【正文】 塊集成芯片和多個(gè)電阻、電容等器件，其功率總和應(yīng)在2W左右，所以考慮整個(gè)系統(tǒng)的功率裕量，采用LM317作為整個(gè)系統(tǒng)的供電芯片。其中輸入電壓為交流220V，經(jīng)過變壓器次級(jí)輸出，再進(jìn)行整流。整流可通過四個(gè)二極管進(jìn)行全波整流，也可以利用集成整流堆來進(jìn)行（同原理）。后面接電容為濾波電容進(jìn)行濾波，注意電解電容應(yīng)該要有一定裕量，否則不能起到很好的濾波效果。本電路中使用的電容大小為100uF，耐壓為50V。 電源電路圖 LM317的功能LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。317系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如LM317HVH、W317L等。電子愛好者經(jīng)常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。LM317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo＝（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo＝），所以R2/。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路?！　M317穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。如果用317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時(shí)，沒有注意317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么制作的穩(wěn)壓電源可能會(huì)出現(xiàn)下述不正?，F(xiàn)象：穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。 通常LM117/LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM117/LM317輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓。輸入電要最高不能超過40V，輸出電流不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。由于它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。當(dāng)輸入輸入電壓差比較大且輸出電流也比較大時(shí)，注意LM317的功耗不要過大。一般加散熱片后功耗也不超過20W。因此壓差大時(shí)建議分檔調(diào)壓。 ，R1=JP9，R2=JP11其中R2為調(diào)節(jié)電阻。則穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，Vo＝（1＋R2/R1）。僅僅從公式本身看，RR2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。1。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。還可以在LM317的輸入和輸出腳跨接二極管在D1，就可以保護(hù)LM317不被燒壞。本設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源以可調(diào)三端穩(wěn)壓集成電路LM317為基礎(chǔ)() ,。輸出電壓表達(dá)式Uout =1. 25 (1 + R2 / R1 ) + Iadj *R2 ,當(dāng)Iadj小于100μA時(shí)，Uout=1. 25 (1 + R2 / R1 )，因此只要精確控制R2的阻值就可以精確控制輸出電壓。本設(shè)計(jì)R1采用典型值240Ω，R2設(shè)計(jì)為1001600Ω共有16級(jí)數(shù)控可調(diào)電阻，以100Ω為步進(jìn)值。 橋式整流整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要靠二級(jí)管的單向?qū)щ娮饔?。因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流。本設(shè)計(jì)主要研究了單相橋式整流電路。 單相橋式整流電路，它的作用事將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的交流電壓。單相橋式整流電路是由四個(gè)二極管接成電橋的形式構(gòu)成的。設(shè)電源變壓器二次側(cè)電壓U=Usinwt(v)，在U的正半周，極性為上正下負(fù)，此時(shí)二極管DD3承受正向電壓而導(dǎo)通，DD4反向截止，電流i的通路是aD1RLD3b。負(fù)載RL上又得到半波電壓。在U的負(fù)半周，極性為上正下負(fù)，此時(shí)二極管DD4導(dǎo)通，DD3反向截止，電流i的通路是bD2RLD4a。負(fù)載RL上又得到半波電壓。RL上得到的電壓U是單方向全波脈動(dòng)()。要使之接近于理想的直流電壓，在整流之后需加濾波電路，將單向脈動(dòng)電壓中的交流分量盡量多地濾掉。 單相橋式整流濾波電路波形圖 濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。