【正文】 0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， DA 的 電流 輸出端接放大器 UA741 的 反向 輸入端， DAC0832 和運(yùn)放 UA1 將單片機(jī)發(fā)出的八位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成 0— 5V 負(fù)電壓， 再經(jīng)過反向比例放大器 UA2 將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成 0— 10V 正電壓 ， 輸出到電壓 調(diào)整 模塊 NE5534，將電壓的步進(jìn)值調(diào) 整為 。所以，當(dāng) MCU 輸出數(shù)據(jù)增加 1 的時(shí)候，最終輸出電壓增加，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時(shí)候，可以以每次 依 的梯度增加或者降低電壓。數(shù)碼管顯示電路，該系統(tǒng)使用 3 個(gè)數(shù)碼管，可以顯示三位數(shù)，分別組成顯示電路的十位、個(gè)位、小數(shù)點(diǎn)位。本主電路的原理是通過 MCU 控制 DA的輸出 電流 大小，通過 兩級(jí) 放大器 轉(zhuǎn)換成電壓值并放大，經(jīng)過 電壓 調(diào)整模塊調(diào)整作為最終輸出的電壓。 方案三：用 D/A 和運(yùn)算放大器做電流源，即采用 D/A 輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏值電流 (電壓 )， 使用電壓采樣電路，通過 A/D 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。采用此方案是對(duì)方 案二的改進(jìn)，能有效的縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，進(jìn)一步提高輸出精度。設(shè)計(jì)方案，其主要由微控制器模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊 、電壓 調(diào)整 模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊 六 部分構(gòu)成。液晶屏顯示電路，該系統(tǒng)使用 LCD1602 液晶顯示屏，可以清晰地顯示分別組成顯示電路的十4 位、個(gè)位、小數(shù)點(diǎn)位，同時(shí)還能顯示英文名稱和電壓 /電流單位。 按照 方案三 的設(shè)計(jì)能夠很好的滿足課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)與要求 ，所以最后選用方案三。 系統(tǒng)總框圖 采用雙 220V/18V 變壓器，將 220V 市電經(jīng)橋式整流，濾波后得 +21V和 21V 電壓 值，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓 芯片得到需要的 +15V,15V 和 +5V，為系統(tǒng)提供電源支持。 以單片機(jī) STC89C52 為核心，輸出電流經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換，比較放大后得到合適的電壓值，經(jīng)電壓調(diào)整后輸出 UO,對(duì) UO 采樣，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換送回到單片機(jī)與設(shè)定值比較，自動(dòng)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 系統(tǒng)總框圖如圖 21 所示。 5 +21V +15V 15V +5V UO 圖 21 系統(tǒng)總框圖 市電 變壓 取樣 D/A 轉(zhuǎn)換 系 統(tǒng) 電 源 比較放大 電壓調(diào)整及過流保護(hù) 整流 鍵盤 電壓顯示 A/D 轉(zhuǎn)換 STC89C52 掉電記憶 6 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 硬件選型 系統(tǒng)供電部分 由于該電源總共需要 +21V， +15V， 15V， +5V 電壓，所以采用雙 220V/18V 變壓器，經(jīng)橋式整流濾波后得到 21V 電壓；由三端穩(wěn)壓器 7815,7915 和 7805分別得到 +15V， 15V 和 +5V 電壓。 控制器部分 方案一 應(yīng)用 mega16 作為控制器。 AVR 是 51 的升級(jí)版，具有速度快，且自帶 512 字節(jié)的 EEPROM，不需要另外接擴(kuò)展的 EEPROM 的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是，對(duì) AVR 的使用不太熟悉，價(jià)格比較貴。 方案二 采用 STC89C52 作為控制器。