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采用C8051F000单片机实现对多路参数变化的监测控制系统的设计

电子设计 2019-12-11 07:54 次阅读

在实际应用中,对被控对象的物理参数(温度、湿度、位移、电流及电压等)在一定的范围内进行控制,是单片机的典型应用之一。很多宏观要求精确控制的场合,其微观控制过程,仍可归结为是对某些参数变化范围的控制。如传统的三相异步电机从启动到正常运行,电流、电压和温度的变化;抽水塔水位的变化;机床刀具的行程变化及数字电表的自动量程变换等。这些控制过程最显著的特点是:被控物理量都是一个变化范围,而非某一个精确的“点”。对物理量变化范围进行有效控制的方法很多,本文重点介绍利用C8051F000单片机片内8路高性能的12位ADC数据采集系统和可编程窗口检测器,实现对多路参数变化范围控制的硬件组成和软件设计方法。

1 C8051FXXX系列单片机介绍

2 硬件电路组成及原理

硬件电路如图1所示,分成数据采集、按键控制和显示输出三大部分。C8051FXXX系列的8路模拟量采集通道,通过选择不同功能的传感器或电量转换装置(如电流、电压互感器、集成温度传感器等),完成对被测目标系统多路参数的数据采集。工作时,系统不断将各通道采集来的数据与用户事先设定的上/下限极值进行比较;系统执行机构根据比较结果,确定是否越限而作出相应的具体操作。系统显示部分为5位LED显示,低4位用来显示用户所选定通道的模拟信号大小或上/下限极值设置 数据,最高位LED4为通道数字(0~7)显示位。 P0.0~P0.7为各通道越限处理输出,分别控制相应的执行机构。

采用C8051F000单片机实现对多路参数变化的监测控制系统的设计

图1

2.1 按键控制功能

按键控制部分是整个系统最复杂、最能体现设计思想的一部分。为了方便地选择通道及显示设置数据,以尽量少的按键完成尽可能多的功能,实现较好的人机界面和软、硬件资源的有机结合,设置了选择通道的“切换”键S1、进行ADC窗口检测器上/下限极值设定的“设置”键S5、改变LED显示数据的“+”、 “-”键S3、S4,并要求每按一次使显示值加(减)1。如果连续按键超过一定时间(如2s),则显示值将很快地递增或递减。用户设置完毕,按下“存储” 键S2,可将所设数据保存在非易失性数据存储器Flash中,避免由于断电而需重新设置数据的麻烦。通过软件设计,完成数据的自我备份与保护,不需要另置备用电池,简化了硬件结构。

2.2 ADC的工作方式及窗口检测器

C8051F000片内ADC子系统内除集成了1个多通道模拟输入选择器(AMUX)、可编程增益放大器(PGA)和1个100Ksps、12位分辨率的逐次逼近型ADC外,还集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。它们完全由CIP-51通过特殊功能寄存器控制。

① ADC0CN寄存器。控制转换启动方式和结果数据存放方式,设置ADC转换结束和窗口检测器中断标志等。A/D转换允许用软件事件、硬件信号触发转换或进行连续转换。每次转换完成后产生一个中断,或者用软件查询来判断转换是否结束,完成后数据字被存在指定的寄存器中。

② AMXOSL、AMXOCF寄存器。ADC通道选择。当AMXOCF=00H时,AMXOSL的00H~07H分别表示选择AIN0~AIN7八个模拟输入通道。

③ ADC0GTH ADC0GTL寄存器。该两个存储单元为ADC可编程窗口检测器,为供用户设定上限的12位数据寄存器。ADC0GTH为高四位,ADC0GTL为低八位。

④ ADC0LTH ADC0LTL寄存器。ADC可编程窗口检测器,为供用户设定下限的12位数据寄存器。

3 软件设计

为便于升级和维护,软件设计采用积木式模块化处理,各功能模块既相互联系,又自成一体。其基本设计思想是:利用定时/计数器T3的溢出,定时地启动 ADC转换和窗口比较器中断。通过中断处理,将相应通道的12位转换数据与由用户设定的上/下限极值作为越限条件进行比较,产生新的中断输出,驱使系统执行机构进行相应的调整,从而达到数据被控制在某一范围内的目的。