濾波電路的形式有很多，分為電容輸入式和電感輸入式，本設(shè)計(jì)采用電容濾波。采用一只容量較大的電解質(zhì)電容器，所以要注意其極性，其正極要接電路高電位端，負(fù)端要接電路低電位端。若極性接反，過高的反向電壓可能擊穿電容器。 電容與電感濾波電路 交流電壓U的波形，由于電容C1并聯(lián)在負(fù)載電阻R1上，所以電容C1兩端的電壓Uc就是負(fù)載的電壓U0，交流電壓U的波形；假設(shè)，電路接通時(shí)，恰恰在電壓U由負(fù)到正過零的時(shí)刻，這時(shí)二極管開始導(dǎo)通，電壓U通過二極管向電容C1充電，由于二極管的正向電阻很小，所以充電時(shí)間常數(shù)很小，電壓Uc將隨著電壓U按正弦規(guī)律逐漸升高，當(dāng)U增大到最大值時(shí)，Uc也隨之上升到最大值。然后U開始下降，Uc也開始下降，但他們按不同規(guī)律下降，U按正弦規(guī)律下降，而電容C1則通過負(fù)載R1放電，電容端電壓Uc按指數(shù)規(guī)律下降，由于放電時(shí)間常數(shù)較大，Uc下降緩慢。除了剛過最小值的一小段時(shí)間內(nèi)，仍有Uc=U的關(guān)系外，之后就出現(xiàn)UUc的情況，二極管承受反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)。電壓Uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降到wt=2以后，雖然電壓U又為正值，但由于UUc，二極管仍然不能導(dǎo)通。直到UUc以后，二極管才又導(dǎo)通，電容C1由放電狀態(tài)重新變?yōu)槌潆姞顟B(tài)，Uc又隨著U上升。如此繼續(xù)下去，電壓Uc也就是負(fù)載電壓UL就變得平滑了，因而負(fù)載電壓的平均值也有所增大了。如果電容濾波電路接于橋式整流電路，則在交流電壓的一個(gè)周期內(nèi)，電容C1有兩次充、放電，其放電時(shí)間比上述半波整流后所接電容濾波電路要短，故輸出電壓更為平滑。電容濾波使整流輸出電壓波形變得平直的原因，還可以從電容C1對(duì)脈動(dòng)電流中的交流成分具有旁路作用來理解。由于電容C1與負(fù)載電阻R1并聯(lián)，C1的容量越大，整流后所得的脈動(dòng)電流交流分量的頻率越高，則電容C1的容抗越小，而電阻R1 的阻值與頻率無關(guān)，因此，脈動(dòng)電流中的交流成分主要通過電容C1而被旁路，R1上的電流和電壓便較為平直了。再分析電感濾波電路，它是在整流電路的輸出端和負(fù)載電阻R之間串聯(lián)一個(gè)電感線圈。電感中流過的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化。當(dāng)電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與電流方向相反，自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加，同時(shí)將能量儲(chǔ)存起來，使電流增加緩慢。反之，當(dāng)電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相同，自感電動(dòng)勢(shì)阻止電流的減小，同時(shí)將能量釋放出來，使電流減小緩慢，因而使負(fù)載電流和負(fù)載電壓脈動(dòng)大為減小。如果要求輸出電流較大，輸出電壓脈動(dòng)很小時(shí)，可在電感濾波電路之后再接電容C。組成LC濾波電路。電感濾波之后，利用電容再一次濾掉交流分量，這樣，便可得到更為平直的直流輸出電壓。上面討論的整流濾波電路，輸出電壓已較平滑，但卻不穩(wěn)定，當(dāng)用一個(gè)不穩(wěn)定的電壓對(duì)負(fù)載供電時(shí)，會(huì)引起負(fù)載工作不穩(wěn)定，甚至不能正常工作。為了得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，在整流濾波電路之后，需要增加穩(wěn)壓電路。 鍵盤電路鍵盤是由若干各按鍵組成的，它是單片機(jī)最簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備。操作員通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。按鍵就是一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。由于鍵的按下和釋放是通過機(jī)械觸點(diǎn)的閉合與斷開來實(shí)現(xiàn)的，因機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合與斷開的瞬間均有一個(gè)抖動(dòng)過程，所以需要消去抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間一般在510ms。這個(gè)抖動(dòng)對(duì)判斷按鍵是否按下或釋放有較大的影響，因此必須消除按鍵的抖動(dòng)，只有這樣，才能可靠的判斷鍵的狀態(tài)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，消除抖動(dòng)有硬件和軟件兩種方法。硬件去抖動(dòng)方法主要有利用RS觸發(fā)器和濾波電路。軟件去抖動(dòng)通常是程序檢測(cè)到鍵被按下時(shí)，延時(shí)10ms后在檢測(cè)按鍵是否依然閉合，若是則確認(rèn)是一次真正的閉合，否則就忽略此次按鍵。