒng)兼容，其擦寫周期為1000次，含有32個可編程I/O口線，2個16位定時器，6個中斷源，對于嵌入式系統(tǒng)來說，其優(yōu)點是靈活性較高，價格較為便宜。2.1.2 STC89C52單片機 STC89C52是一款8K字節(jié)可編程可檫除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8位單片

21、機。它和AT89C51一樣采用了ATMEL公司的高密度非易失存儲器制造技術，也可以與標準的MCS-51指令系統(tǒng)和輸出管腳兼容。STC89C52內部有一個高增益反相放大器可以構成振蕩器，放大器的輸入端和輸出端分別是引腳RXD和TXD。對比AT89C51單片機，STC89C52單片機的特點是：一、抗干擾能力強 二、功耗很低 三、安全性高。其主要引腳功能如下: 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：外接5V電源作為電源輸入GND(Pin20)：輸出接地晶振輸入引腳（2根）XTAL1(Pin19)：單片機內部振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：單片機內部振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/

22、VPP(Pin9)：復位引腳，當引腳上有2個機器周期的高電平時，單片機將復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（P

23、in21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.72.2 三端可調穩(wěn)壓器2.2.1 三端正電源穩(wěn)壓電路7805三端穩(wěn)壓器7805的輸出電壓為5v，其內部的過熱保護保證它工作在安全工作區(qū)，其最大的輸出電流為1.5A，接入適當的外部器件，可以獲得不同的電壓電流，因此應用非常廣泛。2.2.2 三端穩(wěn)壓器LM317三端穩(wěn)壓器LM317由美國國家半導體公司所生產。其輸出電壓在1.2到37V之間，最大輸出電流為1.5A，具備限流和安全補償能力，用外部電阻來設置輸出電壓。LM317在很多領域都有應用，可制作可編程輸

24、出穩(wěn)壓器，也可用作精密穩(wěn)流器，局部穩(wěn)壓等。因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩(wěn)壓器。LM317在可輸出連續(xù)可調的正電壓，而LM337則可輸出連續(xù)可調的負電壓。可調式三端穩(wěn)壓器內部有過流，過熱保護電路，性能優(yōu)良，可靠性高，耐用方便，且電壓可調精度高于集成穩(wěn)壓構成的可調穩(wěn)壓電源。LM317原理電路如圖2.3所示。其瞬態(tài)響應如式2.1所示。Vout=1.25V（1+）+IadjR2 (式2.1)式2.1中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻R1兩端，將產生一個恒定電流通過輸出電壓調節(jié)電位器R2。，電阻R1取值范圍為120240，與其并聯的電容器C可進一

25、步減小輸出電壓的紋波。分析以上兩種方案的性能原理后，考慮到LM317和LM337電壓可連續(xù)可調，和可輸出正負電壓的特點，我決定采用方案二作為本設計穩(wěn)壓控制器。 圖2.3 LM317應用電路2.3數模轉換芯片2.3.1 數模轉換芯片TLC5620 TLC是帶有4個電壓輸出型的8位數模和轉換芯片并且?guī)в芯彌_參考輸入（高阻抗）。對TLC5620的數控通過一個3線串行總線完成。該器件能與CMOS兼容，易于和所用的控制器接口，工作時的溫度范圍在0到70。TLC5620是用4個電阻串DAC模塊實現的。每個電阻串的一端接到GND端，另一端接到參考輸入緩沖的輸出端。通過使用電阻串可以維持單調性。線性依賴于電阻

26、元件的匹配和輸出緩沖的性能。由于輸入帶有緩沖，DAC對參考源總是呈現高阻抗。2.3.2 數模轉換芯片DAC0832DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數/模轉換器。DAC0832為單電源供電，正常工作范圍在+5V+15V之間，基準電壓的范圍為10V，電流建立時間為1us，CMOS工藝，低功耗20mm。該器件由一個8位輸入寄存器、1個8位DAC寄存器和1個8位D/A轉換器組成，主要作用是與8080，8048，8085，Z80及其他通用的微型處理器進行相接。他能直接存儲R-2R電阻梯形網絡能將參考電流分開，并為電路提供合適的溫度處理特性，電路利用CMOS電流開關和控制邏輯來達到

