【基于单片机的不间断电源警示灯设计7500字（论文）】

PAGE17基于单片机的不间断电源警示灯设计当下，科技的发展呈螺旋式上升，电力电子技术得到了充分发挥的空间，除此之外，直流电流的应用率也居高不下，其性能是优是劣实际上会对系统的工作性能起到息息相关的联系。该类电源属于一种非常常见的设备，伴随着时间的逐步推进，被人们投入使用在了多个领域之中。在以前，该设备的功能较为简易，在进行控制的过程中存在着一定的难度，而且精度得不到保障，含有错综复杂的特性。但是在充分的运用了单片机技术之后，有助于克服上述的难题。而且投入的成本更加低廉，受到了人们的认可，其具备着较高的设计价值。

在此次设计中，最终本人对相应的警示灯性能作出了全方位的阐述，且对未来予以展望。关键词：单片机；控制；显示模块目录1绪论 11.1课题背景 11.2研究的目的及意义 11.3研究主要内容 21.4论文结构 22系统设计方案 42.1方案设计的基本思路 42.2各模块方案选型 43系统硬件电路设计 74系统软件设计 114.1主程序流程图 115系统实现与测试结果分析 146结论 171绪论1.1课题背景从单片机应运而生以后，其受到了愈来愈多的使用者们的青睐，根据该芯片作为基础的计算机逐渐的映入了人们的眼帘，对于人们的生活、工作带来了至关重要的影响，而且处于不少领域之中均可见其身影，其能够与智能化的要求相吻合。该芯片能够根据自身的接口将不同的信号朝着电路进行发送，接着来界定功能、开始测量、更换工作方式等等。在中断请求正式的发出之后，有助于令微机在第一时间掌握电路状态，在测量结束之后，会对数据进行读取，此时有助于了解当下的工作状态。接着针对数据进行读取，执行计算亦或是变换等操作，最终按照不同的形式完全输出，譬如说打印机输出等等。近些年来，根据计算机作为代表的学科发展速度愈来愈迅捷，这使得各国的经济发展也迈向了更高的维度，处于整个工业生产领域，电流、电压等参数均非常的关键，往往在化工、电力、机械等领域有着一席之地，电是人们工业生产和日常生活中的重要能源之一，与社会的发展有着密不可分的联系，其中最为核心的因素指的是两种，分别属于电压以及电流，在进行测量的过程中是否具备着较高的精确性，会对最终的生产起到非同小可的影响，尤其是开展采样测试的工作，基于此，有助于对当下电网的工作状况更加熟悉。1.2研究的目的及意义追溯至19世纪的90年代，在彼时，针对系统提出了越来越严格的要求，需要其具备着较高的功率，而且在开展工作的过程中，功耗不能太高。伴随着时间的推移，与之相关的通讯设备在技术上得到了显著的突破，这使得电源行业有着崭新的挑战，也就是需要附加相应的嵌入式系统，来开展一系列的控制工作。众所皆知，如今的人们对于自身的生活质量提出的要求愈来愈严苛，尤其是针对一些新颖的高技术产品，能够令电源朝着智能化的方向迈进，此时其含有高效的三控功能，这也意味着其能够达成电源无人值守的目标。当下，科技的发展呈阶跃式上升，行业会朝着模块化的方向迈进，此时对于并联运行而言，其有助于容量更大化，而且可以完成后续的拓展容量的目的，此时意味着系统的稳定性可以更上一层楼，而且其会具备着更为出众的实用功能，最终在进行维修的时候耗时更加短暂，此时有助于企业取得理想的经济效益。譬如说，国内一家称之为鼎华的企业融合了海外企业的技术，推出了功率达到了120KW的模块化电源，而且其能够并联的数量累计达到了三十二台，在进行输出的过程中，其功率可以超越7600KW，能够实现诸多任务的监控，其效率非常的出众，在开展工作的过程中，可靠性能够得到保障，而且自身的辐射并不高，在后续维护的时候尤为方便，在投入使用之后，有助于高效的解决运输等难题。