分级输出四路带保护程控电源设计与实现

中文摘要………………………………………………….………………………………………….…VI
外文摘要………………….…………………………….………………………………………….…VII
1 引言 1
1.1 选题背景 1
2 系统综述 2
2.1文献综述 2
2.1.1稳定电压输出与可调电压技术 3
2.1.2单片机控制技术 3
2.2 系统及需求分析 3
2.2.1 主要功能 3
2.2.2 可行性分析 4
2.3 设计背景 5
2.4 系统功能简介 6
2.4.1 分级输出功能 6
2.4.2 模式选择功能 6
2.4.3 报警功能 6
2.4.4 下载配置功能 6
2.4.5 保护功能 7
2.5 系统开发目标 7
3 系统分析 7
3.1 硬件结构图 7
3.2 功能模块图 8
4 系统设计 9
4.1 硬件模块结构设计 9
4.1.1 总电路图 9
4.1.2 稳压输出部分电路设计 9
4.1.3 分级部分电路设计 10
4.1.4 保护功能部分设计 11
4.1.5 蜂鸣器提示部分设计 12
4.1.6 配置存储电路设计 12
4.1.7 单片机部分周边电路设计 13
4.2 软件设计 13
4.2.1 主体程序流程图 14
4.2.2 电压调节模式流程图 14
4.2.3 永久触发模式流程图 15
5 系统实现 17
5.1 硬件部分的实现 17
5.2 软件的实现 19
5.2.2 下位机配置读\写程序的实现 24
5.2.6 总体程序的实现 30
6 系统的开发环境及测试分析 30
6.1 系统开发环境 30
6.2 系统测试分析 30
6.2.1 硬件测试分析 31
6.2.2 程序测试分析 31
6.2.3 全系统测试 31
6.2.4 用户验收测试 32
7 总结 32
致谢 34
2.2 系统及需求分析
2.2.1 主要功能
输入电源（外接电源）+9v，输出共四路电源，分别为四路遥控器正常供电，输出电压范围+2.2v~4.0v，输出电流不超过600mA。
1.保护功能：当遥控器的电流超过600mA，该路的电源制动保护，直到给出复位信号，恢复供电。
2.分级输出电压：可以根据需求设置不通电压输出（仍然电流不能超过600mA），分级输出电压2.4v， 2.7v，3.0v，3.3v, 3.6v。
3.分级输出的时间设置：根据需求可以设定任意一个电压的输出时间段，当该时间段完成，跳入下一时间段的电压输出。
4.上位机设置功能：通过上位机加载所保存的设置，或者添加生产需要常用的设置。
5.报警功能：当任意一路断路(电流超过600mA)，该路的指示灯亮，显示该路出错。
6.工作两种模式：按键模式和永久触发模式。
2.2.2 可行性分析
要完成本系统功能，主要需要解决两大方面的内容：一就是对分级输出电压，考虑到LM317同过电流控制其输出电压的改变，所以采用了可调电阻（本系统采用精密电位器），考虑到系统完全由程序控制电压的跳动，即要在多个电阻间进行切换，采用CD4066电路开关实现多个电阻间的切换工作；另一个就是通过监控系统电流的大小实现对系统的保护。在技术难度方面，由于有指导老师的指导和相关参考文献，因此完全可以实现。
在本机中使用的单片机是80C51F340。80C51F340是一个低功耗, C8051F340器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU。下面列出了一些主要特性，
􀁹 高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核（可达48MIPS）
􀁹 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）
􀁹 通用串行总线（USB）功能控制器，有8个灵活的端点管道，集成收发器和1K FIFO RAM
􀁹 电源稳压器
􀁹 真正10位200 ksps的单端/差分ADC，带模拟多路器
􀁹 片内电压基准和和温度传感器
􀁹 片内电压比较器（两个）
􀁹 精确校准的12MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器
􀁹 多达64KB的片内FLASH存储器
􀁹 多达4352字节片内RAM（256+4KB）
􀁹 硬件实现的SMBus/ I2C、增强型UART（最多两个）和增强型SPI串行接口
该单片机可组成独立系统，并且成本低，运行速度快，其强大的功能是完全可以实现该系统的。
分级输出功能的实现
分级输出功能，顾名思义，便是控制输出有多个电压，这些电压可以更具需求随意的切换（当然也可以不切换），这样才能体现该系统的灵活。
保护功能的实现
保护功能，有很多方面，比如西东的散热，电流过大，某一部分的电压过大。该系统的保护主要保护电路的电流不过大，一般电源保护系统的主要考虑方面就是电流。
保护功能的实现的精髓：比较输入部分电压的变化（在输入短串联一个较小的电路来监控系统电压的变化），通过监控电压的变化转化成监控电流的变化。
另一部分便是比较电路，比较部分不是程序控制的，完全电路实现，系统开始提供一个基准（用来和监控电压比较的），比较电压的芯片LM324，比较结果反馈给系统，结果异常的话，系统会制动断路。
定时功能（主要运用于永久触发模式）
定时功能，主要用于永久触发模式，设定的时间就是电压切换的时间。
定时功能，主要用的是80C51F340里的定时器来实现的
报警功能
在本系统中，报警便是系统的电流过大：出现短路等现象。报警现象：出错的那一路显示灯变红色，蜂鸣器长鸣，知道系统恢复。
上位机加载配置功能
上位机加载配置，即根据需求配置该系统的参数。
2.3 设计背景
很多生产遥控器厂商，生产的遥控器因在高于或低于额定电压（该电压属于工作范围之内）而不能工作，导致大量产品退货返厂，使得生产厂商损失巨大，不仅损失了经济，而且损坏了名誉。分级输出四路带保护程控电源，是为遥控器厂商量身定做的一款测试电源，第一，可以检测出不合格的遥控器，提高了产品质量；第二，四路同时检测，原本四个人做的事一个人可以完成，制动化检测为工厂节约了劳动力，提高了生产效率；第三，带有保护系统，电流过大时自动断电，遥控器不会被烧坏，而且保证了工人的人生安全。
分级输出四路带保护直流电源，当然可以做一般程控电源，可以根据自己需求调节不同电压，性能稳定，抗干扰能力强。
2.4 系统功能简介
本系统主要实现以下各功能：分级输出功能、系统保护功能、警告功能、下载配置功能，模式选择功能。
2.4.1 分级输出功能
分级输出的可以的功能主要是通过2个IC：LM317和CD4066来实现。CD4066是个封装4个开关的的芯片，本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=12671这样就能够很方便实现开关电路即实现不同电阻的切换。
实现了不同电阻的切换后，把电阻串联到LM317的ADJ端口，选准基准电阻，让串联电阻与基准电阻的比值乘以基数便是想得到的电压。
2.4.2 模式选择功能
工人根据自己的习惯，不同的需求和对系统的操作的熟练的程度可以选择不同的工作模式，一般熟练的工人选择永久触发模式，新手选择按键触发模式。
2.4.3 报警功能
当听到蜂鸣器响起时，系统遍出现报警，让后检查指示灯，查看四路中哪一路出现错误。
2.4.4 下载配置功能