27、最少的電能損耗和最小的輸出泄露電流誤差。特殊的電路也能提供TTL邏輯輸入電壓的水平兼容。DAC0832具有雙緩沖可以使這些D/A轉換器在獲取下一個數位字時輸出相應一個數位字的電壓。這就使得任何一個D/A轉換器均可進行同步更新。DAC0832邏輯框圖和引腳排列如圖2.4所示。 圖2.4 DAC0832邏輯框圖和引腳排列通過、ILE、控制信號可以構成三種不同DAC0832工作方式。1、直通方式：當=0時，數據可以從輸入端經兩個寄存器直接進入D/A 轉換器。2、單緩沖方式：兩個寄存器之一始終處于直通，即=0或=0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)。3、雙緩沖方式：兩個寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適用于

28、多模擬信號同時輸出的應用場合。在本設計中，DAC0832的和連接后接單片機的P3.0，和接地，讓DAC083工作在單緩沖方式下。與TLC5620相比，DAC0832具有電路簡單，電流建立時間短，容易購買的優(yōu)點，故選擇DAC0832作為數模轉換芯片。2.4 模數轉換芯片2.4.1 模數轉換芯片TLC548 模數轉換TLC548是美國德州儀器公司生產的一款8位串行A/D轉換芯片，其基本原理為電容逐次逼近原理，且是一款以開關電容逐次逼近原理工作且轉換速度較快的模數轉換芯片，可與通用微處理器、控制器通過CLK、CS、DATA OUT三條口線進行串接。其正常輸出電壓范圍為3V6V，優(yōu)點是控制口線少，時序

29、簡單，轉換速度快，功耗低，價格便宜，通常應用于低功耗電路中的單路A/D采樣，也可將多個A/D并聯使用。具有4MHz片內系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉換時間最長為17s，TLC548的最高轉換速率為45500次/s?？偸д{誤差最大為0.5LSB，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉換范圍，VREF-接地，(VREF+)VREF-1V，可用于較小信號的采樣。TLC548的系統(tǒng)時鐘與I/O CLOCK是獨立工作的。因此，無須特殊的速度或相位匹配。當CS為高時，數據輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時I/O CLOCK無意義。在CS控制作用下允許多片TLC5

30、48同時使用，共用I/O CLOCK，這就減少了多路A/D并用時的I/O端口數量。除此外，TLC548與具有串行外圍接口(SPI)的單片機或微處理器配合使用也很方便，還可以與51單片機系列連接使用。2.4.2 模數轉換芯片ADC0832ADC0832是美國國家半導體公司生產的一款8位分別率、雙通道A/D轉換芯片，最高分辨率為256級。其內部電源輸入與參考電壓的復用方式使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間，且芯片的正常轉換時間為32us，有雙數據輸出和數據校驗功能。它的優(yōu)點是數據誤差小，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。其獨立芯片使能輸入的特點，使多器件掛接和處理器控制更加方便。通過DI數據輸入端可以輕松實

31、現通道功能的選擇。通常狀況下，ADC0832與單片機的接口為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但DO端與DI端在通信時并不是同時有效，并且單片機的接口是雙向的，所以設計電路時可將DO與DI并聯在一根數據線上使用。ADC0832轉換速度比TCL548略低。但因為其雙數據輸出的提點，所以性能較為穩(wěn)定。ADC0832引腳功能及引腳圖如圖2.5所示。圖2.5 ADC0832引腳圖排列 ADC0832引腳功能：1、：片選使能，低電平芯片使能。2、CH0：模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。3、CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。4、GND：芯片參考0電位（地）。5、DI：數據信號輸

