摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是基于STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)具有四路輸出電壓的電源，并通過(guò)LCD顯示模塊顯示它的電壓值。它的四路直流電壓的輸出分別為0~30V、5V、12V、3.3V。本次設(shè)計(jì)主要介紹了電源電路、采樣電路、過(guò)壓保護(hù)電路以及顯示電路的硬件設(shè)計(jì)以及程序設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)采用的STM32單片機(jī)內(nèi)部的功能十分豐富，有強(qiáng)大的ARM芯片，并且自帶A/D轉(zhuǎn)換模塊，與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比，它具有運(yùn)行速度快，功率消耗低的特點(diǎn)。而直流電壓的采樣電路主要是通過(guò)兩個(gè)電阻串聯(lián)分壓實(shí)現(xiàn)。直流電壓的獲得是通過(guò)把變壓器進(jìn)行降壓，然后通過(guò)整流橋整流接著在濾波電路和穩(wěn)壓器的作用下獲得。最后把獲得的直流電壓轉(zhuǎn)為信號(hào)傳入單片機(jī)中，再通過(guò)LCD屏幕顯示，最終的仿真結(jié)果通過(guò)proteus仿真軟件進(jìn)行仿真處理得到最后的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：STM32，過(guò)壓保護(hù)，直流電源，LCD顯示器AbstractThisgraduationprojectismainlybasedonSTM32microcontrollertodesignapowersupplywithfouroutputvoltageanddisplayitsvoltagevaluethroughLCDdisplaymodule.TheoutputofthefourDCvoltageis0~30V,5V,12Vand3.3Vrespectively.Thisdesignmainlyintroducesthepowersupplycircuit,samplingcircuit,overvoltageprotectioncircuit,andthehardwaredesignandprogramdesignofdisplaycircuit.ThisdesignusestheSTM32microcontrollerinsidethefunctionisveryrich,hasthepowerfulARMchip,andownstheA/Dconversionmodule,comparedwiththetraditional51singlechipmicrocomputer,ithasthefastrunningspeed,thepowerconsumptionislow.TheDCvoltagesamplingcircuitismainlyrealizedbytwoseriesvoltagedivider.TheDCvoltageisobtainedbydepressurizationofthetransformerandthenbyrectifierbridgeandthenundertheactionofthefiltercircuitandtheregulator.Finally,theobtainedDCvoltageistransferredintoasignaltothesinglechipmicrocomputerandthendisplayedontheLCDscreen.ThefinalsimulationresultsaresimulatedthroughthesimulationsoftwareofProteustogetthefinalsimulationresults.Keywords:STM32,overvoltageprotection,DCpowersupply,LCDdisplay目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 2Abstract 31概述 51.1數(shù)字電源的背景和意義 51.2數(shù)字電源的發(fā)展及其現(xiàn)狀 62方案論證 72.1基本要求 72.2工作框圖及原理 72.3方案論證及選擇 83STM32數(shù)字電源的硬件電路設(shè)計(jì) 113.1STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 113.2直流穩(wěn)壓電源主電路的選擇 113.3A/D采樣電路設(shè)計(jì) 13圖3.7 143.4保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 143.5顯示電路的設(shè)計(jì) 153.6整體電路結(jié)構(gòu) 174STM32數(shù)字電源的軟件設(shè)計(jì) 194.1編程軟件的簡(jiǎn)介 194.2主程序流程圖 