531.多路电压监视器设计

1、目 录1 绪 论11.1 课题背景及目的11.2 国内外研究状况11.3题目研究方法21.4 论文构成及研究内容22. 总体系统方案设计32.1系统方案总体框图32.2硬件部分组成42.2.1 电源方案42.2.2显示方案：52.2.3 报警方案72.2.4 硬件整体电路图82.3软件部分组成83 max8215介绍103.1 max8215简介103.2 max8215引脚介绍103.3 max8215典型操作电路113.4 max8215在本设计中的应用124 avr概述134.1 avr基本介绍134.2avr atmega16特点介绍144.3 atmage16引脚功能介绍154.4

2、avr的最小系统和编程164.5 avr在本设计中的应用185 实物制作与调试195.1实物制作可行性分析195.2实物调试与数据分析19结 论22参 考 文 献23致 谢24附录a 参考程序251 绪 论1.1 课题背景及目的随着电子科技的发展，各种仪器设备随着对精度要求的提高，对电源的稳定性也随着提高，各种稳压芯片出现的同时，也不能缺少电压监视器的辅助作用。很多仪器设备在工作的时候，系统状态是不断变化的，所以通过监视电压得知工作状态，不失为一种好的方法。由此可知，随着电子科技的发展，电压监视器也得到越来越重要的应用，相关的研究和改进也不断进行着。电压监视器广泛应用于工业和民用中，比如需要稳

3、压驱动的电动机，需要防止过度放电的汽车电池等，大至重型装备的监控，小至pc机稳压电源的监测，无时无处不在扮演重要角色。目前电压监视器的开发和研究已经相当成熟，在各种环境的应用中都能充分发挥作用，然而，科学一直在进步，对监视器也有更高的要求，因此电压监视器的研究和制作也相当重要。1.2 国内外研究状况电压监视器广泛应用于各行各业，所以关于监视器的研发，也是非常活跃的，maxim公司生产了很多相关模块，满足不同精度要求，适用不同工作环境。凌力尔特公司在这方面，也取得了不错的成果，其推出的产品，也受到广泛的欢迎，目前的产品，基本能满足应用需求，相关企业也正在不断改进。性能稳定，扩展能力，高度集成，必

4、定是电压监视器的发展趋势，目前的监视器产品，或多或少有些不足的地方，复位功能，抗干扰能力等，都是需要进一步改进和创新的。另外，随着电子科技的发展，各类结构力求高度集成与达到缩小体积的目的，所以电压监视又必须面对功耗所带来散热的问题。研制更多适用与不同环境的电压监视器，满足高温高压工作等，监视交流电压等都是电压监视器的发展方向，所以电压监视器的发展道路还非常的长，有待每位去探索和研究。 由于国内ic设计生产企业比较少，用于电压监视器的ic产品并不多见，当然，电压监视的实现，不一定非得用到ic，通过一些电子器件和电压比较器的组合，也是能实现相关功能的。国内制造业发达，电压监视器的应用是非常广的，比

5、如汽车电池电压监控，变电厂稳压监控等，继而，根据不同环境，不同要求的电压监视器，将应运而生。相信随着中国电子工业的发展，我们能够开发出更多这方面的应用器件。1.3题目研究方法本次设计，从三个部分展开，显示部分可以用avr和数码管实现，avr直接内部集成了ad转换，直接从电源采集信号，经过ad转换，变成数字信号，经过处理后输出到数码管显示。电压比较方面，可以采用集成了多组比较器的芯片，根据设计要求，我选用具有四个专用比较器和一个辅助比较器的max8215，其可以监控四路固定稳压电源的欠压或过压状态，捕捉其输出信号，即可输入判断电路。报警方面，将max8215中的输出信号给avr进行判断，设定报警

6、范围，即可实现。1.4 论文构成及研究内容本论文构成包括毕业设计任务书、中英文摘要、目录、正文、结论、参考文献、致谢和附录。其中正文分六大章，主要内容是：第一章绪论，分别讲述了题目的背景、目的、国内外研究状况及论文研究的方法和内容；第二章是总体系统方案设计；第三章是avr的相关知识和一些应用介绍；第四章是讲述max8215的一些特性和应用简介；第五章讲述了实物制作和调试方面的内容；第六章对实验结果进行了分析。2. 总体系统方案设计制作的电压监视器是以max8215为核心的五路电源电压监视器，可监视5v、12v 4路稳压电源的欠压和过压状态，并输出报警信号。其欠/过压阀值：4.5v、10.5v，