主程序由初始化、显示、定时比较及按键处理等软件功能模块组成,图2为主程序流程框图。

采用C8051F000单片机实现对多路参数变化的监测控制系统的设计

图2

结语

自2000年美国Cygnal公司推出C8051FXXX系列单片机以来,强大的内部功能和丰富的片内资源,使之能用最简单的硬件结构实现多通道数据范围的检测。本文设计的控制系统,只要配置合适的电量传感器,就可方便地用于各类电力变电系统对三相电流、电压等进行范围控制。

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NCP110 LDO稳压器 200 mA 低输入电压 超高PSRR

是一款线性稳压器,能够从1.1 V输入电压提供200 mA输出电流。 NCP110提供0.6 V至4.0 V的宽输出范围,极低的噪声和高PSRR,是高精度模拟和放大器的理想选择。 Wi-Fi应用。 该器件具有极低电压,低噪声,高PSRR和低静态电流的独特组合,采用创新的新架构。由于低静态电流,低输入电压和压差,NCP110非常适用于电池供电的连接设备,如智能手机,平板电脑和无线物联网模块。 该设备设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它采用超小型0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP)和XDFN4 0.65P,1 mm x 1 mm。 特性 优势 Low Vin 1.1 V 适用于电池供电设备 超低噪声8.8μV rms 非常适合噪声敏感应用 1 kHz时高PSRR 95 dB 非常适合功率敏感设备 低静态电流20μA 电池供电应用的理想选择 提供小型封装CSP4 0.65 x 0.65 mm& xDFN4 1 x 1 mm 适用于空间受限的应用程序 应用 终端产品 电池供电设备 无线和LAN设备 智能手机,平板电脑 数字相机 便携式医疗设备 RF,PLL,VCO和时钟电源 电池供电的物联网模块 智能手机 平板电...
发表于 07-30 06:02 49次 阅读
NCP110 LDO稳压器 200 mA 低输入电压 超高PSRR

NCP6360 用于射频功率放大器的迷你降压转换器

0是一款PWM同步降压DC-DC转换器,专为提供用于3G / 4G无线系统(移动/智能手机,平板,平板电脑......)的射频功率放大器(PA)而优化由单节锂离子电池供电。该器件能够提供高达800 mA的电流。输出电压可通过模拟控制引脚VCON从0.6 V至3.4 V进行监控。模拟控制允许在通信期间动态优化RF功率放大器的效率,例如在漫游情况下,有利于增加通话时间。此外,在轻负载时,为了优化DC-DC转换器效率,NCP6360自动进入PFM模式,工作在较慢的开关频率,对应于PWM模式下的静态电流降低,器件在开关时工作频率为6 MHz。同步整流可提高系统效率。 NCP6360采用节省空间的1.5 x 1.0 mm CSP-6封装。 特性 优势 输入电压2.7V至5.5V 适合单节电池供电应用 使用控制引脚VCON的可调输出电压(0.6V至3.4V) 适用于电源跟踪应用 6 MHz开关频率 小型电感器和外部元件 PFM / PWM自动模式更改 轻载,中载和重载时的高效率 低静态电流(典型值30μA) 低功率应用 嵌入式热保护 防止IC损坏 1.5 x1.0mm²/ 0.5 mm间距CSP封装 小空间应用程序...
发表于 07-30 05:02 125次 阅读
NCP6360 用于射频功率放大器的迷你降压转换器

NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

2是一款低输入电压,6 A同步降压转换器,集成了30mΩ高侧和低侧MOSFET。 NCP1592专为空间敏感和高效应用而设计。主要特性包括:高性能电压误差放大器,欠压锁定电路,防止启动直到输入电压达到3 V,内部或外部可编程软启动电路,以限制浪涌电流,以及电源良好的输出监控信号。 NCP1592采用耐热增强型28引脚TSSOP封装。 特性 30mΩ,12 A峰值MOSFET开关,可在6 A连续输出源或接收器处实现高效率电流 可调节输出电压低至0.891 V,准确度为1.0% 宽PWM频率:固定350 kHz,550 kHz或可调280 kHz至700 kHz 应用 终端产品 低压,高密度分布式电源系统 FPGA 微处理器 ASICs 便携式计算机/笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 57次 阅读
NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 46次 阅读
NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