204.4LCD子程序設(shè)計(jì) 224.5A/D、D/A子程序設(shè)計(jì) 264.6保護(hù)電路子程序設(shè)計(jì) 275仿真結(jié)果及分析 295.1Proteus軟件的概述： 295.2輸出可調(diào)電壓的仿真結(jié)果 295.33.3V直流電壓輸出的仿真結(jié)果 325.412V直流電壓輸出的仿真結(jié)果 33總結(jié) 35參考文獻(xiàn) 36附錄 371概述設(shè)計(jì)的背景和意義在每個(gè)人的生活中一定不能缺少的就是直流穩(wěn)壓電源，許多電器的使用必須用到電源，而直流穩(wěn)壓電源就是其中一種，而直流穩(wěn)壓電源的種類一般分為兩種，一種被稱為線性直流電源，線性的解釋是指在電源供電的工作過(guò)程中不會(huì)同外界的變化發(fā)生變化，在使用這種電源的時(shí)候，可以利用調(diào)整管來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，而輸出的電壓幅值在經(jīng)歷過(guò)電路的一系列流程變化之后仍然不會(huì)改變，這個(gè)不會(huì)改變的電壓幅值就是人們所需要的電源提供的電壓幅值。另外一種就是開關(guān)的直流穩(wěn)壓電源，相對(duì)比第一種，這種電源的輸出的電壓不是穩(wěn)定的，這種電源的電壓幅值在外界或者內(nèi)部發(fā)生了變化之后，會(huì)隨之發(fā)生變化，為了使這種發(fā)生變化的電壓幅值仍然能夠被人們使用，于是在電源加了一個(gè)開關(guān)來(lái)進(jìn)行控制，從而得到一種穩(wěn)定不發(fā)生不變化的電壓值。在生活中電的需求越來(lái)越高，電源的需求數(shù)目也日益增長(zhǎng)，人們的生活離不開電，如果缺少的電的存在，將無(wú)法繼續(xù)生活，所以電源的重要性體現(xiàn)在日常生活中的每一處。本次設(shè)計(jì)中，會(huì)只用Protues軟件對(duì)電源進(jìn)行仿真，甚至在仿真過(guò)程中，都離不開電源，電源隨時(shí)隨地的出現(xiàn)在生活的每一處。在使用電源的時(shí)候能讓電源保持一種穩(wěn)定的電壓，能降低能量的損壞保持一種高利用率，這種電源是人們所希望出現(xiàn)的，同時(shí)也是現(xiàn)代科學(xué)應(yīng)該是研究探討的。每個(gè)人都希望設(shè)計(jì)出一種符合人們生活習(xí)慣，保證每個(gè)人都能使用的電源，但是先不說(shuō)使用就連得到一個(gè)直流電源都不是那么容易，首先需要給電路一個(gè)交流電，這個(gè)交流電壓將會(huì)非常大，這個(gè)時(shí)候需要用變壓器對(duì)交流電壓進(jìn)行降壓，得到一個(gè)較小的交流電壓，再用整流電路對(duì)交流電進(jìn)行整流從而得到直流電，整流之后的直流電壓不一定就是符合人們使用的電壓，因?yàn)檎鬟^(guò)程中會(huì)使電壓產(chǎn)生波紋，這種直流電壓就是不穩(wěn)定的，不能直接使用，在要進(jìn)一步進(jìn)行濾波才能把不穩(wěn)定的電壓波紋過(guò)濾掉，所以在電路中又會(huì)添加一個(gè)濾波，對(duì)多余電壓波紋進(jìn)行過(guò)濾，剩下的電壓才是人們所需要的，但是這個(gè)電壓仍然有可能是不穩(wěn)定的，所以最后經(jīng)過(guò)一個(gè)穩(wěn)壓電路，對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理，將輸出電壓的電壓幅值進(jìn)行穩(wěn)定，不發(fā)生多余變化，這個(gè)穩(wěn)定輸出的電壓就符合人們生活所需的理想電壓。設(shè)計(jì)的發(fā)展及其現(xiàn)狀其實(shí)當(dāng)代人們?cè)谏钪校缇陀腥税l(fā)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源并且創(chuàng)造出來(lái)，但是人們對(duì)這種電源的認(rèn)知不足，不能安全的使用這種電源，例如在電源的穩(wěn)定性上來(lái)說(shuō)，當(dāng)電壓產(chǎn)生的時(shí)候附帶了許多電壓雜波，而這種不需要的雜波影響了電壓的穩(wěn)定，也影響了電壓的使用，一些電器元件在使用的時(shí)候都會(huì)因?yàn)檫@種雜波發(fā)生故障，所以不能使用這種電源來(lái)進(jìn)行控制。但是隨著科技的發(fā)展，電源的種類及數(shù)目都越來(lái)越多，人們所需要的電源也越來(lái)越多，于是有人在原來(lái)人們發(fā)現(xiàn)的那種不穩(wěn)定的電源的基礎(chǔ)上，將不穩(wěn)定電源不斷改良并進(jìn)行創(chuàng)作發(fā)展，發(fā)明出更穩(wěn)定也更符合人們生活習(xí)慣的電源，例如價(jià)格低廉，體型小巧，方便攜帶，功能強(qiáng)大等。在原來(lái)對(duì)電源的發(fā)明，基本上穩(wěn)定性都不高，而現(xiàn)在穩(wěn)定性幾乎可以說(shuō)是第一要求了，并且在使用的過(guò)程中要求一直保持著穩(wěn)定，這樣在許多電器的使用過(guò)程中才不會(huì)發(fā)生電器斷開，電器停止使用的情況。