（计算机软件与理论专业论文）稳压器控制系统的软件设计与开发.pdf

摘要 稳压器通过调节变压器起到稳定输出电压的作用，应用市场十分广泛。在计 算机、复印机、测试设备、照明设备、电视设备、医疗设备、通讯设备、工业自 动化等方面都有应用，尤其是在一些电压不稳而且还有精密仪器的地方更是起到 重要的作用。国外的一些稳压器产品虽然好，但是价格偏贵并且技术上保密，而 国内的大部分稳压产品设计不合理，在稳定性和速度调节上要差。 根据市场需求，作者与天津市爱威电子有限公司以m i e r o e h i p 公司的p i c 系 列单片机为主控芯片，一起开发了交流净化稳压器，该交流净化稳压器能够对突 变电压进行快速反应，并且进行快速地处理。当超出稳压器能调压得范围时，发 出警告信息。本文主要介绍了稳压器核心控制部件的控制程序的设计过程，以及 如何解决在程序设计和调试过程中遇到的难题。介绍了从输出端进行多点采样的 技术和变压器开关的设计，从而提高了对电压进行快速灵敏的调节的能力，列举 出了最终产品在不同平台的测试结果数据，介绍了各模块的实现过程，并且将该 软件从最初的开发到最终投入生产的过程作了详细的论述。 最后，所实现的程序能够很好的满足硬件需求而且稳定性强。在经过大量测 试以后，该产品在性能和稳定性上要优于目前的国内产品。自投入市场以来产生 很好的经济效益和社会效益。 关键词：p i c 稳压器单片机多点采样 a b s t r a c t m a n o s t a tp l a y sas t a b i l i z i n gr o l ei nt h eo u t p u tv o l t a g eb yr e g u l a t i n gt r a n s i th a sb e e nw i d e l ya p p l i e di nm a n yf i e l d s f o re x a m p l e ，c o m p u t e r s ，p h o t o c o p i e r s ，t e s t e q u i p m e r i t ，l i g h t i n ge q u i p m e n t ，t e l e v i s i o ne q u i p m e n t ， m e d i c a l e q u i p m e n t , c o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n t ，i n d u s t r i a la u t o m a t i o na p p l i c a t i o na n ds oo n a b o v ea l l ， m a n o s t a tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l eo ns o m ee q u i p m e n tw h i c ha r ev o l t a g e i n s t a b l ea n d s o p h i s t i c a t e d a l t h o u g hs o m ef o r e i g np r o d u c t sa r eg o o d ，h o w e v e r , t 1 1 e ya r ev e r y e x p e n s i v ea n dt h et e c h n o l o g yi sk e p ti ns e c r e t b e c a u s eo fm o s to ft h ed o m e s t i c p r o d u c t sa r eo fb a dd e s i g n ，t h e i rs t a b i l i t ya n ds p e e do fa d j u s t m e n ti sp o o r a c c o r d i n gt ot h em a r k e tn e e d , t h ea u t h o ra n dt i a n j i na iw e ie l e c t r o n i c sc ol t d d e v e l o p e dt h ee x c h a n g ep u r i f i c a t i o nm a t o s t a tt o g e t h e rw h i c hi sc o n t r o l l e db yp i c s e r i e so fm c up r o d u c e db ym i e r o c h i pc o m p a n y t h ee x c h a n g ep u r i f i c a t i o nm a t o s t a t c a nr e s p o n dt ot h es u d d e nm u t a t i o no ft h ev o l t a g ea n dd e a lw i t ht h e ma to n c e w h e n o u t p u tv o l t a g ee x c e s s e st h er a n g eo ft h ec o n t r o lo fm a t o s t a t , t h ep r o d u c tw i l ls e n da w a r n i n gm e s s a g