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)比較熟練，使用廣泛，價(jià)格便宜，而且功能上也完全滿足本系統(tǒng)的要求；缺點(diǎn)：需要連接擴(kuò)展EEPROM。 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)對(duì)單片機(jī)的速度要求不是很高，而且連接擴(kuò)展 EEPROM 也不復(fù)雜，經(jīng)過比較，選用方案二。 顯示部分 方案一 使用 LED 顯示。優(yōu)點(diǎn)：可視角度寬，介格便宜；缺點(diǎn)： 顯示的內(nèi)容少，介面呆板，而且占用較多的 IO 口資源。 方案二 應(yīng)用 1602 液晶顯示模塊。優(yōu)點(diǎn)：界面美觀，可顯示文字及數(shù)字；缺點(diǎn)：價(jià)格較貴。 通過比較，我選節(jié)方案二。 鍵盤部分 方案一 利用 I/O 口直接連接的獨(dú)立式鍵盤 ,每鍵都有相應(yīng)的 I/O 口對(duì)應(yīng) ,編程容易控制，實(shí)現(xiàn)方便； 方案二 利用 P3 口接成 4*2 鍵盤。優(yōu)點(diǎn)：利用 6 個(gè) IO 口得到 8 個(gè)按鍵，可使操作介界變得簡單，操作也方便；缺點(diǎn)：軟件處理比獨(dú)立按鍵復(fù)7 雜。 通過比較，結(jié)合本設(shè)計(jì)不需要太多 IO 口， 方案一為最佳方案。 數(shù)模 /模數(shù)轉(zhuǎn)換部分 方案一 采用 PCF8591 芯片。優(yōu)點(diǎn)：集 AD， DA 于一身；缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，且操作不熟悉。 方 案二 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分采用 DAC0832 芯片；模 數(shù)轉(zhuǎn)換部分采 用TLC1543 芯片。 優(yōu)點(diǎn)：兩芯片均為常用芯片，操作簡單，軟件編程簡單；缺點(diǎn)：占用比較多的 IO 口，為 PCB 布線帶來困難。經(jīng)過比較，方案二位最佳。 掉電記憶部分 我選用應(yīng)用最廣泛的 ST24C02 芯片。該芯片價(jià)格便宜，操作簡單，抗干擾強(qiáng)，數(shù)據(jù)能保持一百年。 硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由電 源模塊 ， 調(diào)壓模塊， DA 轉(zhuǎn)換模塊，鍵盤模塊， EEPROM 拓展模塊與顯示模塊組成。 電源模塊 220V 市電經(jīng)過雙 18V 變壓器轉(zhuǎn)換后的到 + 18V 電壓，再經(jīng)過橋式整流濾波電路，得到 18*=(V)電壓。其中 +21V 電壓經(jīng)過 7815 轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定 +15V 電壓，再經(jīng) 7805 轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定 +5V 電壓； 21V 電壓經(jīng)過 mc7915轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定的 15V 電壓。其中， +21V 為系統(tǒng)供電， +15V,15V,+5V 分別為各 獨(dú)立元件供電。 8 圖 321 電源模塊原理圖 DA 轉(zhuǎn)換模塊 DA 轉(zhuǎn)換模塊由 DAC0832，兩級(jí)運(yùn)放 UA741 組成。 DAC0832 具有 8 位分辨率，有 3 種工作方式（單緩沖，雙緩沖，直通）。本設(shè)計(jì)中 DAC 工作于直通工作方式。 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬電壓 信號(hào)，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。 該片邏輯輸入滿足 TTL 電壓電平范圍，可直接與 TTL 電路或微機(jī)電路相接， 芯片電路原理圖 如圖 322 所示 。 圖 322 DAC0832 引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖 9 UA741 為常用運(yùn)放，由美國 fairchild 公司生產(chǎn)，具有低漂移，穩(wěn) 定等優(yōu)點(diǎn)，可外置調(diào)零電路以抑制零點(diǎn)漂移。 DAC0832 和運(yùn)放 UA1 將單片機(jī)發(fā)出的八位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成 0— 5V 負(fù)電壓， 再經(jīng)過反向比例放大器 UA2 將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換成 0— 10V 正電壓。