電源在使用過(guò)程中，一定保持其穩(wěn)定性，不變形并且可靠性要高，這樣子的電源才能在生活的每一處通用，如果要求達(dá)不到，許多給生活帶來(lái)便利和舒適的電器根本無(wú)法使用，所以電源的發(fā)明一定要具備這些條件。2系統(tǒng)方案方選擇與論證此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)具有多路輸出的電源電路，根據(jù)任務(wù)書要求這個(gè)電路必須具有以下功能，通對(duì)對(duì)交直流電壓并且能實(shí)時(shí)在LCD顯示屏上顯示電壓大小，且分別為5V、3.3V、12V和0~30V，而且這個(gè)電壓的精度要為0.1V，同時(shí)具有過(guò)壓保護(hù)電路，它的過(guò)壓保護(hù)范圍為0~30V。本次設(shè)計(jì)主要是有以下幾部分組成：多路輸出的電源電路、A/D采樣電路、顯示電路、以及STM32單片機(jī)部分。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)要求，其中STM32單片機(jī)為主控制器，在keil軟件中經(jīng)過(guò)編程之后在對(duì)線路中的電壓進(jìn)行調(diào)整和監(jiān)控。多路輸出電源電路模塊主要是由各種元器件組成，首先是在變壓器作用下降壓，然后通過(guò)整流橋進(jìn)行整流再用電容對(duì)電路起到濾波作用最后獲得需要的電源。A/D轉(zhuǎn)換模塊是STM32單片機(jī)自帶的轉(zhuǎn)換，它具有強(qiáng)大的功能相比于其他單片機(jī)而言，它的更加的實(shí)用并且工作效率更高。它的總結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：圖1總結(jié)構(gòu)框圖主控制器的選擇主控制器是單片機(jī)的核心部分，我們需要對(duì)它進(jìn)行全面的分析比較，選擇一個(gè)最合適的主控器。現(xiàn)有如下幾種方案。方案一是選用STM32系列單片機(jī)，它是由意法半導(dǎo)體集團(tuán)推出的一款單片機(jī)，與其他單片機(jī)相比，它基本上完勝它們，它不僅性價(jià)比高而且功能十分強(qiáng)大。它有一個(gè)比傳統(tǒng)單片機(jī)高級(jí)很多的ARM內(nèi)核具有很多傳統(tǒng)的單片機(jī)不具有的資源。她是一個(gè)32位的單片機(jī)，能夠?yàn)槭褂谜咛峁└鞣N易于操作的軟件硬件輔助工具。它具有功耗低，超強(qiáng)性能、低電壓和實(shí)時(shí)性高的功能，而且制作成本比51單片機(jī)低很多而功能卻比它強(qiáng)大很多倍，所以現(xiàn)在很多地方都淘汰了51單片機(jī)而選擇STM32單片機(jī)。方案二是選用51單片機(jī)，就51單片機(jī)而言其實(shí)它是一款比較容易學(xué)習(xí)使用的一款單片機(jī)，它具有一下一些特點(diǎn)，首先它具有如下優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉是51單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一就這是的我們適合對(duì)大批量的計(jì)量?jī)x器進(jìn)行規(guī)?；脑欤⑶业乃捏w積較小便于我們攜帶操作，是改造工作更方便。還有就是51單片的編寫流程和語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和C語(yǔ)言差不多只是增加了一些語(yǔ)句和命令，但是它更簡(jiǎn)練和明確，可以控制每個(gè)引腳的輸入輸出狀態(tài)。它的主要語(yǔ)句大多都集中循環(huán)和判斷語(yǔ)句上相比計(jì)算機(jī)的C語(yǔ)言更加簡(jiǎn)單，就這易于我們學(xué)習(xí)操作，為我們節(jié)省大量的時(shí)間。它能夠通過(guò)內(nèi)部的眾多的端口對(duì)外圍的設(shè)備進(jìn)行精確的操作，具有強(qiáng)大的工控能力。同時(shí)51單片機(jī)也有很多不足的地方，比如它的功能不夠完善，需要擴(kuò)展，增加了硬件和軟件的負(fù)擔(dān)對(duì)它們的要求更高。還有就是51單片機(jī)的運(yùn)行速度比較慢，所以就導(dǎo)致它的實(shí)時(shí)性很低不利于我們對(duì)數(shù)據(jù)采集的需求。它的自身保護(hù)程序相對(duì)與其他大部分單片機(jī)而言如同虛設(shè)保護(hù)能力差，它的芯片很容易被毀壞。索然它的I/O腳使用起來(lái)十分簡(jiǎn)單，但是高電平時(shí)沒(méi)有輸出能力這是51單片機(jī)最大的缺點(diǎn)。方案三是選用MSP430系列單片機(jī)，它是由美國(guó)一家公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)。