本設(shè)計(jì)中利用軟件去抖。 鍵盤電路本系統(tǒng)利用按鍵主要是調(diào)節(jié)電壓值，若有一口為低電平，則說明有按鍵按下。，+，+1V。若掃描有按鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)加減操作。 D/A轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)要求輸出電壓可調(diào)。對(duì)于D/A轉(zhuǎn)換器來說，則用12位的轉(zhuǎn)換器。在本設(shè)計(jì)中采用的是MAX531轉(zhuǎn)換器。通過單片機(jī)將采樣的數(shù)據(jù)傳送給D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后送至給電源的輸出端，從而構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。使得輸出電壓穩(wěn)定。 D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖 MAX531芯片介紹設(shè)計(jì)測(cè)控系統(tǒng)時(shí)往往要求提供模擬量輸出通道，用于把信號(hào)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)、記錄儀等外部設(shè)備。之前通常選擇一種如DAC1220的D/A轉(zhuǎn)換芯片。這樣，在設(shè)計(jì)時(shí)需要由CPU提供12位數(shù)據(jù)總線和地址選通信號(hào)，還需要提供177。15V電源和基準(zhǔn)電源給D/A轉(zhuǎn)換芯片，而且輸出電路還要使用運(yùn)放，并把D/A轉(zhuǎn)換輸出的小電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。這只是最基本的部分，如果在此基礎(chǔ)上再加上其它電路，那就比較復(fù)雜了。在實(shí)際系統(tǒng)中，為了簡(jiǎn)化D/A轉(zhuǎn)換接口，提高接口的可靠性及穩(wěn)定性，本文采用了近期推出的MAX531D/A轉(zhuǎn)換芯片。MAX531是美信集成產(chǎn)品公司生產(chǎn)的12位串行數(shù)據(jù)接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用“反向”R－2R的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。內(nèi)置單電源CMOS運(yùn)算放大器，其最大工作電流僅為260μA，具有很好的電壓偏移，增益和線性度。內(nèi)部運(yùn)算放大器根據(jù)需要可配置成＋1或＋2的增益，也可作四象限乘法器。其主要性能如下： 單/雙工作電源；緩沖電壓輸出；；總不可調(diào)整誤差(INL)：177。1/2LSB；靈活的輸出電壓范圍：VSS～VDD；電源上電復(fù)位功能；具有菊花鏈連接的串行數(shù)據(jù)輸出。 MAX531芯片具有高分辨率D/A轉(zhuǎn)換集成電路。它具有功耗低、轉(zhuǎn)換頻率快、內(nèi)部帶基準(zhǔn)電壓等特點(diǎn)，能完成12位D/A轉(zhuǎn)換，數(shù)字輸入為串行。MAX531為14腳DIP封裝，能與MCS5Z80單片微機(jī)接口，也可與80X86系列微機(jī)通過系統(tǒng)總線接口，構(gòu)成微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 芯片外部引腳圖 各個(gè)引腳功能 MAX531工作原理MAX531芯片采用5V或177。5V供電，具有1路12位模擬量電壓輸出。MAX531D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過DIN串行輸入，然后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和運(yùn)放從Vout輸出各種范圍的電壓信號(hào)。CS為片選端口，當(dāng)CS為0時(shí)，則選擇該D/A轉(zhuǎn)換芯片。SCLK為時(shí)鐘端口，控制數(shù)據(jù)的輸入。CLR為清除端口，當(dāng)CLR為0時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器的寄存器清零，輸出端口輸出電壓為0。在芯片選擇CS為高電平時(shí)，SCLK被禁止且DIN端的數(shù)據(jù)不能進(jìn)入D/A，從而Vout處于高阻狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)串行接口把CS拉至低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序開始允許SCLK工作并使Vout脫離高阻狀態(tài)。數(shù)據(jù)串行接口將SCLK時(shí)鐘序列傳給SCLK，在SCLK的上升沿，16位串行數(shù)字輸?shù)紻IN被鎖入12位移位寄存器，其中高4位（MSB）移入Dout寄存器，此時(shí)D/A以菊花鏈連接才能用到。在CS上升沿時(shí)，12位移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC寄存器，從而更新Dout，其12位數(shù)據(jù)的固定轉(zhuǎn)換時(shí)間約25μs。