汽车维修专用电压信号发生器文档格式.docx

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Auto-repair-specificvoltagesignalgenerator

Abstract

Author:

YangTao

Tutor:

Luqingdong

Powertechnology,especiallydigitalpowertechnologyisastrongpracticalengineering,toserveallwalksoflife.Withthecomputerandcommunicationtechnologiesdevelopedfromthemoderninformationtechnologyrevolution,thepowerofelectronictechnologytoprovideabroaddevelopmentprospects,butalsotoahigherpowerrequirements.Withthenumberofpowerelectronicdevicesingeneraluse,thepowerofordinaryworkinghoursintheerrorwillaffecttheaccuracyoftheentiresystem.Onlytomeettheproductstandardstobeabletoenterthemarket.Withthedevelopmentofeconomicglobalization,theproductsmeetinternationalstandardsinordertoobtainaccesstothepermit.DigitalPowerisfromthe80'

sreallydevelopedduringthesystemtostartbuildingpowerelectronicstheory.Single-chiptechnologyandtheemergenceofvoltageconversionmoduleforthedevelopmentofaccuratedigitalpowerprovidedfavorableconditions.To90years,therehasbeenadigitalaccuracyofthedigitalpower0.05V.Fromthecomposition,thedigitalpowersupplycanbedividedintocomponents,suchasmaincircuitandcontrolofthreeparts.DCcurrentadjustablepowersupply,almostxuanniuswitchforregulatingvoltageregulationaccuracyisnothigh,oftenhopping,theuseoftrouble.Theuseofdigitalpower,0.1Vtoachievetheaccuracyofeachstep,theoutputvoltagerangeof0~9.9V.

Keywords:

digitalpowertechnology;

engineering;

electronics;

range

目录

1前言1

2概要2

2.2设计要求2

2.1设计思路2

3设计环境3

3.1仿真软件的介绍与使用3

3.2编程软件的选择6

4程序设计10

4.1编程语言选择10

4.2程序编写10

5硬件设计12

5.1元件选择12

5.2硬件电路图设计16

5.3硬件的焊接18

6调试19

6.1程序调试19

6.2仿真模拟20

6.3硬件调试21

结语22

致谢23

参考文献24

附录125

附录230

附录331

1前言

直流稳压电源是一种常见的电子仪器，广泛的应用于电子电路、教学实验和科学研究等领域。

目前使用的直流电压源大部分是线性电压源，利用分立器件组成，其体积大、效率低、可靠性差、操作使用不方便、自我保护功能不够，因而故障率高。

随着电子技术的飞速发展，各种电子、电气设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不断朝着小型化、高效率、低成本、高可靠性、低电磁干扰、模块化和智能化方向发展。

本设计将介绍一种以单片机系统为核心的新一代智能稳压电源的设计，采用AT89S52单片机控制数模转换器DAC0832构成。

该系统不但电路简单、结构紧凑、价格低廉、性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制功能，利用它对采样数据进行各种计算，从而可以减少和排除由于干扰信号和模拟电路引起的误差，大大提高稳压电源输出电压和控制电流的精度，降低了对模拟电路的要求。

输出电压采用数字显示，输入采用键盘方式，电源操作使用方便，具有较高的使用价值。

2概要

当今社会汽车工业飞速发展，电气装置越来越多的应用到汽车上。

不仅如此，汽车上的很多机械装置都被电气装置所取代，可见汽车的安全行驶离不开电源。

当汽车出现故障需要检测和维修的时候，很多时候会用到电压信号，精确的电压信号会给汽车检测与维修带来方便。

所以这次毕业设计我决定做一个汽车维修专用电压信号发生器。

2.2设计要求

（1）编写程序，画出程序流程图；

（2）用仿真软件绘制电路原理图；

（3）硬件采用单片机作为主要控制单元，数模转换器转换，集成运算放大器处理；

（4）硬件电源输入电压为5V，输出电压在0～9.9V之间连续可调，同时在四位共阴数码管上显示输出电压大小，通过按键实现0.1V的递变；

（5）输出电压的误差可以通过滑动变阻器来调节。

2.1设计思路

（1）本设计硬件是采用单片机AT89S52作为控制中心、DAC0832作为数据转换工具、集成运算放大器（ua741）放大、同时用一个四位数码管作为显示器，便可以输出0～9.9V连续可调的直流稳压电源。