它具有處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，超低功耗和自身資源豐富的功能。51單片機(jī)與其相比都不具備這些功能。但是它也有一些不足之處，它在網(wǎng)上的學(xué)習(xí)資料非常少，使用不夠普遍，就這會(huì)讓初學(xué)者學(xué)習(xí)起來(lái)非常困難，就此次畢業(yè)設(shè)計(jì)而言，沒(méi)有足夠的時(shí)間讓我對(duì)此款單片機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)使用。綜合上面三種方案根據(jù)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要和現(xiàn)有的單片機(jī)芯片本次設(shè)計(jì)采用方案一的STM32單片機(jī)完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。它的功能比51單片機(jī)更加強(qiáng)大，而比MSP430單片機(jī)更加容易學(xué)習(xí)上手所以STM32將作為此次設(shè)計(jì)的主控制器。電源的選擇3STM32數(shù)字電源的硬件電路設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32單片機(jī)的具有多路輸出電壓的電源，它主要包括電源電路模塊、LCD模塊、按鍵模塊和過(guò)壓保護(hù)模塊，而主控制是STM32，其主要結(jié)構(gòu)圖如下圖：圖結(jié)構(gòu)框圖3.1STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)STM32的內(nèi)部資源極其豐富，一般單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括電源、復(fù)位、時(shí)鐘、調(diào)試接口，有一些需求更高的一般還包括一個(gè)通信接口和外擴(kuò)存儲(chǔ)器。STM32單片機(jī)的最小系統(tǒng)如下圖3.1所示圖3.1STM32最小系統(tǒng)3.2多路輸出的電路設(shè)計(jì)一個(gè)具有多路輸出的直流電源是這次設(shè)計(jì)的目的，由于要具有多路輸出，所以此次設(shè)計(jì)我分別設(shè)計(jì)了一個(gè)±3.3V、±5V、±12V和0~30V的電源電路。首先是第一路±3.3V電源電路的設(shè)計(jì)，接入電源后接上一個(gè)LM1117MP-3.3穩(wěn)壓芯片是電路能輸出-3.3V，由于這個(gè)電路是由交流變直流所以還需要接兩個(gè)電容C17和C18對(duì)這個(gè)電路起到濾波的作用，這兩個(gè)電容的大小分別為0.1uf和220uf，接著接一個(gè)指示燈判斷電路是否正常運(yùn)行，最后就是電壓的采樣電路了其中的R14和R15的大小都是10KΩ。如下圖3.2圖3.2±3.3V可調(diào)電壓主電路圖第二路電源電路為±5V，首先通過(guò)變壓器TR1將外接電源進(jìn)行降壓，然后通過(guò)整流橋BR1將交流變成直流，在通過(guò)C1和C2起到濾波的作用，其中會(huì)接入一個(gè)7805穩(wěn)壓器是我們能夠獲得穩(wěn)定的電壓。由于要輸出電壓，所以我們必須要有電壓采樣電路由分別由兩個(gè)電阻R2和R3組成，他們的大小都為10KΩ，同時(shí)加入了ICL7660電壓反轉(zhuǎn)器。此條電源電路如下圖3.3所示圖3.3±5V電源電路第三路為±12V電源電路，它主要是由變壓器TR1，整流橋BR2，7812穩(wěn)壓器，指示燈，采樣電路和電壓反轉(zhuǎn)器ICL7660以及各個(gè)電容組成。在這條電路當(dāng)中變壓器主要是對(duì)電壓進(jìn)行降壓得到我們需要的電壓大小，整流橋的作用就是將接近線路的交流變成直流，此處接7812的作用就是為我們提供穩(wěn)定的電壓，而線路中的電容就是對(duì)交流進(jìn)行處理起到濾波的作用。電壓反轉(zhuǎn)器則能夠提供我們需要的-12V電壓。采樣電路對(duì)電壓進(jìn)行采樣最后獲得我們需要的電壓并顯示到顯示器上。其中R5=R6=10K，C5=0.1uf，C6=C8=C23=220uf,C21=C22=10UF,本條線路如下圖3.4所示圖3.4±12V電源電路第四路為0~30V的電源電路，這條電路與上面三條電源電路有所不同，上面三條只需要輸出固定的電壓值，而此條電路需要能夠輸出0~30V之間可調(diào)。對(duì)比與前三條電路最大的不同之處是它多了一個(gè)LM2491C和滑動(dòng)變阻器RV1和RV2就是因?yàn)榻由狭诉@幾個(gè)電器元件使得這條線路的輸出電壓可以進(jìn)行調(diào)整和控制，而不同于前三路需要7805和7812進(jìn)行穩(wěn)壓。其余部分和前三路一樣，這條電路同樣需要進(jìn)行降壓和整流還需要電容進(jìn)行濾波從而獲得直流電源并且具有相同的采樣電路和指示燈部分。