NCP81255 用于IMVP8的单相稳压器

55是一款高性能,低偏置电流,单相稳压器,集成了功率MOSFET,旨在支持各种计算应用。该器件能够通过英特尔专有接口接口在可调输出上提供高达14 A的TDC输出电流。在高达1.2 MHz的高开关频率下工作允许采用小尺寸电感器和电容器。该控制器利用安森美半导体的专利高性能RPM操作。 RPM控制可最大化瞬态响应,同时允许不连续频率调节操作和连续模式全功率操作之间的平滑过渡。 NCP81255具有一个超低偏移电流监视放大器,具有可编程偏移补偿,用于高精度电流监视。 特性 优势 高电流状态下的自动DCM操作 效率更高 高性能RPM控制系统 更易于补偿 IMVP8英特尔专有接口支持 与英特尔CPU兼容 超低偏移IOUT监视器 准确性 动态VID前馈 可编程下垂增益 Ze ro Droop Capable 数字控制工作频率 这些设备无铅,无卤素/ BFR免费且符合RoHS标准 应用 工业嵌入式系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 00:02 72次 阅读
NCP81255 用于IMVP8的单相稳压器

NCV51411 降压转换器 低电压 1.5 A 26​​0 kHz 具有同步功能

11是一款1.5A降压稳压器IC,工作频率为260 kHz。该器件采用V2控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和简单的环路补偿。 NCV51411可承受4.5V至40V的输入电压,并包含一个与外部振荡器同步的输入。 NCV51411已通过汽车应用认证,也可作为CS51411商用级。 特性 优势 V2架构 提供超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 准确的输出电压 开关频率下降短路条件下4:1 降低短路功耗 BOOST引​​脚为片上NPN powertransistor提供额外的驱动电压 允许自举操作最大限度地提高效率 同步功能 并行供电操作或噪音最小化 睡眠模式的关闭引脚 提供掉电选项(...
发表于 07-30 00:02 67次 阅读
NCV51411 降压转换器 低电压 1.5 A 26​​0 kHz 具有同步功能

SG3525A PWM控制器

A PWM控制器用于控制所有类型的开关电源,可提供更高的性能和更少的外部元件数量。片内+5.1 V基准电压调整为+/- 1%,误差放大器的输入共模电压范围包括参考电压,因此无需外部分压电阻。振荡器的同步输入使多个单元可以从属,或者单个单元与外部系统时钟同步。通过连接在CT和放电引脚之间的单个电阻可以编程大范围的死区时间。该器件还具有内置软启动电路,仅需外接定时电容。关断引脚控制软启动电路和输出级,通过脉冲关断的PWM锁存器提供瞬时关断,以及具有更长关断命令的软启动循环。当VCC低于标称值时,欠压锁定会禁止输出和软启动电容的变化。输出级采用图腾柱设计,能够吸收和输出超过200 mA的电流。 SG3525A的输出级具有NOR逻辑,导致关闭状态的低输出。 特性 8.0 V至35 V操作 5.1 V +/- 1.0%修剪参考 100 Hz至400 kHz振荡器范围 单独的振荡器同步引脚 可调节死区时间控制 输入欠压锁定 锁存PWM以防止多个脉冲 逐脉冲关机 双源/灌电流输出:+/- 400 mA峰值 无铅封装可用* 应用 半桥 推拉式 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 148次 阅读
SG3525A PWM控制器