与以往的可控硅电源进行详细的比较，其具备着独树一帜的优势，这主要指的是其能够节能二至三成，成为了人们的第一选择。综上所述，基于单片机的不间断电源警示灯设计装置具有很大的现实研究价值。1.3研究主要内容处于此次设计中，涵盖了对电源的测量、显示还有控制，从硬件的角度出发，涉及到了主控、转换模块等等，J3.J4所连接的灯不间断闪烁。电池电量低于一定值时不亮。光源充足时:1.太阳能板与蓄电池共同供电J3，J4以0.5S一次交替闪烁。2.开始给电池充电，充电时监控电池充电情况。若电池电压高于标准值则停止充电。若低于一定值则开始充电。在光源低于一定值时:1.停止充电。通过蓄电池供电，J3，J4以0.5一次交替闪烁。2.电池电量低于一定值时J3，J4不亮。1.4论文结构本文阐述一款基于单片机的不间断电源警示灯设计。一共有五章，每章分别阐述的内容如下:第1章：详细介绍了本设计基于单片机的不间断电源警示灯设计的课题研究背景，对全文的研究意义进行阐述，最终针对主要的结构予以介绍。第2章：系统方案设计，介绍基于单片机的不间断电源警示灯设计的总框图，针对多种截然不同的模块分别进行详细的介绍。第3章：开展硬件部分的设计工作，本人针对涵盖的原理图以及不同的模块作出了全方位的阐述。第4章：在第四章的文字阐述中主要是对基于单片机的不间断电源警示灯设计的软件设计进行详细介绍。具体对整个基于单片机的不间断电源警示灯设计的流程图进行设计。第5章：主要阐述本文所设计的基于单片机的不间断电源警示灯设计通过Keil与Proteus软件进行仿真模拟实现设计功能并进行测试，经测试结果显示，本设计的功能成功实现。第6章：结论。2系统设计方案2.1方案设计的基本思路在本课题中，涵盖了测量电源，以及显示和控制部分，处于硬件的角度作为切入点，累计含有5种截然不同的模块，系统框图如图2.1所示。图2.1系统框图2.2各模块方案选型2.2.1单片机选择方案一：基于FPGA/CPLD芯片方案众所皆知，如今的芯片技术发展趋势愈来愈迅猛，在这种背景下，芯片的集成度与以往相比得到了显著的提升，此时其性能也更加卓越。崭新的架构出现之后，令FPGACPLD在进行计算的过程中速率更快，而且其具备着优异的编程功能。处于该类的电路之中，其布局达到了非常合理的水准，具备着显著的抗干扰的能力。除此之外，亟需分配较为适宜的时序信号，这也给后续的接口部分带来了考验。在上文中，本人针对该芯片的优势进行了介绍，实际上，其也存在着一些不足。其一，其在进行编程的时候难以达到连续性的目标；其二，需要对自身的时序结构进行改进；其三，亟需较为严谨的算法方能够实现硬件部分；其四，针对许多元器件提出了严苛的要求；其五，接口部分较为复杂。方案二：基于单片机方案伴随着时间的推移，MCU得到了大规模的发展，如今，该类芯片的发展规模愈发宏大，其不但功能非常的出众，而且投入的成本低廉，自身的体积非常的轻薄，截然不同的封装形式不断出现，使得行业的发展稳步前进，而且会朝着智能化的方向迈进。在下文中，本人将针对该类芯片的优势以及不足之处分别进行详细的介绍：尽管该芯片具备着非常优异的性能，然而想要其作用发挥到极致，亟需相应的接口以及具体的电路，但是各种芯片含有的硬件逻辑可能并不一致，此时会致使编程的时候较为繁冗，尽管在进行了功能拓展之后可以克服上述的问题，然而会令硬件上的难度有所增加。譬如说：(1)处于硬件电路之中的组装以及后续的人调试；(2)处于软件之中的调试等等。但是也有不少优点，其一，具备着较为全面的按位操作系统；其二，能够对容量予以拓展，而且在进行设计的时候含有较高的灵活性；其三，在进行函数调用的时候十分便捷。其主要缺陷有以下几种，其一，在进行硬件部分的设计工作时存在着一定的难度；其二，自身的稳定性难以得到有力的保障；其三，亟需对电源进行设计；其四，在进行后续维修的过程中较为复杂，耗时较久。