其中重要元器件的參數(shù)為C9=C13=C11=C15=0.1uf，C10=C14=C16=C12=2200uf，R8=R9=R11=R12=10K,線路圖如下圖3.6所示：如圖3.60~30V電源電路在這個(gè)部分我主要是先通過(guò)變壓器降壓然后通過(guò)整流橋使交流變直流，再由220uf的電容和各自電源電路相對(duì)應(yīng)的LM7805、LM1117以及LM7812穩(wěn)壓得到系統(tǒng)所需要的±5V、±3.3V以及±12V以及0~30V電源3.3A/D采樣電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的需求我們需要對(duì)0~30的電壓進(jìn)行采樣，把直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)的采樣信號(hào)最后經(jīng)過(guò)單片機(jī)運(yùn)算之后在LCD顯示器上顯示出來(lái)我們所需要的數(shù)據(jù)。直流電壓的采樣方法有很多，但是通常我們都是用電阻進(jìn)行分壓。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)電壓的精度要求不高為0.1V。高精度電阻串聯(lián)分壓是這次設(shè)計(jì)的采樣方式。這次設(shè)計(jì)需要分別對(duì)5V、3.3V、12V、0~30V進(jìn)行采樣如圖3.7所示，但是我們得到的分壓值必須小于3.3V否則會(huì)使單片機(jī)燒毀從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗。如圖所示5V的串聯(lián)電阻R2=R3=10K,而3.3V的串聯(lián)電阻為R4=R5=10K,12V電壓的串聯(lián)電阻為R6=19K、R7=1K,最后就是0~30V電壓的采樣它是通過(guò)一個(gè)滑動(dòng)變阻器進(jìn)行電壓采樣的。最后通過(guò)PCF8991對(duì)我們收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖3.7采樣電路3.4過(guò)壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)為了避免因?yàn)檫^(guò)壓而使元器件收到毀壞，所以在這次設(shè)計(jì)中我們要對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，從而必須設(shè)計(jì)過(guò)壓保護(hù)電路。從圖3.8示所知，本次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)繼電器控制，一旦電壓超過(guò)了精度范圍我們所需的電壓時(shí)，它就會(huì)切斷電源電壓對(duì)電路進(jìn)行自我保護(hù)。由圖中我們可以看到首先時(shí)由ULN2003A這個(gè)元件連接了四個(gè)繼電器控制，繼電器的輸入輸出端口都是經(jīng)過(guò)ULN2003A的，它的作用時(shí)隨時(shí)感受電路之中是否發(fā)生了過(guò)壓現(xiàn)象，一旦發(fā)生它馬上會(huì)接受指令然后控制繼電器只會(huì)切斷相應(yīng)的那一路的電源電路，就是因?yàn)檫@樣的設(shè)計(jì)，它只會(huì)讓過(guò)壓的一路電源停止工作而不會(huì)影響到另外的三路電源，時(shí)各路能夠單獨(dú)的正常的運(yùn)行工作。同時(shí)也是各路線路的元器件都得到了相應(yīng)的保護(hù)。其過(guò)壓保護(hù)繼電器如圖3.5所示:圖3.8過(guò)壓保護(hù)繼電器圖3.5顯示電路的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)獲得電源電壓需要一個(gè)器件顯示出來(lái)，方便我們讀數(shù)記錄，這個(gè)器件采用LCD顯示屏來(lái)顯示最后獲得的相應(yīng)的電壓值它的主要結(jié)構(gòu)如圖3.9所示:圖3.9LCD顯示電路LCD顯示屏的型號(hào)類型有很多，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的時(shí)LM016L這個(gè)型號(hào)的顯示屏，由截圖中的LCD模塊我們可以看出它有14條引角線，分別為VSS、VDD、VEE、RS、RW、E以及D0~D7。它們每個(gè)部分都有著不同的作用功能，比如VSS代表的時(shí)接地部分，而VDD則是接的電源部分，RS的功能是選擇寄存器當(dāng)電壓的電平高低不同的它會(huì)選擇相應(yīng)的寄存器（寄存器包括以下兩種：數(shù)據(jù)寄存器和指令寄存器），而D0~D7與之相對(duì)應(yīng)的是單片機(jī)上的PC0~PC7。無(wú)論是數(shù)字還是符號(hào)甚至于字母LM016L顯示器都能顯示出來(lái)，并且它顯示出來(lái)的內(nèi)容可以分成兩行，能夠按照本次設(shè)計(jì)的要求顯示出各路的輸出電壓。