7、精度：1.25%。第5路为扩展，可对其它电源电压进行监视，可方便设计欠压和过压检测点。根据这些要求，必须设计可输出稳定电压的电源，以提供系统工作和调试，需对max8215增加辅助设备，以实现电压比较功能，需设计一个电压显示装置，以显示被监视电源的实时电压，需设计一个报警装置，以被监视电源发生异常时，及时发现。故，本设计围绕这些功能的实现而展开。2.1系统方案总体框图控制 按键过压/欠压声光报警数码管电 源电 源max8215测试电源a/d转换比较结果avr图2.1系统方案总体框图电源部分提供整个系统的电能，还可以提供可变电压，作为测试电源，这个可以通过目前比较流行的x78xx稳压管产生，通过电

8、容滤波稳压，获得比较稳定的电压，为了测试系统功能，需要一些变化的电压，可以可变电阻或电位器分压，产生变化电压。avr作为系统控制，主要对输入电压进行采集，然后通过ad转换实现电压显示，对比较结果进行采集，输出相关信号，采集电压的时候，要注意不能超过基准电压，这里选择avr的供电电压作为基准电压，而所监视的电压有些超过5v，所以必须通过分压才能被avr采集。报警功能方面，由于报警信号是个高电平，即为5v电压，所以在蜂鸣器之前必须加一个分流电阻。max8215可以对四路固定电压和一路任意电压进行监视，将比较结果输出给avr处理，由于max8215通过漏极场效应管输出，所以要注意加上拉电阻。切换键盘

9、可以实现各路电压显示的切换，当按键被按下的时候，avr检测到电平变化，产生动作，执行切换显示命令。过/欠压报警在被测电源发生异常时，发出蜂鸣报警，被测试电压经a/d转换后数码管显示电压值。这里设置输出高电平报警，为了达到更好的效果，还可以串联一个led，实现声光报警，更加直观。2.2硬件部分组成硬件设计，分几个部分进行。电源的设计，考虑可靠性和安全性的问题，用变压器产生比较小的交流电压，再用整流桥得到直流电压，通过电容滤波后再给稳压管继续处理，可以得到比较稳定的电压。显示的设计，考虑可靠性和直观性，因此选用5位数码管显示，第一位显示通道数，其他四位显示电压值。报警部分考虑可靠性和直观性，声光结

10、合报警器容易实现，也非常可靠。2.2.1 电源方案常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列。1选用这种三端稳压器件结合相关外设元件作为电源，用lm7805和lm7905产生正负5v电源，接入反相运算放大电路中，通过辅助电阻r1和r2的比值变化，可以获得不同的电压值，同理，用lm7812和lm7912可以产生+12v和-12v范围内的电源。 图2.2 电源电路如图2-1，通过变压器和整流器产生直流电压（这个部分在图中省略），由于这样产生的电压存在一定的高频干扰，所以可以通过瓷片电容和电解电容来滤波稳压，电容的选定，需要根据系统工作的电压和电流而确定，本设计旨在对电压进

11、行现实和监测，功耗比较小，所以选定大小为220uf,耐压为50v的瓷片电容，选择大小为0.1uf，耐压为50v的点解电容。为了产生不同的电压，可以使用反相运算放大器产生，这里选用具有四个相同的运算放大器的lm324。反向器的反相端为虚地，故有：2 （2.1）上式中，uo是运放的输出电压，rf是同相端和输出端的电阻，r是输入端和同相端间的电阻，若需要得到+2.5v的电压，输入电压为-5v,取r=10k时，rf=5k。 本设计中，rf可以是一个可变电阻，这样就避免了不断改变分压电阻的麻烦，该设计能提供稳定的电压，成本低，功耗小。2.2.2显示方案： 采用avr单片机内部自带的ad转换器对输入的低频