通过对比可知，这两种单片机都可满足本设计所要的控制要求，但从功耗大小、成本控制、设计复杂程度等方面综合考虑，且这次设计主要是用在于计算器系统中的，最终本人决定使用微控制器作为整个系统的控制中心，可以在工作效率和稳定性上都得到保证，本人采用STC12C5202AD单片机作为主要控制系统。2.2.2显示模块选型(1)采用LED数字化扫描，LED显示模块在成本上价格低，常常用于显示数字，但是不能显示除少部分符号及数字的其他类型符号。目前单片机所占用的线路少，电路简单，性价比高，显示器的设计数据较多，数字化显然不符合要求，因此被丢弃。(2)采用数码管显示，显示的文本信息利用率比较低并且价格相对高，还不能显示复杂的数据，那么这就与LED显示类似，所以不被采用。(3)采用LCD1602液晶模块进行显示，LCD1602它是由微控制器驱动的显示模块，LCD1602显示模块可以显示出大量的文字信息、数据信息和图形信息等很多内容，而且用LCD1602进行显示，它的显示效果特别好，而且使用LCD1602显示模块的话，在编写程序上需要花的时间少，编程简单，LCD1602显示模块不但价格低，而且功率消耗低抗干扰能力比较强。根据对比与消耗的大小，所以选择第(3)方案。2.2.3按键模块选择n×m个键，此时可以起到节约资源的作用。在此次设计中，本人最终选用的是前者，这是因为本设计工作中按键并不多。2.2.4警示LED灯的闪烁针对灯的闪烁率进行有效地控制，此时往往会运用到延时函数，该类函数会在芯片最小系统的操控下完成自身的功能。3系统硬件电路设计3.1STC12C5202AD单片机设计从STC12C5201AD的角度来进行深入的分析，这种类型的芯片在开展工作的过程中速度非常的迅捷，而且其功耗颇低，具备着优异的稳定性，其自身的代码能够与以往的8051达到兼容状态，但是速度会更快，通常情况下会快出八至十二倍，自身具备着两路PWM，能够处于错综复杂的环境之中开展工作。1.具备着增强型CPU，自身的代码可以与之前的8051达到完美兼容的状态。2.在开展工作的过程中，其电压会介于5.5直至3.3V的范围。3.在开展工作的过程中，其频率会介于0至35MHz的范围。4.用户应用程序空间1K/2K/4K/5K/6K字节5.片上集成256字节RAM。6.具备着输入输出口，在执行了复位的操作之后，属于弱上拉，能够设置为截然不同的模式，各个端口在进行驱动的时候可以达到20mA。7.具备着ISP/IAP，这意味着该芯片不需要其余的编程器以及仿真器。8.配置了EEPROM。9.看门狗10.配置了相应的MAX810电路，旨在完成复位的操作。11.具备着相应的掉电检测电路，处于P1.2端口之中含有相应的比较器，在3.3V以及5.5V这两种不同的芯片中，前者属于1.30V，后者属于1.32V，彼此的误差分别达到了+/-3%以及+/-5%。12.配置了时钟源，含有相应的振荡器，其温漂范围介于+/-5%直至+/-10%之间。在对程序进行下载的过程中，操作者们能够对振荡器亦或是晶体/时钟进行抉择，在3.3V以及5.5V这两种不同的芯片中，前者属8至12MHz，后者属于11至15.5MHz，假如并未对精度提出非常严格的要求，那么能够选用时钟，考虑到存在着一定程度的误差，故而会根据实际情况作为基准。13.具备着定时器功能。14.该芯片配置了相应的时钟输出口，数量达到了两个。15.外部中断I/O口6路，附加了PCA模块，能够对上升沿中断起到一定程度的支持，站在PowerDown模式的角度来进行分析，通常情况下能够根据外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,PCA0/P3.7,PCA1/P3.5。