32、入，選擇通道控制。6、DO：數據信號輸出，轉換數據輸出。7、CLK：芯片時鐘輸入。8、Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復用）。通過分析以上兩種方案和本設計的功能需要，我決定采用ADC0832作為設模數轉換芯片。2.5 運算放大器2.5.1運算放大器OP07OP07芯片是一種低噪聲運算放大器，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。OP07的輸入失調電壓最大為25uV，因此OP07在通常情況下不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，因為具有低失調、高開環(huán)增益的特性，所以OP07特別適用于高增益的測量設備

33、和放大傳感器的微弱信號等方面。另外OP07的失調電壓溫漂也很低，而且輸入噪聲電壓幅度也能長期保持穩(wěn)定。通常OP07用于穩(wěn)定積分，精密絕對值電路，比較器和微弱信號的放大等。OP07的特征值如下：1、低輸入偏置電流：1.8nA。2、低失調電壓漂移：0.5uV/。3、超穩(wěn)定，時間：2V/month最大。4、高電源電壓范圍：3V至22V。5、超低偏移：150uV最大。因此，本設計采用性能強勁而穩(wěn)定的OP07作為運算放大器。2.6顯示器件2.6.1 LED顯示LED即Light Emitting Diodeled的縮寫，所以LED顯示屏是由多個發(fā)光二級管組成的顯示器件。所以從發(fā)光二極管就可以分析出LED

34、顯示器件的特性。首先，其優(yōu)點是：一、抗震耐沖擊。二、光響應速度較快。三、耗電率較低。四、使用壽命較長。然而，其缺點也是非常明顯的：一、單光源發(fā)光面較窄，故應用在設計中不便于對各種電壓電流數據進行直觀的觀測和記錄。三、易造成熱量堆積，影響電路性能，嚴重時甚至可能擊穿電路板。四、由于發(fā)光二級管的電流敏感特性，所以LED顯示器件抗電流過載能力較差。2.6.2 LCD顯示LCD1602液晶顯示。LCD1602也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊，它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。LCD1602具有微功耗，體積小，顯

35、示內容豐富，超薄微小等優(yōu)點。LCD1602引腳如圖3.4所示。LCD1602顯示屏特征值：1、顯示容量：16X2個字符。2、芯片工作電壓：4.5-5.5V。3、工作電流2MA（5V）不包括背光電流。4、模塊最佳工作電壓為5V。5、字符尺寸：2.95X4.35mm。6、帶有英文和日文字庫，使用方便。LCD1602顯示屏引腳功能表如表2.1所示。表2.1 LCD引腳定義引腳號引腳名電平輸入/輸出作用1VSS電源地2VCC電源（+5V）3VEE對比調整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令，1=輸入數據5R/W0/1輸入0=向LCD寫入指令或數據1=從LCD讀取信息6E1,1-0輸入使能信號，1時讀取信息

36、，1 0(下降沿)執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數據總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數據總線line19DB20/1輸入/輸出數據總線line210DB30/1輸入/輸出數據總線line311DB40/1輸入/輸出數據總線line412DB50/1輸入/輸出數據總線line513DB60/1輸入/輸出數據總線line614DB70/1輸入/輸出數據總線line715A+VCCLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負極通過比較LCD和LED的性能特點，我決定采用LCD1602采用設計的顯示器件。2.7 本章小結本設計采用性能穩(wěn)定的STC89C52單片機作為電路核心控制器，將

37、P0口和DAC0832的數據口相連作為數據輸出端，將D/A的電壓輸出連接到放大器OP07的輸入端，并將放大器OP07的放大倍數設定為5，最后LM317的電壓分辨率是0.1V。所以，當STC89C52單片機輸出數據增加1時，最終輸出電壓增加0.1V，所以可以以每次增加或者減少0.1V的調整梯度來調整電壓值。本設計的基本電路原理是采用單片機控制D/A轉換的輸出電壓大小，再將其輸出電壓送入運算放大器將其放大，以此作為穩(wěn)壓模塊最終的輸出的參考電壓。，由LM317輸出最終的輸出電壓，從而形成一個閉環(huán)電路穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，通過采集輸出電壓，電流，并進行反饋，從而實現對輸出電壓的穩(wěn)壓，恒流調節(jié)。綜合分析以上各個