e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g np r o c e s so ft h ec o n t r o lp r o g r a mo f t h ec o r ec o m p o n e n t so ft h em a t o s t a ta n dh o wt os o l v et h ep r o b l e mo c c u r r e dd u r i n g t h ep r o g r a md e s i g n i n ga n dd e b u g g i n g i ta l s oi n t r o d u c e st h em u l t i - s a m p l i n g t e c h n o l o g yf r o mt h eo u t p u ta n dt h es w i t c hd e s i g no ft r a n s f o r m e rt oe n h a n c et h e a b i l i t yo fr a p i da n ds e n s i t i v em e d i a t i o no nv o l t a g e t h i sp a p e ri n t r o d u c e sh o wt o a c h i e v ea l lt h em o d u l e sa n ds e t so u tt h et e s tr e s u l t so f0 1 1 1 m a n o s t a to nd i f f e r e n t p l a t f o r m s i nt h i sp a p e r , t h ei n t e g r i t yo ft h ee n t i r es o f t w a r ed e v e l o p m e n tp r o c e s sw a s d i s c u s s e di nd e t a i l f i n a l l y , t h ea c h i e v e dp r o g r a mc a nm e e tt h ed e m a n do fh a r d w a r ea n dh a sas t r o n g s t a b i l i t y t h ep e r f o r m a n c ea n ds t a b i l i t yo fo u rp r o d u c t sa r eb e t t e rt h a nt h ec u r r e n t d o m e s t i cp r o d u c t s t h ep r o d u c t sh a v eb r o u g h tc o n s i d e r a b l ee c o n o m i ca n ds o c i a l b e n e f i t s k e y w o r d s ：p i c ，m a n o s t a t ，m c u ，m u l t i s a m p l i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤壅盘茔或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位敝作者虢融忤签字吼刎7 年月侈日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鎏盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 导师签名：识砬 签字日期：即7 年月侈日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 单片机的发展过程和性能的日益完善，实际上是对传统控制技术的一场革 命，开创了微控技术的新天地。现代控制理念的核心内涵就是嵌入式计算机应用 系统。通过不断提高控制功能和扩展外围接口功能，使单片机成为最典型、最广 泛、最普及的嵌入式微型控制系统( m c u ，m i c r oc o n t r o l l e ru n i t ) t l j 【2 】。单片机拥 有计算机的基本核心部件，将其嵌入到电子系统中，可以满足控制对象要求、实 现嵌入到非计算机产品中应用的计算机系统，从而为电子系统高级智能化外部模 拟量的高速采集、逻辑分析处理和对目标对象的智能控制p j 。 近2 0 多年来，计算机得到前所未有的发展的同时，同样具有计算机的一般 功能，价格低廉的单片机应运而生，并且正在不断改变人们的生活方式。与计算 机相比，单片机的优势是显而易见的，尤其是现在单片机应用已渗入到各个领域， 完全不能按照原有的嵌入式的思路去理解和应用。例如，控制一个家用的电子产 品( 模糊智能洗衣机和手机等) ，利用p c 计算机控制几乎是不可能的，这样成 本过高。单片机是芯片级的小型计算机系统，它可以被嵌入到任何应用对象系统 中，实现以智能化为主要的控制目的。同时单片机的应用领域随着棋功能化外沿 的不断扩展而日益广泛，己渗入到现场控制、电信手机、家用电器 4 】、仪表仪 器 5 1 2 、汽车电气【1 3 1 6 】和电子玩具 1 7 等领域的智能化控f l ；l j 1 8 1 9 和管理方 面 2 0 】。 