MAX531輸入數(shù)據(jù)以16位為一個(gè)單元，因此需要兩個(gè)寫周期把數(shù)據(jù)存入DAC。在上電時(shí)內(nèi)部復(fù)位電路迫使DAC寄存器復(fù)位成000H。當(dāng)DAC在系統(tǒng)不用時(shí)，通過設(shè)置合適的代碼使其功耗最小。例如：在雙極性模式帶阻性負(fù)載時(shí)，把DAC代碼設(shè)置為中間值800H。如果無負(fù)載，把DAC設(shè)為000H，使REFout的內(nèi)部電流最小。此時(shí)，REFIN為高阻態(tài)，內(nèi)部運(yùn)算放大器工作電流為最小值。 MAX531的工作時(shí)序圖 采樣電路本設(shè)計(jì)的采樣電路是利用AD7896芯片組成。圖中輸入電壓來自電源電路的輸出端，通過可調(diào)電阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)電壓值達(dá)到AD7896的輸入端。，再接至AD7896的SCLK端。從而給AD7896提供了時(shí)鐘信號(hào)。 采樣電路圖 AD7896芯片介紹AD7896是生產(chǎn)的一種低功耗12位高速串行AD轉(zhuǎn)換器。該產(chǎn)品有8腳PlasticDIP，Lead Cerdip和SOIC三種封裝形式，內(nèi)置一個(gè)8μs逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)片內(nèi)采樣保持放大器、一個(gè)片內(nèi)時(shí)鐘和一個(gè)高速串行接口。它的外圍接線極其簡(jiǎn)單，AD7896的轉(zhuǎn)換時(shí)間為8μs，采用標(biāo)準(zhǔn)SPI同步串行接口輸出和單一電源()供電。AD7896通過一個(gè)高速串行接口端口輸出數(shù)據(jù)，這個(gè)雙線串行接口具有一個(gè)串行時(shí)鐘輸入和一個(gè)串行數(shù)據(jù)輸出，通過外部串行時(shí)鐘可訪問該器件中的串行數(shù)據(jù)。除線性度、滿量程和失調(diào)誤差等傳統(tǒng)直流精度規(guī)格外，AD7896的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)也做了詳細(xì)規(guī)定，包括諧波失真和信噪比。該器件可接受的模擬輸入范圍為0V至VDD，典型功耗僅9mW。VDD輸入同時(shí)用作器件的基準(zhǔn)電壓，因而無需外部基準(zhǔn)電壓。AD7896提供兩種采樣模式：一種是高采樣速率模式；另一種是針對(duì)低功耗應(yīng)用的專有自動(dòng)省電模式，即一旦完成轉(zhuǎn)換，器件便自動(dòng)進(jìn)入省電模式，并在下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期開始前“喚醒”。 AD7896的工作原理。在此模式下，啟動(dòng)信號(hào)CONVST一般處于高電平。當(dāng)CONVST輸入一個(gè)負(fù)脈沖，其下降沿將啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換。該信號(hào)觸發(fā)BUSY由低電平變?yōu)楦唠娖?，并?biāo)記轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。經(jīng)過最大8μs時(shí)間后轉(zhuǎn)換結(jié)束，BUSY自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在輸出寄存器中。然后用16個(gè)時(shí)鐘脈沖讀出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，時(shí)鐘脈沖頻率最大為10MHz(+5 V供電)，再經(jīng)過400ns時(shí)間等待，在下一次轉(zhuǎn)換開始時(shí)，數(shù)據(jù)串行移位輸出，整個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間最短為10μs。16個(gè)時(shí)鐘脈沖后，SDATA輸出高阻。此后，SCLK應(yīng)保持低電平直到下一個(gè)讀周期開始。 AD7896的時(shí)序圖 顯示電路本設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)的P1口作為顯示電路的驅(qū)動(dòng)口，P1口自身具有驅(qū)動(dòng)功能，外圍不需要外接驅(qū)動(dòng)。采用背光燈模式進(jìn)行讀寫操作。本電路采用液晶顯示屏進(jìn)行顯示。 LCD1602功能簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)選用工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x2即32個(gè)字符（16列2行）。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字 顯示電路圖符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，所以方便系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。 LCD1602的引腳功能序號(hào) 符 號(hào) 名 稱 功 能 1Vss接地0V 2VDD電路電源