根据生产需要下载需要的配置，配置的参数如下图所示：
在这里插入图片描述

图2 下载配置界面图

// power.cpp : Defines the class behaviors for the application.
//#include "stdafx.h"
#include "power.h"
#include "powerDlg.h"#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif/
// CPowerAppBEGIN_MESSAGE_MAP(CPowerApp, CWinApp)//{{AFX_MSG_MAP(CPowerApp)// NOTE - the ClassWizard will add and remove mapping macros here.//    DO NOT EDIT what you see in these blocks of generated code!//}}AFX_MSGON_COMMAND(ID_HELP, CWinApp::OnHelp)
END_MESSAGE_MAP()/
// CPowerApp constructionCPowerApp::CPowerApp()
{// TODO: add construction code here,// Place all significant initialization in InitInstance
}/
// The one and only CPowerApp objectCPowerApp theApp;/
// CPowerApp initializationBOOL CPowerApp::InitInstance()
{AfxEnableControlContainer();// Standard initialization// If you are not using these features and wish to reduce the size//  of your final executable, you should remove from the following//  the specific initialization routines you do not need.#ifdef _AFXDLLEnable3dControls();			// Call this when using MFC in a shared DLL
#elseEnable3dControlsStatic();	// Call this when linking to MFC statically
#endifCPowerDlg dlg;m_pMainWnd = &dlg;int nResponse = dlg.DoModal();if (nResponse == IDOK){// TODO: Place code here to handle when the dialog is//  dismissed with OK}else if (nResponse == IDCANCEL){// TODO: Place code here to handle when the dialog is//  dismissed with Cancel}// Since the dialog has been closed, return FALSE so that we exit the//  application, rather than start the application's message pump.return FALSE;
}