12、电压信号进行采样，采样的数据存放单片机中,经过处理后通过数码管显示出来。图2.3 电压显示电路图2-3是显示模块的基本电路，由isp下载电路，复位电路，晶振，分压电路，数码管等组成。isp下载电路连接编译器，给svr烧入程序；复位电路实现系统初始化；晶振给avr提供系统工作时钟频率；分压电阻可以防止采样电压过大而烧坏管脚；数码管显示采样分析后的电压。avr含有8个adc口，分别为pa0pa7，可以同时采集8路模拟信号，进行ad转换，经处理分析后，再输出到数码管显示。avr的ad转换具有10位精度，是指该ad使用了10位的二进制数制来表示输入电压的量化值，其最小值为0x00（0b00，0000，

13、0000），最大值为0x3ff（0b11，1111，1111）也就限定了总共只有1024（0x3ff+1）个数可以选择。而“数值上限”几时ad中的“参考电压”，输入电压值应该是0到参考电压之间，否则无法判断出所采集的电压值。在avr中，可以取参考电压为电源电压，即是5v，分辨率为1024，那么其步进量为：1lsb所表示的电压值=参考电压5v/（0x3ff+1）=4.88mv。由于采样电压可能超过12v，将会导致无法判断，因此采用分压电路，本设计中，用1：2的分压电阻，取r1=30k,r2=15k,那么采集电压最大值变为4v，符合系统要求。当完成一次ad转换之后，从寄存器中提取数据，若数据值为x

14、，那么，此时的电压为ui=x（5v/1024）,即是x*4.88mv, 所得数值通过查表转换成bcd码，输入到数码管显示，其中第一位数码管显示电压路数，剩下四位显示电压值，通过按键控制来切换各路的电压显示。八段led显示器与单片机的接口比较简单，只要将一个8位并行口与显示器的引脚对应相接即可，由8位并行口输出不同的字节数据，显示出不同的数字或字符。数码管的接口有静态和动态接口两种。静态接口为固定显示方式，无闪烁，其电路可采用一个并行口接一个数码管，数码管的公共端按共阴或共阳分别接地。动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示的频率教高时，利用人眼的暂留性，看不出闪烁显示现象，这种显示与

15、要一个接口完成字形码的输出，另一接口 完成各数码管的轮流点亮。本设计中，使用五位共阴极数码管，采用动态扫描的方法从pc0pc7输出相应bcd码以点亮数码管，为了防止烧坏数码管，可以在输出端管脚与数码管脚间串联1k左右的电阻。2.2.3 报警方案根据max8215的原理，当输入电压正常时，输出高电平，当输入异常时，输出低电平，高电平用1代替，低电平用0代替，把输出的0或1作为信号给avr进行分析，设定输出图2.4报警方案电路图低电平动作，那么就可以实现报警了。如图2-3，max8215输出的信号进入pd0pd4口，avr对这几个管脚进行电压扫描，当发现为低电平的时候，指示pb1输出0，从而驱动蜂

16、鸣器，发出报警声音，此时，数码管自动切换到发生异常的那路，便可以方便知道是那一路电源出了问题。本设计选用hxd无源电压式蜂鸣器，avr输出的震荡高电平并不能很好驱动蜂鸣器，因此设计应用8050作为电流放大和通断控制，相应地需要一些辅助电路。3已知蜂鸣器的工作电压为1.5v，内阻约为15欧，则根据 r：r2=1.5：3.5得r2取值为35欧。为了减少功耗，avr连接10k电阻作为分流。2.2.4 硬件整体电路图 通过对各个模块的设计，最终实现预计的功能，得出图2-4的整体电路图。 图2.5 硬件整体电路图2.3软件部分组成iccavr 7.31是imagecraft公司开发的符合ansi标准的c

17、语言来开发微控制器 (mcu)程序的一个工具，iccavr 是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境 ide 。由于icc的功能强大，使用简单方便，具有良好的技术支持且价格合适，所以得到了广泛的应用。所以本设计软件部分是在这一开发环境下进行的。充分利用avr的adc端口，采用动态扫描的方式，读取电压值，通过比较和模数转换，显示到数码管中，实现电压显示，通过对max8215比较结果的采集，输入低电平报警。程序流程图如下：开始初始化相关寄存器进 入 外部 中 断动态扫描数码管打开定时器0，1蜂鸣器响进行模数转换是否欠压中断是否图2.6 软件流程图3 max8215介绍max8215是本次设计的