4STM32數(shù)字電源的軟件設(shè)計(jì)4.1編程軟件的簡(jiǎn)介Proteus8.7將作為此次仿真的編程軟件，它是由一家英國(guó)公司推出的EDA工具軟件，該軟件具有原理布圖和PCB自動(dòng)或者人工布線，還能進(jìn)行相應(yīng)的電路仿真，最主要的芯片有51系列、ARM等，它還能對(duì)每個(gè)原理圖上的虛擬元件進(jìn)行編程，然后通過(guò)模擬運(yùn)行，得到仿真效果。Keil是此次設(shè)計(jì)的編程軟件，它是由一家美國(guó)公司推出的單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，C語(yǔ)言在功能上，程序結(jié)構(gòu)上，程序的可維護(hù)性上相比于匯編語(yǔ)言有著明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，使用也比較容易。4.2主程序設(shè)計(jì) 根據(jù)任務(wù)書要求本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是要獲得一個(gè)具有多路輸出電壓的數(shù)字電源，它同時(shí)包括了過(guò)壓保護(hù)電路能夠?qū)€路中的各種元器件進(jìn)行保護(hù)，但是不會(huì)影響到其他路的電源輸出。如果單純的依靠硬件電路它是不能夠獲得我們所需要的結(jié)果的，因此我們還要對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，它是我這次設(shè)計(jì)的重中之重。整個(gè)系統(tǒng)都必須基于程序才能夠運(yùn)行，而此次設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)四路輸出，所以這個(gè)主程序主要包括這幾個(gè)部分：首先是程序的初始化，然后是開始主循環(huán)，通過(guò)不同次數(shù)的按按鍵獲得3.3V、5V、12V、0~30V這幾個(gè)我們需要的電壓數(shù)據(jù)，最后又返回主循環(huán)。如圖4.2所示：圖4.2主程序框圖 4.4LCD子程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的顯示屏型號(hào)為L(zhǎng)M1602L顯示器，它的子程序顯示是系統(tǒng)采樣的的四路電源電路的輸出電壓。它能夠?qū)TM32單片機(jī)的輸出信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，電壓變化之后，顯示進(jìn)行同步改變。LCD顯示屏程序流程框圖如圖4.4所示：圖4.4LCD程序框圖4.5A/D子程序設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換程序在單片機(jī)中起到了一個(gè)重中之重的作用，因?yàn)檎麄€(gè)單片機(jī)的采樣是基于A/D轉(zhuǎn)換程序的，假設(shè)單片機(jī)沒(méi)有了采樣也就沒(méi)有了輸入信號(hào)接著就沒(méi)有輸出信號(hào)，然后LCD上什么都不會(huì)顯示，因?yàn)镾TM32單片機(jī)不同于51單片機(jī)它自帶了A/D轉(zhuǎn)換對(duì)電源電路進(jìn)行采樣，所以在編寫這個(gè)程序的時(shí)候會(huì)比較簡(jiǎn)單。它的子程序?yàn)?include"adc.h"#include"delay.h"#include"myiic.h"voidAdc_Init(void){ IIC_Init();} u8PCF8591_SendByte(unsignedcharaddr,unsignedcharchannel){Start_I2c();I2C_SendByte(addr);if(ack==0)return(0);I2C_SendByte(0x40|channel);if(ack==0)return(0);Stop_I2c();return(1);}unsignedcharPCF8591_RcvByte(unsignedcharaddr){unsignedchardat;Start_I2c();I2C_SendByte(addr+1);if(ack==0)return(0);dat=I2C_RcvByte();Ack_I2c(1);4.6過(guò)壓保護(hù)電路子程序設(shè)計(jì)根據(jù)這次設(shè)計(jì)的要求需要設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)壓保護(hù)電路，這個(gè)過(guò)壓保護(hù)電路主要是由ULN2003A和繼電器組成，當(dāng)電路中的輸出電壓超出了精度范圍的電壓值這個(gè)時(shí)候，ULN2003A會(huì)發(fā)出指令切斷產(chǎn)生過(guò)壓的電源電路。