38、方案后，本設計總原理框圖如圖2.7所示。電源模數轉換ADC0832電壓采樣三端穩(wěn)壓 LM317電流采樣信號反饋單片機STC89C52電壓放大OP07三端穩(wěn)壓LM317數模轉換DAC0832 232323232323232323232322323232光信號采集燈繼電器驅動鍵盤控制液晶屏顯示圖2.7 系統(tǒng)原理框圖第三章 系統(tǒng)硬件電路及說明3.1 單片機控制模塊單片機控制模塊以宏晶公司生產的STC89C52芯片51系列為核心，P0口作為輸出數據端口外接液晶顯示屏LCD1602，同時以P2.0、P2.1、P2.2作為液晶顯示器LCD1602控制端口；P1口作為輸出數據端口外接DAC0832，P3.0

39、用做DAC0832的控制端口；P3.1，P3.2，P3.3作為輸入數據傳輸端口外接3個獨立按鍵；P2.5,P2.6，P2.7作為輸入/輸出數據傳輸端口外接ADC0832。單片機控制電路如圖3.1所示。復位開關為按鍵KEY1。圖3.1 單片機控制電路3.2 穩(wěn)壓控制模塊本設計中穩(wěn)壓控制模塊由DAC0832、LM317、LM317及運放OP07組成。電路的工作原理是用DAC0832的輸出參考電壓去控制LM317的輸出電壓。而DAC0832的基準電壓Verf則是通過調整LM317基準源控制。STC89C52單片機的P1口和DAC0832的數據口直接相連，DAC0832的腳和腳互連后接P3.0，和接地

40、，DAC0832工作方式為單緩沖方式。通過可調電阻分壓控制LM317，讓LM317的輸出電壓為5.12V，DAC0832的輸出電流與電壓的轉換公式為式3.1：ui=-(bn-1*2n-1+ bn-2*2n-2+b1*2+ b0*20)*Rf=-B （式3.1）通過計算分析知道DAC0832的11腳輸出電壓的分辨率為0.02V，即DAC0832輸入數據每增加1，輸出電壓增加0.02V。穩(wěn)壓控制電路圖如3.2所示。圖3.2 穩(wěn)壓控制電路（1）圖3.2 穩(wěn)壓控制電路（2）由圖3.2的LM317應用電路分析可得，設運算放大器OP07的輸入電壓分別為Ui1和Ui2，輸出輸出電壓為Vo1。DAC0832的

41、電壓輸出端接運算放大器OP07的輸入端，該放大電路運用了典型的差分放大電路，并由差分放大公式Uo1=Au（|Ui1-Ui2|）且放大值Au=（R8+R9）/R8，得輸出電壓與輸入電壓關系： Uo1=(R8+R9)/R8*(| Ui1-Ui2|)=5*（|Ui1-Ui2|） (式3.2)電源輸出電壓為： Uout=Uo1+Uref*(1+R11/R12)=Uo1+1.25*(1+R11/R12)=Uo1+1.8 （式3.3）式3.3中，Uref為電阻R12兩端的電壓，所以當Uo1為零時，取得最小輸出電壓1.8V，經過運放后，因為放大倍數為5，所以最后LM317的電壓分辨率為0.02*5=0.1V

42、。最后的穩(wěn)壓控制效果是，當單片機輸出數據增加1時，LM317輸出電壓增加0.1V。3.3 電壓與電流采樣模塊電壓與電流采樣模塊是路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)中必不可少的部分。ADC0832為8位逐次逼近型ADC，將其與一個兩通道的模擬器連接后，就能實現對端口的兩路單端輸入電壓采樣，單端輸入電壓以零電位為基準。在ADC0832中，當輸入電壓大于設定的電壓值時，就將DAC的輸出電壓減小一位數值，之后再采樣并與設定電壓比較，并將比較循環(huán)，直到輸入的電壓等于或者接近設定的電壓值循環(huán)結束。相反，當輸入電壓小于設定電壓值時，如果輸入的電壓小于設定的電壓值時，就將DAC的輸出電壓增大一位數值，之后在進行采樣和比較，如此循環(huán)