人类的生活对电已是高度的依赖，特别是在网络经济的发展下，更是对电网 供电的质量和可靠性提出了更高要求。为确保工业生产的正常进行，科研工作的 顺利开展，网络信息的高速便捷传输，这切都需要电气制造商提供更多技术先 进，质量可靠的电源设备。 而且对于我国电网系统，由于我国能源供需分布极不均衡。全国可开发水力 资源的8 2 9 分布在四川、云南、湖北、青海、贵州和广西等省( 区) ，全国煤 炭储量的8 0 分布在华北和西北地区。另一方面，经济发展较快的负荷密集的东 部及沿海经济发达地区，能源资源严重不足。这种状况导致很多地区的供电系统 不稳定，对生产和生活造成很大的不便尤其是一些拥有精密仪器的单位，这样在 我国对电压稳定方面的要求更加迫切。这样我国对电压稳压器的需求市场会越来 越大，随着能源资源的开发和利用，就必然形成西电东送、北煤南运的大格局； 第一章绪论 大型电厂、电源基地特别是大型水电站的建设，往往导致跨省、跨区大容量远距 离送电，这很容易出现电压不稳的现象，这表明稳压器在相当长的时间内还是有 着不可替代的作用【2 1 1 。 1 2 研究现状 通过对市场的调查，现在的稳压器产品很多，但比较好的产品多是台湾企业 和外国企业所生产。外国企业的产品性能好但比较贵，台湾产品性能可以但价格 也偏高。国内产品虽然产品价格可以但性能上有所欠缺。由于国外企业对其技术 封锁，不会将具体设计信息透漏出来，所以需要自主进行产品的开发才能保住国 内市场的份额。 现在国内稳压产品的一些缺陷在于电路设计不是很合理，导致会出现由于干 扰出现死机的现象。而且在稳压器调压的时候采取比较笨拙的方法进行调压，导 致在调压过程中比较缓慢不能很好的保护所保护的相关机器。 单片机技术因其固有的优点得到越来越广泛的应用。由于单片机的型号种类 繁多，且编程多为汇编语言。由于汇编语言本身是一种非自然化的语言，从阅读 到理解都存在一定的困难。同时，不同公司、不同型号的单片机的汇编语言也有 差异，使得编程的技术人员往往只能把大量的精力投入到对功能的理解和分析 中，而很少能够从软件工程或其他角度出发对汇编语言的编程结构加以分析。使 得其程序的通用性、可移植性及可维护性大受影响【2 2 】。 针对这一现象我们需要开发一个开发周期短、性能稳定、效率高、功能更完 善的稳压器并尽可能的降低开发成本。 1 3 本文工作及组织结构 稳压器的设计是一个完整的单片机的开发过程，其中包括硬件设计和软件设 计部分，硬件部分是著者与爱威公司的工程师一起开发的。本文著者实现的是稳 压器的主控软件部分，即单片机程序的编写，以及稳压器整体设计。本文的著者 的工作是硬件部分的功能设计、程序的整体设计、程序实现、软件模拟调试和成 品调试。在软件设计过程中将结构化程序的思想应用到汇编语言编程中大大的减 少了开发时间，并遵循软件工程的思想，系统化的安排整个开发过程使该项目能 够按期、保质保量的完成。 论文的组织结构和章节安排如下： 第一章为绪论，介绍课题的研究背景和研究现状。 第一章绪论 第二章为所用器件的介绍，主要是介绍所选择适合本项目的p i c 单片机的优 点，还有对编程语言的选择以及开发工具的介绍。 第三章为系统的总体设计，其中包括软件设计和硬件设计，硬件设计介绍了 主要功能及重要技术，软件设计主要介绍了对功能模块的设计。 第四章为软件部分的详细设计，该部分详细介绍了软件设计的各个模块的设 计过程，以及如何解决开发过程中遇到的难题。 第五章为结果数据，主要介绍开发完产品的结果数据。 第六章为总结与展望，主要介绍自己所用的工作，并对今后的工作做出展望。 第二章所用器件的介绍 第二章所用器件的介绍 在稳压器的开发过程中不可避免的要遇到对各种器件到选择，单片机是稳压 器的核心部件需要慎重考虑以及编程语言的选择、开发工具的选择都是必须经过 认真考虑，考虑不当会直接影响以后的开发进度和性能。本章主要介绍了p i c 单 片机的优势、如何选择编程语言以及开发工具的介绍。 2 1 美国m i c r o c h i p 公司的p i c 系列单片机的优势 m i c r o e h i p 公司的p i c 系列单片机在以下几个方面有优势： ( 1 ) p i c 最大的特点是不搞单纯的功能堆积 2 3 1 ，而是从实际出发，重视产品的 性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求【2 4 】。就实际而言，不 同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的1 2 5 1 。比如，一个摩托车的点火器 需要一个i o 较少、r a m 及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机，若采 用4 0 脚且功能强大的单片机，投资大不说，使用起来也不方便。p i c 系列从低到 高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，p i c l 2 c 5 0 8 单片机仅有8 个引脚是 世界上最小的单片机，如图2 1 所示： 图2 - 1p i c l 2 c 5 0 8 单片机外型 该型号有5 1 2 字节r o m 、2 5 字节r a m 、一个8 位定时器、一根输入线、5 根i o 线，市面售价在3 6 元人人民币。这样一款单片机在象摩托车点火器这样 的应用无疑是非常适合。