本次課題設(shè)計(jì)了四路輸出電壓所以我相應(yīng)的有四組繼電器控制模塊對(duì)每一路進(jìn)行控制，從而達(dá)到了保護(hù)電路的作用，是每個(gè)電源電路相互獨(dú)立不會(huì)彼此射到影響，下面為過(guò)壓保護(hù)的程序框圖5仿真結(jié)果及分析5.1Proteus軟件的概述：在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，單片機(jī)編程基本上遍布了各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的也越來(lái)越廣泛，它在許多學(xué)術(shù)研究中已經(jīng)成為不可或缺的一部分，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是STM32單片機(jī)。而proteus仿真軟件是常見的單片機(jī)的專用仿真軟件。我們這次使用的是proteus8.7這個(gè)最新版本，它的兼容性很高，能夠高效的給單片機(jī)服務(wù)。只要是和單片機(jī)有關(guān)的課題設(shè)計(jì)或者測(cè)量什么的都離不開這個(gè)軟件。它現(xiàn)在具有如下優(yōu)點(diǎn)：第一它的元器件庫(kù)很豐富，第二它的連線方式十分智能化，綜合這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它能夠是我們快速順利的完成硬件電路的設(shè)計(jì)和組裝連線。當(dāng)我們完成硬件設(shè)計(jì)之后，在依托keil編程軟件編好的程序之下能夠?qū)崟r(shí)的顯示各路電源電壓的數(shù)據(jù)。如果我們?cè)O(shè)計(jì)的電路圖過(guò)于龐大時(shí)，我們可以通過(guò)軟件生成的圖片進(jìn)行打印。Proteus8.7的主界面如下圖5.1所示：如圖5.1Proteus8.7主界面5.2多路輸出可調(diào)電壓的仿真結(jié)果5.2.10~30V輸出可調(diào)電壓仿真結(jié)果在此次設(shè)計(jì)中設(shè)置了四路電源電壓輸出，第一路是輸出的是0~30V可調(diào)電壓。他主要通過(guò)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電阻改變電壓的大小，是電源電路輸出所需的電壓。如下圖5.2所示：當(dāng)用按鍵來(lái)調(diào)節(jié)0~30V輸出電壓時(shí)，則需要保證調(diào)節(jié)電路當(dāng)中的滑動(dòng)變阻器RV3的阻值先調(diào)節(jié)到一定的數(shù)值。圖5.20~30V調(diào)節(jié)電路再經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)后我們所需要的電路會(huì)在LCD顯示屏結(jié)果顯示，其顯示結(jié)果分別為30V、25V、18V、10V、8V、16V電壓以及對(duì)應(yīng)的電流輸出如圖5.3所示對(duì)應(yīng)的是顯示模塊3通道值，但是會(huì)具有一定的誤差，本次設(shè)計(jì)的誤差精度為0.1V.（a）（b）（c）（d）（e）（f）圖5.3仿真結(jié)果0~30V輸出從上圖中第一路在顯示屏上獲得的六組仿真數(shù)據(jù)可以看出，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以輸出0~30V之間的電壓。5.2.13.3V輸出仿真結(jié)果第二路路輸出固定電壓3.3V，它對(duì)應(yīng)的是顯示模塊1通道值，它由R14和R15進(jìn)行采樣，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)然后單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算從而在顯示屏上顯示出對(duì)應(yīng)的電源電壓3.3V，其電源電路如圖5.5所示：如圖5.53.3V輸出電路此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電壓3.3V輸出，但最大幅值不能超過(guò)3.3V。其第二路固定輸出3.3V如圖5.6所示（存在誤差0.1V）：如圖5.63.3V輸出結(jié)果5.2.35V輸出仿真結(jié)果本次設(shè)計(jì)的第三路輸出電壓大小為5V,它對(duì)應(yīng)的是顯示模塊的0通道值，它先通過(guò)變壓進(jìn)行降壓然后再整流經(jīng)過(guò)濾波電容和電壓穩(wěn)壓器的作用獲得穩(wěn)定電壓，而R2=R3=10K的這兩個(gè)電阻將其采樣，其電源電路如圖5.7所示：圖5.7調(diào)節(jié)電路此時(shí)對(duì)應(yīng)的0通道為4.98V是因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的誤差精度為0.1V，所以它不是5V，這是一個(gè)在可接受范圍內(nèi)的電源電壓數(shù)據(jù)，如圖5.8所示：（a）圖5.85V輸出結(jié)果5.2.412V電壓輸出仿真結(jié)果本次設(shè)計(jì)的第四路電路的輸出固定電壓為12V，它的線路圖如圖5.9所示，它采用電阻R5=R6=10K的電阻進(jìn)行采樣，在這之前這個(gè)電路經(jīng)過(guò)了降壓整流和濾波電容處理經(jīng)穩(wěn)壓器獲得穩(wěn)定的電壓幅值。