（2）程序经过调试、编译、连接无误之后，可以调入仿真电路中的单片机进行仿真实验。

（3）仿真实现过后程序文件调入硬件单片机，便可让硬件电路板实现预计功能。

3设计环境

在计算机科技高度发达的几天，做很多事都离不开电脑和软件，特别是做电子产品。

一个合适的软件可以给你的工作带来很多方便，所以我的这次设计编程和画电路图也用到了软件。

3.1仿真软件的介绍与使用

硬件电路板焊接好后不要立即下载程序，在程序编写早期用软件仿真可以保护硬件，减少不必要的麻烦。

3.1.1Proteus的简介

Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。

它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：

（1）实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。

具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；

有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

（2）支持主流单片机系统的仿真。

目前支持的单片机类型有：

ARM7（LPC21xx）、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。

（3）提供软件调试功能。

在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；

同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2、MPLAB等软件。

（4）具有强大的原理图绘制功能。

总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。

当然,软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型，用开发板和仿真器当然是最好选择，但仅用于做这次毕业设计ProteusV7·

1SP2是已经绰绰有余的了。

3.1.2ProteusV7·

1SP2的使用

要使用ProteusV7·

1SP2，首先要对其操作界面的各种工具进行熟悉，其操作界面如下图（图3-1）所示。

图3-1ProteusV7·

1SP2操作界面

（1）打开软件，选择电子元件。

点击“元件选择按钮”，出现如下图（图3-2）对话框，将电路中需要用到的各种电子元件的代号输入“keywords”中，双击对应的模拟元件，该元件就添加到列表中。

（注意型号和大小的选择）。

例如：

要得到单片机AT89C52的模拟器件，就要在“keywords”输入“at89”，右边就会出现和按钮相关的元件，再根据预览窗口的显示选择所需要的按钮。

添加完所需要的原件就可以关闭“元件选择对话框”。

图3-2元件添加演示图

（2）再列表中的各元件放在电路板上，并将元件的引脚按正确的电路连接方法用线连接起来（注意各元件的摆放位置要协调好，如图3-3所示）。

单击鼠标左键为安放，单击右键为选择，双击右键为删除，先右击在左击为修改或者查看元件参数。

左击元件的端口，再左击另一端口则可以将两个端口用线连接起来。

图3-3元件摆放和接线图

（3）在需要用到电源的地方加上电源。

（注意电压的大小可根据不同需要进行修改）。

（4）电路图画好后可以用简单的程序测试看电路图是否正确。

3.2编程软件的选择

编程软件是本设计中很重要的一个软件，它关系到程序的格式、大小、可用性等，因此软件的选择很重要。

3.2.1KeiluVision2的简介

我用的编程软件是KeiluVision2。

目前流行的51系列单片机开发软件是德国Keil公司推出的KeilC51软件，它是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程。

KeiluVision2集成开发环境的功能相当大，对于我的这次设计很适合。

Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：

uVisionIDE集成开发环境（包括：

工程管理器、源程序编辑器、程序调试器）、C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及Monitor-51、RTX51实时操作系统。

