家用电表节电器.doc

1、威信电子大学本科毕业论文厦门维新大学本科毕业设计 (论文)题 目：家用电表节电器学 院： 信息科学与技术学院专 业： 电子信息工程 扣 号： 1-5-1-8-5-6-7-6-1-6 销售员姓名： 尤小帅 经理： 刘诚德 来电： 1-3-6-6-6-0-1-5-1-4-0 2012.6.5威信电子大学本科毕业论文摘 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

2、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 威信电子大学本科毕业论文AbstractThe system uses Atmega 8 microcontroller for t

3、he 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 mod

4、ulation 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 connec

5、tion 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 tunabl

6、e.acKey words: Atmega8 AVR LCD Power Supply威信电子大学本科毕业论文目 录第一章 前言 .5第二章 总体方案 .62.1 系统设计方案论证及工作原理 .62.2 系统总体框图 .6第三章 硬件系统的设计 .73.1 主控芯片 Atmega8 介绍 .73.1.1 综述 .73.1.2 ATmega8 的引脚图： .73.1.3 ATmega8 引脚说明 .83.2 电源电路原理 .103.2.1 基本设计方案 .103.2.2 R-2R 阶梯 D/A .113.2.3 更详细的稳压电路设计 .123.2.4 最终的电压调整电路 .133.2.5 ATm

7、ega8 D/A 转换电路 .143.2.6 电压采样电路 .15第四章 软件系统的设计 .174.1 主程序逻辑流程 .17第五章 PROTUES 仿真调试 .18第六章 硬件调试 .196.1 程序烧写 .196.2 实际测试电压值 .19结 论 .23致 谢 .25参考文献： .26附录 .27威信电子大学本科毕业论文1.主程序，程序名:main.c .272. 1602 液晶显示模块初始化程序，程序名: lcd.c .46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

8、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

9、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：025V数显误差=0.1负载电流=3A纹波有效值=50mvII、扩展要求：南京林业大学本科毕业论文- 2 -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

10、作原理本设计题目是设计一个从 025V 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

11、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。2.2系统总体框图图 2.2 系统总体框图南京林业大学本科毕业论文- 3 -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

12、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。3.1.2 ATmega8的引脚图：图 3.1 ATmega8 引脚配置南京林业大学本科毕业论文- 4 -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

13、状态。通过时钟选择熔丝位的设置， PB6 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，端口被外部电路南京林业大

14、学本科毕业论文- 5 -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。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见 P 35Table 15 。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。端口 C 的其他功能见后。端口 D(PD7.PD0)端口 D 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

15、流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则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 D 处于高阻状态。端口 D 的其他功能见后。RESET复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。AVCCAVCC 是 A/D 转换器、端口 C (3.0)及 ADC (7.6)的电源。不使用南京林业大学本科毕业论文- 6 -ADC 时，该引脚应直接与 VCC 连接。使用 ADC 时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。注意，端口 C (5.4)为数字电源， VCC。AREF A/D 的模拟基准输入引脚。ADC7.6(T

16、QFP 与 MLF 封装 )TQFP 与 MLF 封装的 ADC7.6 作为 A/D 转换器的模拟输入。为模拟电源 且作为 10 位 ADC 通道。3.2 电源电路原理3.2.1 基本设计方案 让我们从最简单的稳压电源开始。它包括两个主要部件：一个三极管和一个产生基准电压的稳压二极管。该电路的输出电压为 Uref-0.7V。这个 0.7V 是三极管 B、E 极之间的电压降。稳压二极管和电阻产生了一个不受输入波动与干扰影响的稳定基准电压。三极管需要控制更高的电流（比较二极管和电阻单独提供的而言） 。在这个电路中三极管仅放大电流，这个电流=输出电流 /三极管 hfe（hfe 可以在三极管的数据表中查到） 。图 3.2.1