經(jīng)過兩級(jí)運(yùn)放 放大后， DAC0832 的轉(zhuǎn)換分辨率為 10/(2^81)=。 即單片機(jī)向 DAC 送出的數(shù)據(jù)變化 1BIT，運(yùn)放 UA2輸出的電壓值改變 ?；瑒?dòng)變阻器 R22 的作用為調(diào)零電路以抑制零點(diǎn)漂移。 圖 323 DA 轉(zhuǎn)換模塊原理圖 電壓調(diào)整模塊 本設(shè)計(jì)的電壓調(diào)整模塊如 圖 324 所示。 Q1， Q2 組成復(fù)合管 ，以實(shí)現(xiàn)大電流輸出。由于該設(shè)計(jì)預(yù)定額定電流為 ,最大輸出電壓為 ，所以要求 Q1 管射極最大功率 Pmax=*=，所以選取 TIP41c。Q3 管 9013 和電阻 R1 為限流保護(hù)部分。當(dāng)輸出電流大于 時(shí)， R1 上 的壓降為 使得 T3 管導(dǎo)通， Q3 管集電極對(duì) Q2 管基極分流，使得 Q2 管基極電流明顯變小使得輸出電流變小，從而達(dá)到過流保護(hù)的功能。發(fā)光二極管起過流提醒作用。 電壓調(diào)整模塊的核心部分是 NE5534。 NE5534 生產(chǎn)于美國德州半導(dǎo)體公司，具有共模抑制比高，響應(yīng)速度快和壓擺率高 等優(yōu)點(diǎn)，常用于音響，耳機(jī)等設(shè)備。由 DA 及運(yùn)放轉(zhuǎn)換后的電壓 U1 輸入到 NE5534 的正向輸入端，R12 R13 R17 組成 NE5534 的取樣電路。由于 NE5534 Q1 Q2 及取樣電路構(gòu)成負(fù)反饋，由運(yùn)放的“虛短”特點(diǎn)， NE5534 的反向輸入端的電壓 U2 為正10 向輸入端的電壓大小 U1。由于運(yùn)放還有“虛斷”的特點(diǎn)，運(yùn)放的輸入端對(duì)流經(jīng)取樣電路的電流不起分流作用，所以輸出電壓 U0/U2=（ R12+R13+R17）/（ R12+R13） =。 即 U2 每改變 ， U0 改變 。由于單片機(jī)輸入到 DAC0832 的二 進(jìn)制數(shù)據(jù)每改變 1BIT， U1 改變 即 U2 改變 ，所以 U0 改變 。因此，該設(shè)計(jì)最小步進(jìn)電壓為 。電容 C9 的作用為抑制輸出紋波電壓。 圖 324 電壓調(diào)整模塊原理圖 鍵盤模塊 系統(tǒng)共設(shè)置了 9 個(gè)獨(dú)立按鍵，實(shí)現(xiàn)了常用電壓設(shè)定，電壓“ +”“ — ”設(shè)定及正常關(guān)機(jī)辨別的功能。 01~08 的功能分別是：設(shè)置電壓值12V,9V,5V,3V,步進(jìn) ,步進(jìn) +,步進(jìn) ，步進(jìn) +。 09 為關(guān)機(jī)設(shè)定。 11 圖 325 按鍵模塊原理圖 EEPROM 拓展模塊 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)定電壓數(shù)據(jù)的掉電保護(hù)，我在系統(tǒng)中連接了EEPROM24C02B，保證了在行駛過程中，如果數(shù)控電源意外掉電，已經(jīng)設(shè)定的電壓數(shù)據(jù)能夠 下來。 24C02B 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的一款 256 byte 的串行 EEPROM，能重復(fù)擦寫 1,000,000 次，記錄的信息能保存 100 年以上，而且與單片機(jī)的連接只要 2 根線。 24C02 的接圖如 圖 326 所示。 圖 326 EEPROM 拓展模塊原理圖 12 顯示模塊 顯示模塊主要由 TLC1543 及 LCD 液晶顯示屏組成。由美國德州公司生產(chǎn)的 TLC1543，是具有 10 位分辨率的 AD 轉(zhuǎn)換器，它具有 11 路模擬輸入通道及 3 路內(nèi)置自測(cè)試方式，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。 LCD 液晶屏幕采用 1602，能夠顯示 16X2 個(gè)字符。由輸出端采樣得到的模擬信號(hào)，輸入到 TLC1543的其中一路模擬輸入通道 IN0， 通過 AD 轉(zhuǎn)換， TLC1543 將模擬量轉(zhuǎn)化為 10位數(shù)字量輸入到單片機(jī)相應(yīng)的 IO 口。通過處理，單片機(jī)將模擬量值通過1602 液晶顯示出來。 顯示模塊的接圖 如 圖 327 所示 。 圖 327 顯示模塊原理圖 13 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 主程序流程 系統(tǒng)的核心部分是對(duì)輸出精度的閉環(huán)控制。 對(duì)輸出電壓值采樣， 通過 A/D轉(zhuǎn)換通道送入單片機(jī)，與輸出值進(jìn)行比較，若誤差不在規(guī)定范圍內(nèi)，就調(diào)整 STC89C52 的輸出值，直到滿足要求。系統(tǒng)主程序流程圖如圖 411 和圖 412 所示。