p i c 的高档型号，如p i c l 6 c 7 4 ( 尚不是最高档型号) 有 4 0 个引脚，其内部资源为r o m 共4 k 、1 9 2 字节r a m 、8 路a d 、3 个8 位定时 器、2 个c c p 模块、三个串行口、1 个并行口、1 1 个中断源、3 3 个i o 脚。这样 一个型号可以和其它品牌的高档型号媲美【2 6 】。 ( 2 ) 精简指令使其执行效率大为提高。p i c 系列8 位c m o s 单片机具有独特的 第二章所用器件的介绍 r i s c 结构【2 刀，数据总线和指令总线分离的哈佛总线( h a r v a r d ) 结构，使指令具 有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8 位的数据位数，这与传统的采用 c i s c 结构的8 位单片机相比，可以达到2 ：1 的代码压缩，速度提高4 倍【2 8 】。 ( 3 ) 产品上市零等待( z e r ot i m et om a r k e t ) 。采用p i c 的低价o t p 型芯片， 可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。 ( 4 ) p i c 有优越开发环境。o t p 单片机开发系统的实时性是一个重要的指标， 象普通5 1 单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理 想。p i c 在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用 的仿真芯片支持，实时性非常好。就我个人的经验看，还没有出现过仿真结果与 实际运行结果不同的情况【2 9 j 。 ( 5 ) 其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至2 2 0 v 交流电源，可直 接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。 ( 6 ) 彻底的保密性。p i c 以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔 丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，p i c 采用熔丝深埋工艺，恢复熔 丝的可能性极小。 ( 7 ) 自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。 ( 8 ) 睡眠和低功耗模式，虽然p i c 在这方面己不能与新型的t i - - m s p 4 3 0 相 比，但在大多数应用场合还是能满足需要的【3 0 】。 2 2 语言的选择 在单片机开发过程中，涉及到用到c 语言和汇编语言的问题，下面先对这 两种语言作一比较： 汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近机器码 的一种语言。主要优点是占用资源少、程序执行效率高。但是不同的c p u 其汇编 语言可能有所差异，所以不易移植。c 语言是一种结构化的高级语言【3 ，其优点 是可读性好、移植容易是普遍用的一种计算机语言，缺点是占用资源较多、执行 效率没有汇编语言高p 引。 对于目前普遍使用的r i s c 架构的8 位单片机来说，其内部r o m 、r a m 、 s t a c k 等资源都有限，如果使用c 语言编写一条c 语言指令编译后会变成很多条 机器码，很容易出现r o m 空间不够、堆栈溢出等问题。而汇编语言，一条指令 就对应一条机器码，每一步的执行动作都很清楚，并且程序大小和堆栈调用情况 都容易控制，调试起来也比较方便。c 语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾 了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。c 语言有功能丰富的库函数、 第二章所用器件的介绍 运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性，而且可以直接实现对系统硬件的 控制。此外，c 语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块 化程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用c 语言进行程序设计已成为软件 开发的一个主流，作为一个技术全面并涉足较大规模的软件系统开发的单片机开 发人员最好能够掌握基本的c 语言编程。但对于单片机的初学者来说，应该从汇 编学起，可以加深初学者对单片机各个功能模块的了解，从而打好扎实的基础【3 2 1 。 由于本文所设计的程序逻辑功能比较复杂、模块数量多，对单片机的r o m 容量的要求比较大，而选择的p i c l 6 c 5 7 只有2 k 的空间来进行程序的存储，所以 需要精细合理的分配每一字节的空间，用汇编语言是最适合的而且8 位单片机在 存储容量超过5 1 2 k 时还有分页转换的问题，用汇编语言的话可以很好的处理分 页问题【2 b 】。 