NCP81248 用于IMVP8的三轨降压控制器

48包含一个两相和两个单相降压控制器,针对Intel IMVP8兼容CPU进行了优化。两相控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位为IMVP8 CPU提供精确调节的电源。两个单相控制器利用安森美半导体的高性能RPM操作。 RPM控制最大限度地提供响应,同时允许在连续频率缩放操作和连续模式全功率操作之间进行平滑过渡。单相导轨具有低偏移电流监测放大器,具有可编程偏移补偿,用于高精度电流监测。 特性 Vin范围4.5 V至25 V 在避免虚假OVP的情况下启动预充电负载 可调节Vboot(导轨3除外) 高阻抗差分输出电压放大器 动态参考注入 可编程输出电压摆率 动态VID前馈 每相差分电流检测放大器 开关频率范围200 kHz - 1.2 MHz 数字化稳定的开关频率 应用 嵌入式系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 20次 阅读
NCP81248 用于IMVP8的三轨降压控制器

NCP81245 三轨输出控制器 兼容IMVP8

45是一款3轨多相降压解决方案,针对Intel IMVP8兼容CPU进行了优化,用户配置为3/2/1 + 3/2/1 + 1相,包括选项4/3/2 / 1 + 2/1 + 1.该控制器结合了真正的差分电压检测,电感器DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为笔记本电脑应用提供精确的稳压电源。多相轨控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)和DCR电流检测,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应。单相控制器可用于SA或GTUS导轨。它利用了安森美半导体的专利高性能RPM操作。 RPM控制可最大化瞬态响应,同时允许不连续频率缩放操作和连续模式全功率操作之间的平滑过渡。单相轨道具有超低偏移电流监视放大器,具有可编程偏移补偿,可实现超高精度电流监视。 特性 优势 多阶段计数配置 灵活的用户可配置选项允许一部分匹配所有功能 与Drmos或离散驱动程序兼容 使用Drmos或Discrete解决方案的灵活选项每个阶段 动态参考注射® 支持全MLCC输出电容 精确的总电流求和放大器 自动相位脱落 开关频率300kHz至1.2MHz 应用 嵌入式系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 66次 阅读
NCP81245 三轨输出控制器 兼容IMVP8

NCP81241 具有SVID接口的单相控制器 适用于台式机和笔记本CPU应用

41单相降压解决方案针对兼容Intel VR12.1的CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。单相控制器使用DCR电流检测,以降低的系统成本为动态负载事件提供最快的初始响应。 特性 优势 开关频率范围250 kHz - 1.2 MHz 引脚可编程 VIN范围4.5V-25V 涵盖桌面和笔记本应用程序 启动进入预充电负载 避免错误OVP 高性能操作误差放大器 数字软启动斜坡 应用 终端产品 CPU功率 笔记本电脑 台式电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 35次 阅读
NCP81241 具有SVID接口的单相控制器 适用于台式机和笔记本CPU应用

NCP81610 采用PWM_VID和I2C接口优化的多相同步控制器 适用于新一代计算和图形处理器

10是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件可驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位减小或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 特性 优势 符合NVIDIA OVR4i +规格 GPU Vcor​​e规范合规性 支持最多8个阶段 支持高相位数和大电流 2.8 V至20 V电源电压范围: 宽线路输入电压范围 250 kHz至1.2 MHz开关频率(8相) 宽工作频率范围 欠压保护(UVP) 过压保护(OVP) 每相过流限制(OCL) 系统过流保护(OCP) 在避免虚假OVP的情况下启动预充电负载 可配置载重线 每相的真差分电流平衡检测放大器 相间动态电流平衡 电流模式双边沿调制,用于快速初始响应瞬态负载 宝保存接口(PSI) 自动阶段使用用户...
发表于 07-29 18:02 93次 阅读
NCP81610 采用PWM_VID和I2C接口优化的多相同步控制器 适用于新一代计算和图形处理器

NCP6151 VR12 2相 3相 4相CPU控制器+ 1相GPU控制器

1 / NCP6151A双输出四加一相降压解决方案针对Intel VR12兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)和DCR电流检测,可提供对动态负载事件的最快初始响应并降低系统成本。在轻负载运行期间它也会脱落到单相,并且可以在轻负载时自动进行频率调整,同时保持良好的瞬态性能。 特性 符合英特尔VR12 / IMVP7规范 电流模式双边沿调制,用于瞬态加载的最快初始响应 双高性能操作误差放大器 两个轨道的一个数字软启动斜坡 应用 台式机和笔记本电脑处理器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 45次 阅读
NCP6151 VR12 2相 3相 4相CPU控制器+ 1相GPU控制器

