基于PROTUES的數(shù)控直流源的仿真方法畢業(yè)設(shè)計

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本科畢業(yè)設(shè)計論文

基于PROTUES的數(shù)控直流源的仿真方法

東北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計論文

摘要

近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格低廉，工作可靠，使用便利等特點，因此越來越廣泛地應(yīng)用各個領(lǐng)域。

本系統(tǒng)以AT89S51單片機作為系統(tǒng)的核心，由D/A數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊、按鍵、LED串口顯示模塊等模塊組成一個數(shù)控電源。具體介紹應(yīng)用Proteus的ISIS軟件進行單片機系統(tǒng)的數(shù)控電源設(shè)計與仿真的實現(xiàn)方法。本系統(tǒng)由單片機程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器（AD0832）輸出模擬量，再經(jīng)過運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電壓。仿真結(jié)果說明，本系統(tǒng)實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒壓源的領(lǐng)域。

1.2本文研究內(nèi)容

綜上所述，為更好的應(yīng)用Proteus軟件來完成系統(tǒng)的仿真和設(shè)計，本文將以應(yīng)用廣泛的數(shù)控直流源為例，介紹應(yīng)用Proteus來做系統(tǒng)仿真的具體方法。

本文所要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：1.數(shù)控直流源的硬件設(shè)計；2.數(shù)控直流源的軟件設(shè)計；3.系統(tǒng)仿真；

4.調(diào)試與功能說明；

通過Proteus軟件的仿真，可以反復實現(xiàn)軟硬件的調(diào)試以達到系統(tǒng)穩(wěn)定，這是一個系統(tǒng)的研究方法，可以把此方法應(yīng)用到其他設(shè)計系統(tǒng)的研究。

其次章整體方案設(shè)計與主要器件選擇和介

紹

2.1整體方案論證

方案一：采用各類數(shù)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進行信號處理，如選用CPLD等可編程規(guī)律器件。本方案電路繁雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴展，對信號處理比較困難。

方案二：采用AT89S52單片機作為整機的控制單元，通過改變DAC0832的輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以將輸出電壓經(jīng)過ADC0832進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機實時對電壓進行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理及顯示。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預置以及電壓的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡單，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。

2.2整體方案設(shè)計

～220v整流濾波可調(diào)穩(wěn)壓芯片輸出D/A模塊單片機顯示模塊圖2-1整體方案設(shè)計圖

按鍵模塊

2.3單片機的選擇

單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。

尋常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。

單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價格、大存儲容量、強I/O功能及較好的結(jié)構(gòu)兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢不外乎以下幾個方面：

1、多功能

單片機中盡可能地把所需要的存儲器和I/O口都集成在一塊芯片上，使得單片機可以實現(xiàn)更多的功能。譬如A/D、PWM、PCA（可編程計數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定時器看家狗）、高速I/O口及計數(shù)器的捕獲/比較規(guī)律等。

有的單片機針對某一個應(yīng)用領(lǐng)域，集成了相關(guān)的控制設(shè)備，以減少應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如，有的芯片以51內(nèi)核為核心，集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解碼器、CAN或者I*I*C總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動器也開始集成在8位單片機中。

2、高效率和高性能

為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機開始使用RISC、流水線和DSP的設(shè)計技術(shù)，使單片機的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：單片機的時鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機運行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機的尋址能力、片內(nèi)ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。

由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)繁雜程度的增加，開始使用高級語言（如C語言）來開發(fā)單片機的程序。使用高級語言可以降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，加強軟件的可讀性和可移植性，便于改進和擴展功能。

3、低電壓和低功耗

單片機的嵌入式應(yīng)用決定了低電壓和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工藝的大量采用，好多單片機可以在更低的電壓下工作（1.2V或0.9V），功耗已經(jīng)降低到uA級。這些特性使得單片機系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長的時間。

4、低價格

單片機應(yīng)用面廣，使用數(shù)量大，帶來的直接好處就是成本的降低。目前世界各大公司為了提高競爭力，在提高單片機性能的同時，十分注意降低其產(chǎn)品的價格。

下面大致介紹一下單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域和特點。（1）家用電器領(lǐng)域

用單片機控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路，使家用電器（如洗衣

機、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機等）功能更完善，更加智能化和易于使用。（2）辦公自動化領(lǐng)域

單片機作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代辦公設(shè)備，如計算機的鍵盤、磁盤驅(qū)動、打印機、復印機、電話機和傳真機等。

（3）商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域

商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)部分與家用和辦公應(yīng)用系統(tǒng)相像，但更加重視設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。商用系統(tǒng)中廣泛使用的電子計量儀器、收款機、條形碼閱讀器、安全監(jiān)測系統(tǒng)、空氣調(diào)理系統(tǒng)和冷凍保鮮系統(tǒng)等，都采用了單片機構(gòu)成的專用系統(tǒng)。與通用計算機相比，這些系統(tǒng)由于比較封閉，可以更有效地防止病毒和電磁干擾等，可靠性更高。

（4）工業(yè)自動化在工業(yè)控制和機電一體化控制系統(tǒng)中，除了采用工控計算機外，好多都是以單片機為核心的單片機和多機系統(tǒng)。

（5）智能儀表與集成智能傳感器

目前在各種電氣測量儀表中普遍采用了單片機應(yīng)用系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量系統(tǒng)，使得測量系統(tǒng)具有存儲、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機和傳感器相結(jié)合，可以構(gòu)成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進一步的變化和處理，使其成為數(shù)字信號，可以遠距離傳輸并與計算機接口。

（6）現(xiàn)代交通與航空航天領(lǐng)域

尋常應(yīng)用于電子綜合顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)控系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運行監(jiān)視系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域?qū)w積、功耗、穩(wěn)定性和實時性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高，因此采用單片機系統(tǒng)更加重要。

目前，我國生產(chǎn)好多型號的單片機，在此，我們采用型號為STC89C51單片機，T89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為大量嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。

AT89S51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，8kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89S51可以依照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，中止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。其

將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。

2.489S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介

·中央處理器：

中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。

·數(shù)據(jù)存儲器(內(nèi)部RAM)：數(shù)據(jù)存儲器用于存放變化的數(shù)據(jù)。AT89S51中數(shù)據(jù)存儲器的地址空間為256個RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲器供用戶使用的僅有前面128個，后128個被專用寄放器占用。

·程序存儲器(內(nèi)部ROM)：

程序存儲器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。尋常采用只讀存儲器，且其又多種類型，在89系列單片機中全部采用閃存。AT89S51內(nèi)部配置了4KB閃存。

·定時/計數(shù)器(ROM)：

定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。AT89S51共有2個16位定時/計數(shù)器。

·并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。每個口都由1個鎖存器和一個驅(qū)動器組成。它們主要用于實現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些I/O口還有其他功能。

·全雙工串行口：

A89S51