18、核心部件，通过其自带的电压比较器对电源进行监控，下面了解一下max8215的一些参数和基本功能。3.1 max8215简介max8215是maxim公司生产的微机专用电源电压监视器，它不仅能对pc机的多路直流稳压电源进行监测，还可应用到数据采集系统、仪器仪表等领域。max8215含有5个电压比较器，其中四个是用来监测+5v、+12v、-5v、和-12v的专用比较器，第五个是辅助电压比较器，可以监测任何电压，这点跟max8216差不多，只是它能监测15v的电压。辅助比较器配合外部电阻分压器以设置欠压或过压点，功耗相当小，最大电源电流为250a，不会造成设备过热。max8215具有以下特点：5v专

19、用比较器的精度达1.25%，-5v -12v + 12v的精确度也达到1.5%，监视器随时对过压或欠压进行监控，内含1.24v高稳定基准电压源，电压范围宽，2.7v到11v均可供应，内置迟滞，抗干扰能力强，功耗低，最大电源电流为250a，具有独立端输出，所有精密部件，完美封装等，因此，max8215在电源电压监视方面，得到了广泛的应用。3.2 max8215引脚介绍图3.1max8215引脚介绍1 vref 输出1.24v基准电压2 gnd 接地，跟pgnd短接3 +5v 监视+5v电源电压的输入端4 -5v 监视-5v电源电压的输入端5 +12v 监视+12v电源电压的输入端6 -12v 监

20、视-12v电源电压的输入端7 din 辅助比较器同相输入端8 pgnd 电源地，vdd旁路9 dout 辅助比较器同相输出端10 out1 监视+5v电源电压的输入端11 out2 监视-5v电源电压的输入端12 out3 监视+12v电源电压的输入端13 out4 监视-12v电源电压的输入端14 vdd 正电源端3.3 max8215典型操作电路图 3.2 max8215典型操作电路如图3-1，由r1和c1组成阻容滤波器，滤除从电源端引入的高频干扰，避免影响基准电压的稳定性。r2r6是内部场效应管漏极输出端的上拉电阻，为降低功耗，阻值不能小于100k欧姆。辅助比较器必须外加分压电阻，在此取

21、值为30k和10k，也可以实现对特定电压的监控。3.4 max8215在本设计中的应用本设计充分利用了max8215的基本功能，利用比较器的原理，对输入电压进行比较分析，输出相应的电平信号，从而判断电源的欠压和过压。通过对辅助比较器增加分压电阻，可以实现对不同电压的监控，对输出端增加上拉电阻，可以使输出更加稳定，从而更好实现电压监视功能。4 avr概述avr单片机是1997年由atmel公司研发出的增强型内置flash的risc(reduced instruction set cpu) 精简指令集高速8位单片机。avr的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用

22、电器等各个领域。其出色的a/d转换功能和数据处理功能，是本设计获得成功的重要组成部分。4.1 avr基本介绍avr单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1mips/mhz)，克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故avr单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。 avr单片机内嵌高质量的flash程序存储器，擦写方便，支持isp和iap，便于产品的调试、开

23、发、生产、更新。内嵌长寿命的eeprom可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的ram不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序,并可像mcs-51单片机那样扩展外部 ram。 avr单片机的i/o线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得i/o口资源灵活、功能强大、可充分利用。 avr单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供urat、i2c、spi使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10 位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。avr单片机独有的“以定时器

24、/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出pwm)”更是令人耳目一新。 增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过mcs-51/96单片机的串口，加之avr单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。 4.2avr atmega16特点介绍avr系列单片机中比较典型的芯片是atmega16。这款芯片具备了avr系列单片机的

25、主要的特点和功能，不仅适合应用于产品设计，同时也方便初学入门。其主要特点有：（1）采用先进risc结构的avr内核，131条机器指令，且大多数指令的执行时间单个系统时钟周期；32个8位通用工作寄存器；工作在16mhz时具有16mips的性能；配备只需要2个时钟周期的硬件乘法器（2）片内含有较大容量的非易失性的程序和数据存储器，16k字节在线可编程（isp）flash程序存储器（擦除次数1万次），采用boot load技术支持iap功能；1k字节的片内sram数据存储器，可实现3级锁定的程序加密；512个字节片内在线可编程eeprom数据存储器（寿命10万次）；（3）片内含jtag接口，支持符合