對(duì)應(yīng)的線路圖如圖5.9所示：（a）圖5.912V電壓輸出線路此時(shí)在LCD顯示器的2通道上顯示了12.1V與12V存在0.1 V的誤差，12V固定輸出電源電路的仿真結(jié)果如圖5.10所示：圖5.1012V輸出電壓仿真結(jié)果5.3過(guò)壓保護(hù)電路的仿真結(jié)果本次設(shè)計(jì)的過(guò)壓保護(hù)電路有四路繼電控制器，它們分別對(duì)應(yīng)了3.3V、5V、12V、以及0~30V這四路輸出電源它的電路圖如下圖5.11所示：圖5.11過(guò)壓保護(hù)電路在上圖中的ULN2003A起著中心樞紐的作用，它通過(guò)感應(yīng)每一路輸進(jìn)來(lái)的電壓幅值，當(dāng)其中某一路或者多路發(fā)生過(guò)壓故障的時(shí)候它會(huì)對(duì)相應(yīng)發(fā)生過(guò)壓故障的電源電路的繼電控制器發(fā)出指令，是電源斷開，從而來(lái)達(dá)到保護(hù)電路的功能。它不僅保護(hù)了電路，而且因?yàn)槊總€(gè)繼電控制器是相互獨(dú)立的，所以即使某一路或者多路斷開電源，它依舊不會(huì)影響到其他電源電路的運(yùn)行。接下來(lái)我們進(jìn)行仿真測(cè)試，通過(guò)仿真結(jié)果來(lái)看過(guò)壓保護(hù)電路的實(shí)際工作情況。首先觀察LCD顯示屏上的電壓數(shù)據(jù)如下圖5.12所示：圖5.12四路輸出電壓仿真結(jié)果從這組仿真結(jié)果可以得知每一路的輸出電壓幅值都在安全范圍之內(nèi)，此時(shí)我們可以觀察過(guò)壓保護(hù)電路的繼電器情況如下圖5.13所示：圖5.13過(guò)壓繼電控制器由上圖可知四個(gè)繼電器都是閉合狀態(tài)，并沒(méi)有斷開，由此可知，當(dāng)電源電路輸出的電壓幅值正常時(shí)這四個(gè)繼電器閉合不會(huì)切斷電源。所以過(guò)壓保護(hù)電路正常工作。繼續(xù)進(jìn)行仿真測(cè)試，從LCD顯示屏上獲得另一組電壓數(shù)據(jù)如下圖5.14所示：如圖5.14四路輸出電壓仿真結(jié)果這組仿真中的電壓顯示分別為6V、4V、12.1V、和29.8V，其中顯示器的0通道的6V和1通道4V分別超出的5V電源電路和3.3V電源電路的輸出幅值，接下來(lái)我們可以看到過(guò)壓保護(hù)電路中分別對(duì)應(yīng)的5V和3.3V電源電路的繼電器已經(jīng)閉合切斷電源，而另外兩路12V和0~30V的繼電器閉合，它們對(duì)應(yīng)的電源電源依舊正常運(yùn)行。如下圖5.15所示：圖5.14過(guò)壓繼電器結(jié)論：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的仿真，實(shí)現(xiàn)了具有多路輸出電壓電源的設(shè)計(jì)，它以STM32單片機(jī)為核心，通過(guò)LCD顯示屏顯示電壓幅值，并且在整個(gè)硬件電路中實(shí)現(xiàn)了過(guò)壓保護(hù)，一旦電源電路發(fā)生過(guò)壓現(xiàn)象，繼電器馬上會(huì)在ULN2003A的指令作用下開關(guān)斷開，并且切斷對(duì)應(yīng)電源電路的電源，從而保護(hù)電路?？偨Y(jié)我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是《基于STM32的數(shù)字電源設(shè)計(jì)》，它的主要設(shè)計(jì)主要目的是要獲得一個(gè)具有多路輸出的電源在STM32控制器的作用下獲得我們需要的電壓大大小。這次設(shè)計(jì)主要包括了一下幾個(gè)部分，電源電路部分過(guò)壓保護(hù)部分，采樣部分，STM32單片機(jī)部分和LCD顯示部分。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容涉及到了STM32單片機(jī)有關(guān)方面的知識(shí)，這個(gè)與我在學(xué)校學(xué)習(xí)的51單片機(jī)有所不同，從某些方面而言我對(duì)它是陌生的，但是在幾個(gè)月的不斷學(xué)習(xí)和老師的幫助之下我逐漸掌握了STM32的使用和相關(guān)知識(shí)。使用這個(gè)單片機(jī)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠提高我們的程序編程能力。我覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們整個(gè)大學(xué)四年生涯的一個(gè)考察，它的目的是要我們把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐操作中來(lái)，提高我們的創(chuàng)新和