NCP6131 IMVP7 1,2,3相CPU控制器+单相GPU控制器

1S / NCP6151SA / NCP6131S / NCP6131SA双输出四加一相降压解决方案针对Intel VR12兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,可提供对动态负载事件的最快初始响应并降低系统成本。在轻负载运行期间它也会脱落到单相,并且可以在轻负载时自动进行频率调整,同时保持良好的瞬态性能。 特性 符合英特尔VR12 / IMVP7规范 电流模式双边沿调制,用于瞬态加载的最快初始响应 双高性能操作误差放大器 两个轨道的一个数字软启动斜坡 应用 台式机和笔记本电脑处理器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 63次 阅读
NCP6131 IMVP7 1,2,3相CPU控制器+单相GPU控制器

NCP81142 VR多相控制器

42多相降压解决方案针对具有用户可配置4/3/2/1相位的Intel VR12.5兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应。它具有在轻负载运行期间脱落到单相的能力,并且可以在轻负载条件下自动调频,同时保持优异的瞬态性能。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。获得专利的动态参考注入无需在闭环瞬态响应和动态VID性能之间进行折衷,从而进一步简化了环路补偿。获得专利的总电流求和提供高精度的数字电流监控。 应用 终端产品 基于工业CPU的应用程序 信息娱乐,移动,自动化,医疗和安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 64次 阅读
NCP81142 VR多相控制器

NCP1579 低电压同步降压控制器

9是一款低成本PWM控制器,采用5V或12V电源供电。这些器件能够产生低至0.8V的输出电压。这些8引脚器件提供最佳集成度,以减小电源的尺寸和成本。 NCP1579提供1A栅极驱动器设计和内部设置的275kHz振荡器。栅极驱动器的其他效率增强特征包括自适应非重叠电路。 NCP1579还集成了外部补偿误差放大器和电容可编程软启动功能。保护功能包括可编程短路保护和欠压锁定。 特性 优势 输入电压范围4.5至13.2V 多功能性 电压模式PWM控制 易用性 0.8V +/- 2.0%内部参考电压 增强绩效 可调输出电压 多功能性 电容可编程软启动 易用性 内部1A门驱动器 增强性能 可编程电流限制 易用性 应用 终端产品 STB Blue-Ray DVD 液晶电视 DSP和FPGA电源 DC-DC稳压器模块 STB 蓝光DVD 液晶电视 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 77次 阅读
NCP1579 低电压同步降压控制器

NCP3012 同步PWM控制器

2是一款PWM器件,设计用于宽输入范围,能够产生低至0.8V的输出电压。 NCP3012提供集成栅极驱动器和内部设置的75kHz振荡器,能够与外部频率同步。 NCP3012具有外部补偿跨导误差放大器,内部固定软启动。 NCP3012将输出电压监控与电源良好引脚相结合,以指示系统处于稳压状态。双功能SYNC引脚使器件与更高频率(从模式)同步,或输出180度异相时钟信号以驱动另一个NCP3012(主模式)。保护功能包括无损耗电流限制和短路保护,输出过压和欠压保护以及输入欠压锁定。 NCP3012采用14引脚TSSOP封装。非常适合需要电源干扰最小的噪声敏感应用。 (医疗,网络等) 特性 优势 输入电压范围为4.7 V至28 V 能够运行各种输入电压 75 kHz操作 效率高 0.8 V +/- 1%参考电压 准确的系统调节 缓冲外部+1.25 V参考 附加调节1 mA输出以供额外使用 电流限制和短路保护 系统级保护 PowerGood输出引脚 电源排序功能 启用/禁用引脚 电源排序功能 输入和输出电压保护 增强的系统级保护 外部同步 能够同步到更高频率或180°异相 应用...
发表于 07-29 17:02 79次 阅读
NCP3012 同步PWM控制器