26、jtag标准的边界扫描功能用于芯片检测；支持扩展的片内在线调试功能，可通过jtag口对片内的flash、eeprom、配置熔丝位和锁定加密位实施下载编程；（4）2个带有分别独立、可设置预分频器的8位定时器/计数器；1个带有可设置预分频器、具有比较、捕捉功能的16位定时器/计数器；片内含独立振荡器的实时时钟rtc；4路pwm通道；8路10位adc，面向字节的两线接口twi（兼容i2c硬件接口）；1个可编程的增强型全双工的，支持同步/异步通信的串行接口usart；1个可工作于主机/从机模式的spi串行接口（支持isp程序下载）；片内模拟比较器；内含可编程的，具有独立片内振荡器的看门狗定时器wdt；

27、（5）其它的特点：片内含上电复位电路以及可编程的掉电检测复位电路bod；片内含有1m/2m/4m/8m，经过标定的、可校正的rc振荡器，可作为系统时钟使用；多达21个各种类型的内外部中断源；有6种休眠模式支持省电方式工作； （6）宽电压、高速度、低功耗：工作电压范围宽：atmega16l 2.75.5v，atmega16 4.55.5v；运行速度：atmega16l 08m，atmega16 016m；低功耗：atmega16l工作在1mhz、3v、25度时的典型功耗为，正常工作模式 1.1ma，空闲工作模式 0.35ma，掉电工作模式 1ua；（7）芯片引脚和封装形式：atmega16共有3

28、2个可编程的i/o口（脚），芯片封装形式有40引脚的pdip、44引脚的tqfp和44引脚的mlf封装。4.3 atmage16引脚功能介绍图4.1atmage16 外部引脚示意图设计中，使用的avr是atmage16，其有40个引脚，包括32个可编程i/o口，各引脚介绍如下：18 端口b(pb7.pb0) 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 处于高阻状态。端口b 也可以用做其他不同的特殊功能。9 reset

29、 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。10 vcc 数字电路的电源11 gnd 地12 xtal1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。13 xtal2 反向振荡放大器的输出端。1421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 也可以用做其他不同的特殊功能。2229端口c(pc7.pc0) 端口c 为8 位双向i/o 口，具有可编程的

30、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c 处于高阻状态。如果jtag接口使能，即使复位出现引脚 pc5(tdi)、 pc3(tms)与 pc2(tck)的上拉电阻被激活。除去移出数据的tap 态外， td0 引脚为高阻态。端口c 也可以用做其他不同的特殊功能。30 avcc avcc是端口a与a/d转换器的电源。不使用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。31 gnd 地32 aref a/d 的模拟基准输入引脚

31、。3340端口a(pa7.pa0) 端口a 做为a/d 转换器的模拟输入端。端口a 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a 处于高阻状态。4.4 avr的最小系统和编程一个单片嵌入式系统的核心，其实就是一个单片机最小系统。它仅仅由一片单片机芯片、两个电阻、一个石英晶体和两个电容构成，见图4.2。图4.2中几个器件所构成的最小系统，就是一颗单片嵌入式系统完整的心脏和大脑，可以工作了。当然，没有相应的外围电路，我们还是不能直

32、观的了解它的工作情况的。因此图4.2中还有一个简单的外围电路：一个发光二极管和一个限流保护电阻。我们可以编写一个简单的程序，其功能让发光二极管每间隔1秒闪烁一次，循环往复。把程序的运行代码下载到atmega16的程序存储器中，一个秒节拍输出显示装置就诞生了。只要一接通电源，atmega16就以每秒兆的工作频率运行，驱动发光二极管每间隔1秒闪烁一次。图4.2atmega16最小系统电路图 在图4.2，采用了在atmega16引脚xtal1和xtal2上外接由石英晶体和电容组成的谐振回路，并配合片内的osc（oscillator）振荡电路构成的振荡源作为系统时钟源的。更简单的电路是直接使用片内的4