2 3 软件平台工具的介绍 m p l a b - - i d e 是m i c r o c h i p 公司基于w i n d o w s 的p i c 系列单片机【3 3 】集成开发 环境应用软件包，m p l a b 集成有项目管理器、编辑器、在线调试器( mplab _ icd ) 、软件模拟器( m p l a b - - s i m ) 、汇编器( m p a s m ) 、链接器( mp lin k ) 、 库管理器( m p l i n ) 、c 编译器( m p l a b - - - c x x ) 等开发工具，这些工具提供了完全 的开发环境。编辑源代码可采用c 语言，也可采用汇编语言。该软件包环境还支 持m p l a b - - i c e 和p i c m a s t e r 仿真器以及p i c s t 6 肿p l u s 、p r o m a t e i i 烧写 器，还支持其他的m i c r o c m p 和第三方开发系统工具。 通过这个平台可以很好地编辑，编译所写的程序而且可以通过软件模拟平台 进行调试。 2 3 1m a p l a b 的主要功能及特点 m p l a b 是一个很方便、易学、功能丰富的p i c l 6 1 7 系列单片机产品的集成 开发工具软件，有如下主要特性【3 】； ( 1 ) m p l a b 编辑程序( m p l a be d i t o r ) m p l a b 的编辑程序能够在m p l a b 集成环境下书写并编辑适用于p i c l 6 1 7 系列的源程序( 源代码) ，并能编缉其它一些文本文件( 如列表文件等) 。 ( 2 ) m p a s m 汇编程序( m a p l a ba s s e m b l e r ) m p a s m 是一种p i c l 6 1 7 系列单片机的通用汇编程序，具有完善的宏功能及 其条件汇编功能。m p a s m ( w i n d o w s 版) 不用退出m p l a b ，便可生成各种目 标代码格式，以支持m i c r o c h i p 的发工具于其它的编辑工到3 0 】。 第二章所用器件的介绍 ( 3 ) m p l a b s i m 模拟调试程序( m p l a b s i ms i m u l a t o r ) m p l a b s i m 模拟调试程序能找出代码的问题，并调试有关p i c l 6 1 7 系列 产品的应用程序。它可以模拟核( c o r e ) 的功能以及大多数p i c l 6 1 7 系列单片机的 外设。 ( 4 ) m p l a b 项目管理程序( m p l a bp r o j e c tm a n a g e r ) 项目管理程序是m p l a b 的核心部分，不创建项目就不能进行符号调试，在 整个项目管理程序中可进行下列操作： 1 创建项目。 2 把源代码文件加入到项目之中。 3 编辑源代码。 4 汇编或编辑源代码。 5 重建( r e b u i l d ) 所有源文件，或编译单个文件。 6 调试源代码。 ( 5 ) p i c m s a t e r 仿真器( p i c m a s t e re m u l a t o r ) m p l a b 集成开发环境支持p i c m a s t e r 硬件实时仿真器。p i c m a s t e r 是 一种高性能的在线仿真器，具有与m p l a b s i m 相同的用户接口，能实时的运行 目标应用程序，同时进行硬件调试操作。 2 3 2m a p l a b 一些生成文件的作用 p j t 是所建项目的项目文件。 c f g 是所建项目的配置文件，其中包含文件所有的配置信息。 a s m 是源程序文件，所写的汇编程序写在这一文件中便于对程序的修改。 c o d 是符号与机器码文件，用于在线仿真系统或仿真器软件的装入。 e r r 是错误信息文件，便于用户查找错误的原因。 l s t 是列表文件，在列表文件中将重新产生每一行源代码行号、位置计数 器和目标代码。便于对程序调试和修改，尤其是可以很好的找到跳页信息，便于 对跳页的管理【3 4 1 。 h e x 是目标码文件，也就是最总要烧写到单片机中的文件。 第三章系统的总体设计 3 1 硬件设计 3 1 1 硬件功能介绍 第三章系统的总体设计 硬件设计部分主要的改进是实现从输出进行1 4 种情况的采样，分别以偏离 2 2 0 v 的电压为标准：偏低6 v 、偏低1 2 v 、偏低1 8 v 、偏低2 4 v 、偏低3 0 v 、偏 低3 6 v 、偏高4 2 v 、偏高6 v 、偏高1 2 v 、偏高1 8 v 、偏高2 4 v 、偏高3 0 v 、偏 高3 6 v 、偏高4 2 v 的采样。通过对这些采样信号进行处理以后，向所属的控制 端口发送信号。而主电路只须向p i c 主控制器提供8 个信号，就可以区分开这 1 4 个采样信号，p i c 接受这八个信号的端口分别为：r b 0 、r b l 、r b 2 、r b 3 、 r b 4 、r b 5 、r b 6 、r b 7 。单片机对这八条信号进行处理以后，从输出端口发送 控制信息打开或关闭相应的变压器开关，从而起到稳压的作用。 硬件功能如图3 1 ，各接口对应的功能如下： 图3 - 1 硬件功能图 r b 0 ：当电压高于2 2 6 v 或低于2 1 4 v 时，接受高压信号( 此时r b 0 = i ) ，当 电压在2 2 6 v 和2 1 4 v 之间时，接受为低压信号( 此时r b 0 - - - - 0 ) 。 