43、，直到輸入電壓等于或者接近設定的電壓值時，循環(huán)結束。不斷地采樣和比較，循環(huán)操作，形成閉環(huán)反饋，達到穩(wěn)壓的目的。3.3.1電壓采樣電路電壓采樣電路的基本原理是：在輸出回路中并聯連個可調電阻R13、R14，且這兩個可調電阻由如下關系：（R13+R14）=0.2。這樣當調節(jié)R14時，就能從兩個電阻之間得到0.2Uo作為采樣電壓并與DA轉換的5Ui對應，之后用運算放大器UA741連接的電壓跟隨器將采樣電壓輸入模數轉換器ADC0832中，最后將數字信號輸入單片機進行處理。3.3.2電流采樣電路電流采樣電路的基本原理是：將采樣電壓送入一級運算放大器中放大，再將放大后的采樣電壓送到ADC中進行模數轉換，再將

44、最后的數字信號送入單片中處理，最終實現功能。電壓/電流采樣電路如圖3.3所示。圖3.3 電壓/電流采樣電路3.4 顯示模塊LED和LCD是兩種最重要的顯示方式。LED顯示的主要特點是，其顯示屏由發(fā)光二級管組成，顯示亮度較高，且可視度達到160，具備各種文字，數字，彩色圖像即動畫顯示的功能。除此外，可播放電視，錄像，VCD,DVD等視頻信號。LED單元素的反應速度為LCD的1000倍，但是LED顯示屏耗電大，且隨著顯示位數的增加必須增加其端口數。當采用動態(tài)掃描方式時，會延遲CPU的響應時間，而采用靜態(tài)顯示則需要加入鎖存器，是電路變得十分復雜。與LED相比，LCD電路較為簡單，價格相對便宜，顯示效

45、果也更為直觀，本設計中采用LCD1602作為顯示器件。Lcd1602能完整顯示26個英文字符另外的常見字符，也能清晰顯示英文名稱和位數為三的電壓值及位數為兩位的電流值。通過單片機編程控制第4腳RS數據/命令選擇端（H/L），第5腳R/W讀/寫選擇端（H/L），第6腳E使能信號可以實現lcd1602的顯示效果。Lcd1602顯示控制電路圖如圖3.4所示：它的顯示運行原理如下：讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H,E=H;輸出：D0D7=狀態(tài)字。寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖；輸出：無。讀數據：輸入：RS=H，RW=H，E=H；輸出：D0D7=數據。寫數據：輸入：RS=

46、L，RW=L，D0D7=數據，E=高脈沖；輸出：無圖3.4 LCD1602顯示電路3.5 鍵盤模塊本設計中鍵盤模塊設計了三個按鍵，分別是KEY2，KEY3，KEY4。鍵盤電路如圖3.5所示。其電路原理為：其控制數據信息分別由單片機P3.1引腳、P3.2引腳、P3.3引腳輸入，鍵盤電路中，KEY2為翻頁按鍵，在單片機的存儲器中保存了最近設置的電壓值，從而解決了電壓需要反復設置的麻煩，KEY3為電壓增加按鍵，KEY4為電壓減小按鍵，按一下KEY3后，當前電壓增加0.1V，按一下KEY4，當前電壓則減小0.1V。圖3.5 鍵盤電路3.6 光信號采集模塊本設計中的光信號模塊由光敏電阻，電位器電阻，NP