ProteusV7·

1SP2仿真软件可以识别KeiluVision2编程软件编译生成的后缀为.hex文件，不需做其他处理即可实现程序调用和仿真，配合相当完美。

3.2.2KeiluVision2的使用

（1）打开软件点击“project”→“newproject”选项创建一个新的工程后，将弹出如图3-4所示对话框。

选择保存位置，工程名可以自定义。

图3-4工程创建与保存图

（2）工程建好后点击“保存”会弹出如图3-5所示对话框，选择需要使用CPU和厂家（例如：

我用的是ATMEL公司生产的AT89S52，所以就选择ATMEL），再选择使用芯片的型号确定即可。

图示左边为芯片选择区域，右边是所选择芯片的基本情况说明。

点击“确定”进入下一步操作。

图3-5芯片选择

（3）点击“file”→“new……”选项或使用快捷键建立一个文件，点击“保存”时会弹出如图3-6所示对话框，输入文件名的后缀必须是.c。

文件名可以和工程名相同，也可不同。

点击“保存”进入下一步操作。

图3-6文件的建立与保存

（4）添加文件：

右击工程中的“SourceGroup1”，选择“Andfileto……”会弹出下图（图3-7）所示对话框，左击新建的文件夹“lcd”，再点击“Add”，最后点击“Close”，工程文件添加完毕。

图3-7文件添加

（5）设置编译后生成文件后缀为.hex的文件（同时可进行字体大小等设置）。

（6）开始编写程序。

首先写头文件，然后写主函数，再写其他函数。

程序编写界面如图3-8所示。

3-8KeiluVision2编程界面

4程序设计

人类之间的交流有很多种语言，人类也为计算机和机器开发了很多不同的语言，例如：

汇编语言、C语言、C++、VB、VF、JAVA、FoxPro、Delphi等。

在不同的环境用不同的编程语言，这些语言都各有各的优缺点，选择合适的编程语言对我们的设计有很大帮助。

4.1编程语言选择

我大二的时候学过计算机二级C语言，会一些简单程序的编写，所以我这次毕业设计的语言选用的是C语言。

优点：

（1）C语言灵活性好，效率高，可以接触到软件开发比较底层的东西。

（2）微软的MFC库博大精深，学会它可以让随心所欲地进行编程。

（3）VC是微软制作的产品，与操作系统的结合更加紧密。

缺点：

对使用者的要求比较高，既要具备丰富的C语言编程经验，又要具有一定的WINDOWS编程基础。

4.2程序编写

本程序设计主要包括：

按键处理模块、DA转换设计模块、数字显示处理模块、误差处理模块、电压调节模块、中断服务模块。

程序经调试，可在仿真软件ProteusV7·

1SP2中正常运行。

下面是本设计的部分程序：

（说明：

“//文字”是上一行程序或者上一个函数的说明，但不是每一个语句都有，简单的程序语句没有加注释。

）

#include<

regx51.h>

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

#definetimer0_count0xfc18

（略）详细程序见附录1。

下图（图4-1）是程序流程图。

图4-1程序设计流程图

5硬件设计

硬件的制作要选择好元件，元件的质量对硬件的影响非常大，可能就是成败的关键。

在焊接电路板的时候要按照电路图一步一步的来，做到胆大心细，注意不要被烫伤，尽量不要焊坏了电子元件。

5.1元件选择

元件的选择有几个方面需要考虑，一是要对所选元件有一定的了解；

二是元件要实用，价格合理，能满足设计的需要。

我的元件都是选择从淘宝网上购买，因为在当地元件不容易买齐。

而且网上的元件齐全，价格也很合理，购买很安全，两三个同学的原件一起买出点运费也很划算。

5.1.1单片机的选择

单片机的种类有很多，我选用的单片机是AT89S52，因为它价格便宜（一般是3块到8块钱一片），我也对其进行过比较系统的学习，还用它做过一些东西，完全可以满足这次设计的需要。

下面是对AT89S52的参数和性能的介绍。

AT89S52（如图5-1所示）是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令。

图5-1AT89S52实物图

系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S52具有如下特点：

40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

5.1.2D/A的选择

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。

这个D/A芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。

（1）DAC0832的主要特性参数如下：

1）分辨率为8位；

2）电流稳定时间1us；

3）可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；

4）只需在满量程下调整其线性度；

5）单一电源供电（+5V～+15V）；

6）低功耗，200mW。

图5-2DAC0832引脚图

（3）DAC0832引脚结构（如图5-2）：

1）D0～D7：

8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；

2）ILE：

数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；

3）CS：

片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；

4）WR1：

数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

5）XFER：

数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；

6）WR2：

DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

7）IOUT1：

电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；

8）IOUT2：

电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；

9）Rfb：

反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；

10）Vcc：

电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；

11）VREF：

基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；

12）AGND：

模拟信号地；

13）DGND：

数字信号地。

5.1.3显示器的选择

显示器有液晶、数码管等，液晶价格较贵，应用复杂，而且功能比较多；

数码管价格便宜、经久耐用、功率小、以显示数字为主，我的这次设计用四位一体的数码管已经足够。

数码管（如图5-3所示）是由多段发光二极管排列在一起构成的，共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮；