r b l ：当电压高于2 3 2 v 或低于2 0 8 v 时，接受高压信号( 此时r b 0 = i ， 第三章系统的总体设计 r b i = i ) ，当电压在2 3 2 v 和2 0 8 v 之间时，接受为低压信号( 此时r b i = 0 ) 。 r b 2 ：当电压高于2 3 8 v 或低于2 0 2 v 时，接受高压信号( 此时r b 0 = i ，r b i = i ， r b 2 = i ) ，当电压在2 3 8 v 和2 0 2 v 之间时，接受为低压信号( 此时r b 2 = 0 ) 。 r b 3 ：当电压高于2 4 4 v 或低于1 9 6 v 时，接受高压信号( 此时r b 0 = i ，r b l = 1 ， r b 2 = i ，r b 3 = i ) ，当电压在2 4 4 v 和1 9 6 v 之间时，接受为低压信号( 此时r b 3 = 0 ) 。 r b 4 ：当电压高于2 5 0 v 或低于1 9 0 v 时，接受高压信号( 此时r b 0 = i ，r b i = i ， r b 2 = i ，r b 3 = i ，r b 4 = i ) ，当电压在2 5 0 v 和1 9 0 v 之间时，接受为低压信号( 此 时r b 4 = 0 ) 。 r b 5 ：当电压高于2 5 6 v 或低于1 8 4 v 时，接受高压信号( 此时r b 0 = i ，r b i = i ， r b 2 = i ，r b 3 = i ，r b 4 = i ，r b 5 = i ) ，当电压在2 5 6 v 和1 8 4 v 之间时，接受为低 压信号( f a 时r b 5 = 0 ) 。 r b 6 ：当电压高于2 6 2 v 或低于1 7 8 v 时，接受高压信号( 此时r b 0 = i ，r b i = 1 ， r b 2 = i ，r b 3 = i ，r b 4 = i ，r b 5 = i ，r b 6 = 1 ) ，当电压在2 6 2 v 和1 7 8 v 之间时， 接受为低压信号( j e 时r b 6 - - 0 ) 。 r b 7 ：当电压高于2 2 0 v 时，接受高压信号( 此时r b 7 = i ) ，当电压低于2 2 0 v 时，接受为低压信号( 此时r b 7 _ 0 ) 。 r c 0 ：当要使输出电压降6 v 时，输出高压信号( j e 时r c 0 = i ) ，否则为低 电平( 此时r c o = 0 ) 。 r c l ：当要使输出电压降1 2 v 时， 电平( 此时r c i = 0 ) 。 r c 2 ：当要使输出电压降2 4 v 时， 电平( 此时r c 2 = 0 ) 。 r c 3 ：当要使输出电压升6 v 时， 电平( 此时r c 3 - - - - - - = 0 ) 。 r c 4 ：当要使输出电压升1 2 v 时， 电平( 此时r c 4 = 0 ) 。 r c 5 ：当要使输出电压升2 4 v 时， 电平( 此时r c 5 = 0 ) 。 输出高压信号( 此时r c i = i ) ，否则为低 输出高压信号( 此时r c 2 = i ) ，否则为低 输出高压信号( 此时r c 3 = 1 ) ，否则为低 输出高压信号( 此时r c 4 = i ) ，否则为低 输出高压信号( 此时r c 5 = i ) ，否则为低 r c 6 ：输出的信号主要是控制保护开关，保护开关的作用是在电路中串入一 个电阻从而保护在打开或关闭变压器开关时所产生的高电流。每当对稳压器开关 进行操作时，输出高信号( 此时r c 6 = i ) 。否则，保持低电平。 r c 7 ：输出的信号是对变压器开关能否起作用的控制，当输出为高电平时， r c 0 r c 5 口的信号能够对变压器开关进行控制，当输出为低电平时，r c 0 r c 5 口的信号将无法对变压器开关进行控制。 第三章系统的总体设计 r a 0 ：输出的信号控制报警开关，当输入电压高于2 8 0 v 或低于1 6 0 v 时， 输出高电平，发出报警信号通知现在的电压已经超出控制范围，需要做相应的应 急措施。其他情况下输出低电平信号，表明稳压器还可以将电压控制在一个安全 的范围内。 o s l ，o s 2 ：主要是提供震荡方式，通过不同的接法和电路会得到不同的震 荡方式，我们选择的是标准晶体陶瓷震荡x t 震荡方式4 ，从而提供单片机运行 需要的时钟频率。 3 1 2 输出端多点采样的设计 经过不断的实验和分析，最终选择从输出端进行多点采样。在输出端总共设 计了1 4 个采样点，如图3 2 所示： 图3 - 2 输出多点采样硬件图 本文采用从输出端进行多点采样的技术是从以下几个方面考虑： ( 1 ) 在输出端采样能够避免变压器本身对电压的影响，当稳压器有几十千瓦 甚至上万千瓦的负载时，变压器将消耗一部分电压。因为输入端的电压连接整个 电网系统，它是不会受变压器的影响，但输出端的电压将会受影响。例如：输入 电压为2 0 5 v ，从输入端采样到低于标准电压( 2 2 0 v ) 1 2 v 的信号，控制系统发出 降压1 2 v 的信号，打开降压1 2 v 变压器的开关。空载时输出电压为2 1 7 v ，但是 第三章系统的总体设计 在加上大功率的负载时，输出电压为2 2 3 v 。因为变压器本身消耗了4 v 的电压， 而输入电压连接外网系统不受变压器的影响，这样输出电压偏离安全范围时，输 入端却采样不到相应的信号，致使稳压器调压不稳。