47、N管以及UA741運算放大器組成，用作電路工作的開關?？刂齐娐啡鐖D3.6所示。模塊電路工作原理是：當白天光照強度較強時，光敏電阻阻值減小，運算放大器同向輸入端為低電平，控制繼電器斷開，用作模擬路燈的發(fā)光二極管熄滅。當夜晚或光照較弱時，光敏電阻阻值增大，運算放大器同向輸入端為高電平，此時繼電器吸合，用于模擬路燈的發(fā)光二極管點亮。光控電路輸出的控制信號經運算放大器放大后輸入單片機的P3.4口。光信號采集電路中的R20在電路中起到限流的作用，防止電流大而擊穿三極管，R21則能調整電路對光信號的靈敏度的作用。圖3.6 光信號采集電路光控信號的輸入口為單片機的P3.4口，輸出端為P2.3口，最后連接到繼

48、電器驅動。3.7 繼電器驅動模塊在本設計中，將單片機P2.3口連接到運算放大器UA741同相輸入端，由于在高電平時的輸出電流約為0.08-0.16mA，故我在設計中將較為微弱的單片機輸出信號UA741構成的電壓跟隨器進行放大，以提高其負載能力。這樣使將輸出電流放大后使其具備驅動三極管的能力，另一方面，為防止電流過大燒壞三極管，我在電路中加入了限流電阻。本設計中繼電器的驅動電源為5V，觸點電流為1A，吸合電流設為50mA，基極電流需要控制在0.5mA左右，故在設計電路中選擇的三極管，根據本設計功能需要三極管的集電極負載電流額點值必須在50mA以上。并且三極管的集電極與發(fā)射極，集電極與基極之間的最

49、大電壓要大于5V， 。根據上述要求，我在本設計中采用9013三極管，其基本參數為集電極-基極擊穿電壓=30 V，集電極-發(fā)射極擊穿電壓=25 V，集電極電流為500 mA ，基極電流為50mA。在此電路中，當開關負載和繼電器感性負載相同時，即當三極管進入截止狀態(tài)時，電路中會有感應電動勢產生，此時的感應電動勢最高可達到百伏以上，當此電壓超過三極管的時，三極管將會被此電壓擊穿。因此必須在繼電器上并反向電壓可達到1000V以上的1N4007，這樣就將電位鉗制在左右，從而防止三極管發(fā)生擊穿的情況。繼電器驅動電路如圖3.7所示。圖3.7 繼電器驅動電路第四章 系統(tǒng)的軟件設計4.1 主程序模塊本設計的軟件

50、主程序流程圖如下所示。當程序開始運行后，首先檢測是否有按鍵被按下，若有則進入相應的按鍵功能程序中，若沒有則讓顯示器LCD1602顯示單片機中設定的數值。在此同時單片機也會接收系統(tǒng)采集的外部數據，并將數據進行運算，比對，然后產生相應的指令修改實際的電壓電流值，輸出穩(wěn)定的可調電壓。開始初始化數據采集A/D轉換子程序反饋比較子程序取鍵號電壓是否增加？Y調用電壓加0.1V子程序NY調用電壓減0.1V子程序電壓是否減??？ND/A轉換輸出控制燈圖4.1 軟件主程序流程圖4.2 電壓反饋比較子程序模塊本設計中的比較子程序流程圖如下圖所示。主程序的子程序中隊實際值與設定值進行比較并得出差值，當實際值大于設定值

51、時則用當前電壓值減去差值后在進行判斷和轉換，當實際值小于設定值時則用當前電壓值加上差值在進行比較和轉換。保護現場|實際值-設定差值|大于1?NY實際值設定值？保留顯示設定值N原來的顯示設定值-差值Y原來的顯示設定值+差值顯示結果恢復現場返回圖4.2 反饋比較子程序流程圖4.3 按鍵掃描子程序模塊本設計中的按鍵掃描子程序流程如下圖所示。程序開始運行時，當掃描并發(fā)現有按鍵按下的同時，進行消抖，這樣就能防止由于按鍵的震動而導致誤判，之后再依次判斷第一個鍵，第二個鍵，第三個鍵是否按下，當發(fā)現其中某個鍵按下時，立即輸出返回值。按鍵掃描程序流程圖如下所示。NNNYYY開始掃描按鍵第三個鍵按下輸出返回值退出