16.含有两路PWM。也可用来当2路D/A使用也可用来再实现2个定时器或者外部中断。17.具备着相应的A/D转换，具体的转换速度可至300K/S。18.配置了UART。19.在开展工作的过程中，其温度会达到0至75℃的范畴，这可以理解为商业级。如果工业级的话，那么其温度会达到-40至+85℃的范畴。20.封装形式：对于LQFP/SOP32而言，其含有的输入输出口的数量累计达到了二十七个；对于SOP28/SKDIP28而言，其含有的输入输出口的数量累计达到了二十三个；对于SOP20/LSSOP20/PDIP20而言，其含有的输入输出口的数量累计达到了十五个；对于DIP18而言，其含有的输入输出口的数量累计达到了十三个；对于SOP16/DIP16而言，其含有的输入输出口的数量累计达到了十一个。如果存在着端口不够的情况，那么能够进行扩展，除此之外，亦能够充分的运用A/D起到键的作用，此时有助于进行资源节约。3.2LCD1602显示模块显示模块选择LCD1602来查询频率值等信息。LCD1602可以在3.3V或5V电压下稳定正常工作，并可根据实际使用要求手动调节屏幕亮度。其属于点阵式的屏幕，不但能够对字母进行显示，还可以清晰的凸显出数字；有行列间距，能够处于相同的时间段来对累计三十二个字符予以显示，可以明了直观地显示内容[15]。LCD1602的内部命令可以选择光标状态，参考下图3.3所示，本人给出了详细的电路图。图3.3LCD1602与单片机连接图参考下表3.1以及3.2所示，本人分别给出了相应的管脚功能以及连接情况。表3.1LCD1602引脚及功能引脚号引脚符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VL液晶显示偏压信号4RS数据/命令选择端5R/W读/写选择端6E使能信号7～14D0～D7数据15BLA背光源正极16BLK背光源负极表3.2单片机与LCD1602引脚连接序号单片机引脚LCD16021P0D0～D72P2.5R/W3P2.6RS4P2.7E3.3电源模块设计在本系统设计中，主控模块和其他分支模块所需的供电为3.3V，但是供电电源为直流5V的输出，所以需要设计一个5V转3.3V的电源变换模块，此模块基于一个AMS1117-3.3的电源转换芯片，具体电路设计如图3.4。图3.4电源转换模块原理图3.4AD转换设计在本课题中，AD转换部分非常的关键，其处于芯片的P1端口，在进行工作的过程中，其速度能够达到300KHz，不但能够开展温度检测工作，而且还可以进行电压检测等工作。在执行了复位的操作，上述的端口会属于弱上拉，操作者们能够充分的软件来对其进行设置，未采用到的端口可以继续作为输入输出口使用，观察下图3.3所示，本人给出了十分详细的原理图。图3.3AD转换原理图

4系统软件设计4.1系统开发语言与开发工具4.1.1C语言编程工作在此次设计中至关重要，代码编写使用Keil5这个EDA平台进行更改设计的。该软件工具能够使用C语言、汇编等语言进行编程。该软件工具可用于一般控制系统的开发，譬如说ARM控制的系统等，可满足各种开发人员的要求。在本课题中，本人进行了解析之后最终决定选用C语言，该语言能够高效的完成一系列的编程工作，是高级语言的一种，比汇编语言更容易读懂。而相对于其他高级编程语言比如C++，java等，C语言更加接近硬件底层，代码的执行效率高，可移植性强，可以在各种软件与平台进行的移植和裁剪[8]。4.1.2KeilMDK该程序用C语言编写，在KeilMDK4.72a编译环境下编译，并使用ST-LINK进行在线仿真和刻录。