而采用从输出端进行采样， 这个问题就可以避免。 ( 2 ) 多点采样的使用是为了能够对电压进行精确、快速的调节。采样信号是 以6 v 为一个间隔，这样可以将输出电压控制在2 1 4 v 到2 2 6 v 之间。本文设计 的稳压器包含有三个变压器，分别为：调压6 v 的变压器、调压1 2 v 的变压器、 调压2 4 v 的变压器，将这三个变压器的调压值进行组合，就可以得到以下几个 数值：6 v 、1 2 v 、1 8 v 、2 4 v 、3 0 v 、3 6 v 、4 2 v 。根据这种组合本文设计出了1 4 个采样点来进行采样，这样每个采样信号都对应不同变压器的一种组合。稳压器 根据这1 4 个不同电压范围的采样信号进行快速、准确的处理。 在输出端进行多点采样有以下几方面的优点： ( 1 ) 排出变压器电压损耗对稳压器的干扰。 ( 2 ) 及时、准确、精细的收集电压变化信号，便于对电压作及时、准确的处 理。 多点采样的缺点是：采样数不能太多，因为本文所设计的各采样信号是以 1 5 v 为间隔，在进行硬件调节时，已经很难达到所要求的精度。当采样信号过 多的时候，由于间隔电压幅度太小，加上周围电路的影响是很难达到精确标准的。 3 1 3 变压器控制开关的设计 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通过交流电流时， 铁芯( 或磁芯) 中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压( 或电流) 。变压 器有铁芯( 或磁芯) 和线圈组成，变压器两组线圈圈数分别为n 1 和n 2 ，n 1 为 初级，n 2 为次级。在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应 电动势。当n 2 n 1 时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器 称为升压变压器，当n 2 = 0 1 0 时， 只需减去0 1 0 并将s c 2 输出到对应的端口起到升压的作用。 图4 _ 4 描述了对输出电压升1 8 v 时的处理模块的具体流程，进入该模块时 r b 0 = i ，r b i = i ，r b 2 = i ，r b 3 = 0 ，r b 7 = 0 说明只采样到输出电压低于6 v 、1 2 v 、 1 8 v 的信息。整个模块的逻辑功能基本上同对输出电压升1 2 v 时的处理模块 样，只有在判断s c i = 1 1 1 的地方，当s c i = 1 1 1 时不仅要关闭关掉保护开关，而 且要打开报警开关，提示用户输出电压已经超过安全范围，并且稳压器调压已经 i 达到最大值。 对于输出电压升2 4 v 、3 0 v 、3 6 v 、4 2 v 的处理模块与输出电压升1 8 v 的逻 辑功能基本一样，在此就不再赘述。 2 0 第四章软件部分的详细设计 图4 - 3 对输出电压升1 2 v 时的处理模块流程图 2 1 第四章软件部分的详细设计 图钳对输出电压升1 8 v 时的处理模块流程图 第四章软件部分的详细设计 4 2 5 输出电压降6 v 时的处理模块 该模块的功能主要是对输出电压大于2 2 0 v 小于等于2 2 6 v 时情况的处理， 在处理过程中，需要考虑几个变压器所处的状态，根据不同情况进行不同的处理。 图4 5 描述了对输出电压降6 v 时的处理模块的具体流程，进入该模块时r b 0 = i ， r b i = 0 ，r b 7 = i 说明只采样到输出电压高出2 2 0 v 为6 v 的信息，对s c l 的判断 是为了看升压开关是否已经打开。s c i = 0 时说明升压开关没有打开，只需考虑降 压的情况。当s c 2 = 1 1 1 ( 表示s c 2 对应的二进制位) 时，说明所有的降压开关 已经全部打开，这时就应该关掉保护开关，因为保护开关是通过接入一个电阻 图4 - 5 对输出电压降6 v 时的处理模块流程图 第四章软件部分的详细设计 来起到限流的作用，接入时间过长会使得电阻发热过多而烧坏器件。如果s c 2 未到达1 11 ，则在原有基础上加上降6 v 的情况，并且将最终s c 2 的结果输出到 对应的端口起到降压的作用。 当s c l 不为零时，说明有部分升压开关正在打开，所以只需关掉相应的升 压开关就可起到降压的作用。s c l 减去0 0 1 就可以使降压值减少6 v ，从而使得 输出电压降6 v 的作用。 4 2 6 输出电压降1 2 v 、1 8 v 、2 4 v 、3 0 v 、3 6 v 、4 2 v 时的处理模块 该模块的功能主要是对输出电压大于2 2 6 v 小于等于2 3 2 v 、大于2 3 2 v 小于 等于2 3 8 v 、大于2 3 8 v 小于等于2 4 4 v 、大于2 4 4 v 小于等于2 5 0 v 、大于2 5 0 v 小于等于2 5 6 v 、大于2 5 6 v 小于等于2 6 2 v 、大于2 6 2 v 情况的处理，由于这几 个模块在逻辑功能上是十分类似所以就不一一列举。在此具体讲解输出电压降 1 2 v 和1 8 v 的处理过程，图4 6 描述了对输出电压降1 2 v 时的处理模块的具体 流程，进入该模块时r b 0 = i ，r b i = i ，r b 2 = 0 ，r b 7 = i 说明只采样到输出电压高 出2 2 0 v 为6 v ，1 2 v 的信息，对s c l 的判断是为了看降压开关是否已经打开。 