52、是否有鍵按下消抖第一個鍵 是否按下？第二個鍵 是否按下？圖4.3 按鍵掃描子程序流程圖第五章 系統(tǒng)的操作焊接和調試5.1系統(tǒng)的制作在本設計的系統(tǒng)制作中，我通過查閱相關資料和結合自己所學的知識，然后在老師的指導下，我順利確定了我的設計電路圖。接下來我根據設計的功能和所用元件，我畫出了軟件流程圖，且根據流程圖編寫了相關模塊的程序,有用PROTEUS軟件進行了仿真，在確定了仿真的正確后，我開始用PROTEL99軟件畫設計電路圖。畫好電路圖后，我才是制作設計電路的PCB，在PCB的制作中，為了防止過尖外角處銅箔產生剝離或者翹起，也為了防止導線拐彎處產生尖脈沖，對電路信號產生干擾，我將導線的拐角設置為4

53、5，另一方面，為了保證導線對信號有足夠的傳導能力我將設計電路中的信號線寬度設置在0.8mm以上，為了減少電壓在電路中傳輸損耗，我將設計電路中的電源導線的寬度設置在1.4mm至2mm之間，根據設計電路的實際情況，我將導線之間的間距設置為1mm。為了保證布局的緊湊和合理，減少電路板的空間浪費，在讓導線跨度盡量短的前提下，我將大多數的電阻，電容進行歸類放置。最后，我在PCB板上的空白處進行了鋪地敷銅的處理。5.2 焊接由于設計電路較為復雜，故我決定在電路板制作時采用雙面板，雙面板的制作相對單面板較為復雜。為了更好的完成本次設計，鑒于本設計需要，我在設計工作中秉承以下原則：1、 采用外熱式電烙鐵進行焊

54、接，并使用B,C兩種類型的烙鐵頭。2、 在通孔處適當增加焊錫量，以保證通孔銅片焊接面完全融洽在一起。3、 在安放元件時適當選擇元件引腳高度，以保證焊點元件引腳明顯可見（元件引腳高出基板0.5mm至2.0mm）。4、 焊錫點元件面引腳焊錫適量增多，以保證焊錫與元件元件引腳，通孔銅片焊接面兩面的焊接良好。5.3 系統(tǒng)調試 一、DAC0832的電壓調試。調節(jié)LM337時，因為其性能不穩(wěn)定，故應耐心調試電位器R6直到三端穩(wěn)壓器LM337的輸出電壓為5V。二、P07正輸入端電壓調試。當需測量運算放大器OOP07的步進電壓是否為0.1V時，需稍微改變DAC0832的輸入電壓，因為OP07正輸入端的電壓來自

55、DAC0832，這樣才能保證系統(tǒng)精確性。三、系統(tǒng)的平衡性。為了保持放大系統(tǒng)平衡性，應反復調節(jié)電位器R10。這是因為OP07采用的是雙電源供電，很可能會影響系統(tǒng)的平衡性。四、步進值檢測。 由于三端穩(wěn)壓器LM317對輸出端的影響，故當輸出端的步進值達不到0.1V時，應首先檢查LM317的性能是否完好。五、檢測運算放大器的放大性能。當運算放大器失去電壓放大能力時，應首先檢查運放的驅動電源VCC是否正確連接，確定之后在檢查元器件的好壞。六、三極管的檢測。當三極管不能按要求進行導通和截止時 ，首先檢查三極管的管腳是否正確焊接，之后檢查三極管是否完好。七、繼電器的檢測。進行繼電器的檢測時，用5V電源連接于

56、繼電器驅動電源的兩端，聽到“嘡”一聲響后，用萬用表一組管腳是否導通。再將5V電源去掉，如果又聽到“嘡”的一聲，此時再用萬用表另外一組管腳是否導通，如果兩組管腳都是導通的，則說明繼電器完，能正常工作，否則繼電器已損壞，不能正常工作。在進行測量時，向單片機中輸入穩(wěn)定的可調直流電，輸入電壓經過單片機的處理與數模轉換后，用萬用表測量DAC0832的輸出端電壓，得到輸出電壓的測量數據。并得到如下測量數據： 表5.1 電壓測試表系統(tǒng)理論電壓值（V）系統(tǒng)測量電壓值（V）誤差（V）4.03.8-0.24.54.60.15.05.10.15.55.506.06.10.16.56.60.17.07.20.27.5