33、m的rc振荡源，这样就可以将c1、c2、r2和4m晶体省掉，引脚xtal1和xtal2悬空，当然此时系统时钟频率精准度不如采用外部晶体的方式，而且也易受到温度变化的影响。现在，单片机系统程序的编写、开发和调试都是借助于通用计算机pc完成的。用户首先在pc机上通过使用专用单片机开发软件平台，编写由汇编语言或高级语言构成的系统程序（源程序），再由编译系统将源程序编译成单片机能够识别和执行的运行代码（目标代码）。运行代码的本身是一组二进制的数据，在pc中对于纯二进制码的数据文件一般是采用bin格式保存的，以“bin”作为文件的扩展名。但是实际使用中，通常使用的是一种带定位格式的二进制文件：hex格式

34、的文件，一般以“hex”作为文件的扩展名。对单片机的编程操作，通常也称为程序下载，是指以特殊手段和软硬件工具，对单片机进行特殊的操作，以实现下面的3种功能： 将在pc机上生成的该单片机系统程序的运行代码写入单片机的程序存储器中。 用于对片内的flash、eeprom进行擦除、数据的写入（包括运行代码）、和数据的读出。 实现对avr配置溶丝位的设置；芯片型号的读取；加密位的锁定等。avr单片机支持多种形式的编程下载方式：对于外围引脚数大于20的avr芯片，一般都支持这种高压并行编程方式。这种编程方式也是最传统的单片机的程序下载方式，其优点是编程速度快。但使用这种编程方式需要占用芯片众多的引脚和1

35、2v的电压，所以必须采用专用的编程器单独对芯片操作。这样avr芯片必须从pcb板上取下来，不可以实现芯片在线（板）的编程操作，因此这种方式不适合系统调试过程以及产品的批量生产需要。4.5 avr在本设计中的应用 该设计采用avr单片机内部自带的ad转换器对输入的低频电压信号进行采样，采样的数据存放单片机中,利用相应的算法求出输入电压信号的最大值，最小值，平均值及有效值。测量范围0 12v，经过数码管显示电压值。5 实物制作与调试5.1实物制作可行性分析方案提及的各种芯片元件都容易获得，只要准备好必须的元件和制作工具，即可实现实物的制作。 制作过程中，先制作稳压电源，用7805产生+5v电源，可

36、以给max8215或avr提供工作电压，焊接好之后，用电压表检测，看是否会有很多的误差。接着测试max8215的功能，给max8215供电，给输出端加上拉电阻，在+5v输入端输入过压和欠压，用电表测输出端电压，看是否跟理论值接近，若如较大误差，则max8215工作正常。以此类推，测试其他端口，测试辅助端时，要在输入端加分压电阻，阻值比值根据设定的电压而定。测试显示功能，由于avr工作的标准电压为+5v，所以，为了显示+12v，可以在输入端加分压电阻，可用2：1的阻值，通过编程，可以实现准确电压测量。按照原理图链接好后，用数字电表测出输入电压，跟数码管显示电压进行比较，若差值不大，则可视为正常工

37、作。测试报警功能，把采集到的输出电压输入avr进行处理，根据设定程序，输出相关信息，检测到低电平时，蜂鸣器响，则正常工作。5.2实物调试与数据分析根据max8215的工作原理知：输入欠压信号时，输出低电平，输入过压信号时，输出高电平，因此，先对+5v、-5v、+12v、-12v进行测试，数据如下：表5.1 +5v测试输入电表显示数码管显示输出是否报警4.02v4.25v低电平是4.34v4.44v低电平是4.85v5.02v高电平否5.02v5.15v高电平否表5.2 -5v测试输入电表显示数码管显示输出是否报警-4.02v-4.22v低电平是-4.34v-4.37v低电平是-4.85v-5.