s c i = 0 时说明升压开关没有打开，只需考虑降压的情况。当s c 2 = 1 1 1 ( 表示s c 2 对应的二进制位) 时，说明所有的降压开关已经全打开了，这时就应该关掉保护 开关。因为保护开关是通过接入一个电阻来起到限流的作用，接入时间过长会使 得电阻发热过多而烧坏器件。如果s c 2 未到达l1l ，则在原有基础上加上降1 2 v 的情况。如果原有的降压值已经达到3 6 v ，再降压1 2 v 会超出4 2 v 的调节范围。 所以当调压超过4 2 v 时，就将s c 2 = 1 1 1 ，并将最终s c 2 的结果输出到对应的端 口起到升压的作用。 当s c l 不为零时，说明有升压开关正在打开，因此只需将相应的升压开关 关掉就可起到降压的作用。s c l 减去0 1 0 就能将以前的升压值减少1 2 v 。但当 s c i = 0 0 1 时，就需先将s c l 置零，然后再使s c 2 = 0 0 1 ，这样就须先关掉6 v 的升 压开关，然后再打开6 v 的降压开关，这样的结果相当于是输出降压1 2 v 。如果 s c i = 0 1 0 时，只需减去0 1 0 并将s c l 输出到对应的端口起到降压的作用。 图4 7 描述了对输出电压升1 8 v 时的处理模块的具体流程，进入该模块时 r b 0 = i ，r b i = i ，r b 2 = i ，r b 3 卸，r b 7 = i 说明只采样到输出电压高出2 2 0 v 为 6 v 、1 2 v 、1 8 v 的信息。整个模块的逻辑功能基本上同对输出电压升1 2 v 时的 处理模块一样，在这就不再赘述。只有在判断s c 2 = 1 1 1 的地方，当s c 2 - - - 1 1 1 时 不仅要关闭保护开关而且要打开报警开关，提示用户输出电压已经超过安全范 围，并且稳压器调压已经达到最大值。 对于输出电压降2 4 v 、3 0 v 、3 6 v 、4 2 v 的处理模块与输出电压降1 2 v 的逻 第四章软件部分的详细设计 辑功能基本一样，在此就不再赘述。 图4 6 对输出电压降1 2 v 时的处理模块流程图 第四章软件部分的详细设计 图4 7 对输出电压降1 8 v 时的处理模块流程图 第四章软件部分的详细设计 4 3 程序设计中的难点 在程序设计过程中会遇到一些问题，对这些问题的处理不当将会使得程序无 法正常工作或使得编程难度加大。 4 3 1 跨页跳转问题的处理 p i c 程序存储器采用分页结构，每页长0 5 k b ，页面地址由状态寄存器f 3 的第5 位和第6 位( p a 0 ，p a l ) 确定。程序转移时，在本页内可直接进行。在需跨 业跳转时( g o t o 、c a l l 指令) ，则必须根据所要跳转去的页面号，把b 中的p a 0 ， p a l 的位置设置成相应的值。p i c l 6 c 5 7 的存储容量是2 k ，这样就有4 页。因此 在程序中对跨页跳转的处理是十分重要而且容易出错的。 由于每行汇编代码具体放在哪一页，在编译以前是很难知道的，只有你得 到l s t 文件时，才能知道每行代码存储的位置和所在的页面。所以在编写程序 的时候是没必要考虑跨页跳转问题，当把程序编译通过时，再通过l s t 文件找 到跨页面跳转的代码，找到所跳转的页面然后在状态寄存器中设置相应的位置。 例如以下一些代码是关于跨页面的设置的： 第一段代码： b s fs t a ni s，p a o b t f s ca l l b，n g o t on l b c fs t 久兀y s，i a 0 第二段代码： b c fs t 久兀7 s ，p a l b c fs t a t l7 s，f a 0 b c fr c，5 c a l l 份j t b s fs 聊7 s ，p a l b s fs t & r i7 s，p i a o ；设置跳转到第1 个页面 ；转向n = i 的情况 ；设置为当前所在位置的页面 ；设置跳转到第0 个页面 ；关闭升压为2 4 v 的开关 ；延时2 0 m s ：设置为当前所在位置的页面 第一段代码所处的位置是在第0 个页面，而跳转到标号n 1 所在的页面是第 l 页，所以应该在跳转前设置好跳转页面，而那段需要跳转的代码会在l s t 文件 中用m e s s a g e 信息提供跳转代码所在的位置。设置了跳转页面，当跳转代码执行 以后，还得还原为以前的页面信息，因为以后的跳转代码还会在原有页面内跳转。 第二段代码所处的位置是在第三个页面，而跳转代码所在的位置是在第0 个 页面，因此先将页面信息设置为第0 页，当延时以后还得将页面信息设置为原来 第四章软件部分的详细设计 的第三页面信息。 还有应该注意的问题是：每增加一段代码都会改变其他代码的存储位置，因 此跳转代码也会有所变化，所以每当对程序有所修改，必须全部检查一下跳转代 码是否有所变化。 4 3 2 名称和变量的定义 在汇编语言编码过程中，各种寄存器的地址和特殊功能寄存器各个为对应的 功能的位置是很容易搞混。而且每写一个寄存器地址都得找寄存器表来得到地址 这是一件很麻烦的事情，可以通过e q u ( 标号赋值伪指令) 来指定各个寄存器 的标号这样可以避免去记寄存器的地址只需记住寄存器对应的名称就行。通过这 种方式可以对你所用的通用寄存器起一个与其功能相对应的标号，这样既方便记 忆又方便编程。