对于Keil而言，这款软件在目前的应用率居高不下，其采用了上文所述的语言，而且涵盖了仿真调试等诸多功能。适用于系统在C语言编程过程中的开发，能让用户使用其自带强大的仿真调试工具找到程序设计中出现的问题，通过精确定位的修改，方便后期改进和技术更新，目前的接口是从Keil1到Keil5阶段，现在支持由ARM、架构（m为ARM的核心MCU，STM32系列MCU的应用开发）。4.2主程序设计4.2.1系统总体功能在达成了模块化的要求之后，有助于令程序细分为不同功能的模块，此时在进行调试以及后续优化的过程中均会更加的方便，根据对函数信号发生系统的控制要求，同时为了增加本设计的实用性和本系统的可靠性。基于单片机的函数信号发生系统需要实现的软件设计功能如下：按键控制电路，分别控制J3J4灯亮；使用LCD1602显示电路显示出对应的控制信息；输出端I/O口进行D/A数模转换；4.2.2主程序软件设计主要运用模块化编程的软件设计思路，把函数信号发生系统区分为主程序和若干个子程序。主程序是一个不断重复的循环。子程序由多个实现单一功能的程序组成。当系统通电后，主程序需要给每个硬件进行初始化。在各模块初始化完成后，4.1.1所示。主函数程序如下：intmain(){ EA=1;//全局中断使能 ET0=1;//定时器0溢出中断使能 ET1=1;//定时器1溢出中断使能 TR0=0;//定时器0不使能 TR1=0;//定时器1不使能 TH0=(65536-50000)/256;//内置时钟频率为6MHz，定时器0计数50000次，计数初值为15536转为16进制 TL0=(65536-50000)%256;//机械周期为2us，T0=(65536-计数初值)*2us=0.1s //装载定时器1计数初值 TH1=(65536-25000)/256;//内置时钟频率为6MHz，定时器0计数25000次，计数初值为40536转为16进制 TL1=(65536-25000)%256;//机械周期为2us，T1=(65536-计数初值)*2us=0.05s led1=0;//控制P0.0 led2=0;//控制P1.0 while(1) { KEY_IN();VoltageCheckRefresh();if(val>DY_SX){IN_CD=0;}elseif(val<DY_XX){IN_CD=1;led1=0;led2=0;TR1=0;//定时器1不使能}}}4.3液晶显示程序设计温度和湿度实况是液晶显示程序的大致内容。在进行操作的过程中，首要步骤指的是初始化，此步骤结束之后开始进行写入命令、写入数据功能和写入液晶特定地址的功能。单片机严格按照液晶显示指令的顺序写入或执行指令。观察下图4.2所示，可以掌握其一系列的流程。图4.2液晶显示程序设计流程图4.3串行口中断初始化软件设计充分的运用中断的形式来完成通信工作，此时有助于起到资源节约的效用，而且能够对可靠性进行保障，一旦数据进行发送亦或是接收的时候，会产生相应的请求，此时对于RI或者TI而言会开始置1，在中断服务中，无论是接收亦或是发送的数据均会置于相应的SBUF之内，参考下图3.2所示可以掌握一系列的流程。图3.2串口中断流程图4.4定时器0初始化定时器初始化需要根据所需的要求确定定时器的工作方式，接着针对数值进行运算，运算完毕之后开启定时器，定时器T0的初始化程序如下：voidT0_time()interrupt1 //定时器{ TH0=a; TL0=b; u++; if(u>=64) u=0;}4.5时钟初始化时钟初始化程序如下：voidinitclock() //时钟初始化{ TMOD=0x01; TH0=a; TL0=b; EA=1; ET0