38、10v高电平否-5.02v-5.19v高电平否 表5.3 +12v测试输入电表显示数码管显示输出是否报警10.24v10.33v低电平是9.72v10.01v低电平是10.85v11.02v高电平否11.2v11.32v高电平否 表5.4 -12v测试输入电表显示数码管显示输出是否报警-10.24v-10.13v低电平是-9.72v-10.12v低电平是-10.85v-10.99v高电平否-11.2v-11.36v高电平否由测试结果知设计基本达到了预期结果，设计设定过压/欠压值为4.5v、10.5v，精度：1.25%。，由于时间仓促，制作粗糙，精度无法达到要求。由辅助比较器构成的欠电压或过电压

39、检测电路及工作波形如图5.1，可知，当被监视的电源电压为+us时，a5同相输入端电压ui=rb*us(ra+rb)。由下图b可知，当us降至u1时，输出电压uo发生负跳变，而当us升至u1时，u并无变化，只有达到u2时uo才产生跳变。在不加分压器时，a5内置的滞后电压u=16mv，而外接分压器后，u1=1.24（1+r1/r2） u2=(1.24+16*10-3)（1+r1/r2）图5.1 辅助比较器组合电路及工作波形此时，滞后电压u=u2-u1=（1+r1/r2）*16mv，即外接分压器后u要增加。反过来，根据ul、u2之值亦可推算ra、rb的电阻值。假定辅助比较器用来监测十33v的电源，设

40、定：us=3.3v*0.9=2.97v，则1.24v/2.97v=rb/ra+rb，取rb=1k,则ra=1.4k.根据这个设定，作出如下测试： 表5.5 +3.3v测试输入电表显示数码管显示输出是否报警2.34v2.27v低电平是1.17v1.21v低电平是2.92v3.01v高电平否3.12v3.09v高电平否通过测试，可知辅助比较器可以通过外设电路实现过压/欠压监视，这里只进行了对正电压的比较测试，同理，把比较器同相输入端接地，反相输入端经分压器接到基准电压，同样实现对负电压过压的监视。结 论 本文结合电源电压监视器的设计和实现，从理论和实际两个方面结合，对avr和max8215作了一些

41、相应的学习和研究，经过运用各种知识，朝着目标思考，设计出各个功能模块，最终实现整体功能。总体上完成了设计任务，虽然相关功能可能达不到标准，但是个人能力有限，时间紧凑，基本上也能实现电源电压的监视。具体成果如下：制作了5v稳压电源和018可变电源，解决了芯片供电和测试供电的电源问题。用avr实现电压显示，解决了电压对比和参照的问题。完成电压比较电路，更好地实现max8215的功能。完成报警功能。制作和测试过程中，发现以下问题：没有使用pcb制作电路板，导致接线混乱，容易造成误接，虚焊等现象，从而难于调试。没有注意环境噪声的影响，电源电压也没有注意复位的问题。总的来说，这次设计考验了我的基础知识的

42、掌握程度，是大学四年一次非常好的总结。参 考 文 献1 杨帮文新型集成器件实用电路1 电子工业出版社20062 沙占友新型特种集成电源及应用人民邮电出版社 19993 王永平dc/dc变换集成电路及应用西安电子科技出版社20064 包建华单片机测控系统中的多路电源监视器研究.甘肃科技 20075 王昊 线性集成电源应用电路设计清华大学出版社20096 李少明特种电源最新应用技术3 人民邮电出版社 20007 江海波深入浅出avr单片机 20088 康华光模拟电子技术基础2高等教育出版社20059 maxim公司microprocessor voltage monitorsmaxim integ

43、rated products199310 atmel公司atmega16 introduction atmel product description 1998致 谢 本科学位论文撰写工作结束之际，首先要衷心感谢我的指导师 老师对我的悉心教导，课题研究的过程中，老师不仅传授了许多学习和科研的方法，也传授了为人处事的道理，使我在今后的学习和工作中受益匪浅，这将是我宝贵的财富。如果不是梁老师在我遇到问题的时候，给予合理性的建议和意见，我的设计一定不会进展的那么顺利，梁老师的宽容和理解，让我深深感受到老师的人格和魅力。其次要物理学院的阿彪同学，对我提供了很多技术支持，由于我的单片机基础非常薄弱，所以

44、跟单片机有关的设计，都是在他的帮助下完成的。感谢同宿舍的同学们，大家一起分享各种技术资料，一起交流设计心得，一起讨论翻译的准确性，在这样的气氛下，我更容易做好各种工作。最后感谢我的父母，是他们的辛勤和努力，我才能完成本科学业，他们的期待和盼望，是我前进的动力，不管是在过去中的学习，还是在将来的工作。附录a 参考程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define bz_1 portb|=(12) #define bz_0 portb&=(10;i-); void l_delay(uint i) uchar j