57、7.508.08.10.18.58.70.29.09.009.59.70.2根據上表測量數據情況進行數據誤差分析：絕對誤差：（0.2+0.1+0+0.2）/12=0.11V （式5.1）相對誤差rA=（0.2/4.0+0.1/4.5+0/9.0+0.2/9.5）/12=1.73%（式5.2）由式5.1、式5.2所示，相對誤差為1.73%2%，符合本設計要求。5.3 軟件調試在本設計中，我采用keil uvision2 對程序進行編譯和調試。編寫好設計所需C程序后，我開始對程序進行調試，在調試過程中遇到了一些問題，如程序中大括號數量不配對，有些語句后面忘了加分號，在程序開始的時候沒有對主程序用到

58、的函數進行定義等等，但在老師和同學的指導和幫助下，我最終解決了這些問題，并且調試出了完全正確的程序。編譯結果如圖5.1所示。圖5.1 程序編譯結果將正確的程序的C程序用keil導入proteus中畫好電路圖中的STC89C52單片機中后進行仿真，仿真結果如圖5.2所示：圖5.2 仿真結果設計總結在本次的畢業(yè)設計中，為了完成設計既定目標和預定功能，我始終秉承積極認真的態(tài)度，堅定努力就有收獲的信念。在設計中，我查閱了很多設計相關資料，并對大年四年中我所學到的電子相關專業(yè)知識進行了回顧，以求能將其運用到本次的畢業(yè)設計中，總結本次為期兩個月的畢業(yè)設計中，我遇到問題和收獲的知識有：1、 在設計的選題上，

59、在設計未開始時，由于對本設計電路較我以前的課程設計與電路實驗為復雜，造成我當時內心的恐懼和猶豫，但隨著設計工作的開展，我學會了將復雜的電路進行模塊化處理，這樣大大降低了整體電路的復雜性，也使電路的制作和調試變得有章可循。在本設計中，我將電路劃分為單片機控制、穩(wěn)壓控制、電壓與電流采樣、顯示控制、鍵盤電路、光信號采集、繼電器驅動七個模塊。2、 在元器件的選擇和使用上，在本次設計中，我學會了怎樣根據設計制定各種可行的方案，并對各種方案進行對比分析，選擇最適合設計的方案。另一方面，在元器件的資料的收集中，我學會了如何快速而有效的各種相關元件的資料，并對之進行分析，根據設計的原理選擇合適的元器件，例如，

60、在單片機的選擇上，考慮到更好保證設計的性能穩(wěn)定性，我放棄了AT89C51單片機，而選擇了性能更為出色使用也更加廣泛的stc89c52單片機。3、 在設計的制作過程中，再用PROTEL對設計電路進行PCB制板時，考慮到電路的復雜性，我決定采用雙面板制作設計電路板，由于缺乏雙面板的制作經驗，為了更好的完成設計，我查詢了很多雙面板的制作規(guī)范。通過此次設計，我積累了一些雙面板的制作經驗，了解了基本的雙面板制作規(guī)范。4、 在軟件編程和設計的最后焊接調試上，在設計軟件的編程上，我根據設計畫好了軟件流程圖，然后根據各功能模塊編寫相關程序，大大降低了編程難度。在焊接上，由于在設計電路中運用了很多過孔，在焊接中，我也掌握了一些關于過孔和其他過去接觸較少的元件的焊接技巧。參考文獻1 李翰蓀編著.電路分析基礎電路分析基礎M.第四版.北京:高等教育出版社，2006.120250.2 康華光編著.電子技術基礎模擬部分M.第五版.北京:高等教育出版社，20