当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

共阴数码管在应用时应将公共阴极（COM）接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮；

数码管是通过单片机的I/O口输出的十六进制数来控制位和段的高/低电平（如图5-4所示），当段选信号和位选信号同时选中某段或者某几段发光二极管它就会发光，从而达到同时控制所有发光二极管。

图5-3数码管实物图

图5-4数码管引脚图

5.1.4晶振的选择

每个单片机系统里都有晶振，全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

为了和AT89S52配合，我这次选的是频率为12MHZ的晶振。

晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十，高级的精度更高。

有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器。

图5-5晶振电路

晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。

有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振一般与两个电容串联使用才能产生脉动的震荡频率，其电路（如图5-5所示）。

电容大小没有固定值，一般二三十pf，晶振是给单片机提供工作信号脉冲的。

这个脉冲就是单片机的工作速度。

比如12M晶振，单片机工作速度就是每秒12M，和电脑的CPU概念一样。

当然，单片机的工作频率是有范围的，不能太大，一般24M就不上去了，不然不稳定。

接地的话数字电路弄的来乱一点也无所谓，看板子上有没有模拟电路，接地方式也是不固定的，一般串联式接地，从小信号到大信号依次接，然后小信号连到电源处，有变压器就连到变压器旁。

这里就介绍几个主要元器件，其他的就不一一介绍了。

所有元件清单见附录2表1。

5.2硬件电路图设计

硬件电路采用常用AT89S52的P0口和P2口分别对四位共阴数码管的位和段进行控制，P1口的八个口分别接在DAC0832的八个数据输入端口上，单片机的数据可以从此输送给D/A转换器，DAC0832再外接两级低漂移的运放ua714电路，另外还用了一个滑动变阻器来调节输出电压的偏差。

电路中有两个控制按键，一个是增加电压用的“增加”键，一个是减小电压的“减小”键。

系统仿真时可以通过按下“增加”“减小”键来控制输出电压大小。

各元件在图中位置要协调好，尽量不交叉，连线要正确。

下图（图5-6）是本设计的Proteus仿真环境下完整的截图。

图5-6仿真电路

从下图（图5-7）可以看出，输出电压并不是显示的5.0V而是4.9994V，这个设计的输出并不是百分百精确的，而是有一定误差的，可以通过旋转滑动变阻器来微调，但是最大误差在0.02V左右。

图5-7电压输出端放大图

5.3硬件的焊接

硬件的焊接是一个比较辛苦的过程，不仅要有耐心，还要细心，别怕麻烦。

对照电路图一步一步的焊接，同时要注意安全。

步骤：

（1）准备工作要做好，先将烙铁放在烙铁架上，把松香放在手边，插上烙铁电源，等温度上去了才能焊接。

（2）规划好各个元件的大概位置，可以用笔简单的勾勒一下。

（3）将电子元件一个一个的焊接在电路板上，注意焊好的时候先拿开焊锡丝，再拿开烙铁。

（4）对照电路图，用铜丝将应该连接的端口连在一起。

（5）对照电路图再次检查看电路是否焊接正确。

（6）用万用表检测是否有虚焊或者没有焊接上的地方。

焊接所用工具及用途见附录2表2。

硬件的实物图和使用说明见附录3。

6调试

调试就是一个检查的过程，不管是软件还是硬件都要进行调试才能发现其中的错误或者漏洞，所以调试也是设计中不可或缺的一部分。

6.1程序调试

在用keiluVision软件写好程序之后，要对程序进行检查，看是否有语法错误，调试的步骤如下：