【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)模轉(zhuǎn)換是整個系統(tǒng)的紐帶部分，它連接著單片機控制電路和輸出穩(wěn)壓運放電路，它可以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，數(shù)字信號由單片機 口輸出。電路如圖 所示： 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 DAC電氣連接圖 顯示 模塊 在顯示 電路設(shè)計初期猶豫是選擇 LCD1602 液晶還是數(shù)碼管做為本設(shè)計的顯示模塊。因此也在網(wǎng)上尋找了許多關(guān)于液晶顯示和數(shù)碼管顯示的各個優(yōu)點。 數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一，它是集成模塊形式的發(fā)光二極管，只能顯示某一些提前設(shè)定好的圖像，但數(shù)碼管顯示比 LCD 要清楚很多，尤其是在光線很強的情況下更可以凸顯出數(shù)碼管的顯示優(yōu)勢。數(shù)碼管也不需要采用特點的驅(qū)動電路，響應(yīng)速度快，價格優(yōu)廉。 而 LCD1602 驅(qū)動電壓比較低，功率損耗小，省電，顯示的信息量要比數(shù)碼管大，可以設(shè)置閃爍。但 1602 有一個致命的弱點就是正常工作的溫度范圍很窄，通常只有 055攝氏度。 1602 便于攜帶，成本同樣低廉，但是反應(yīng)速度遠不及數(shù)碼管。通過對數(shù)碼管和 LCD1602優(yōu)缺點的對比最終選擇 1602 為本設(shè)計的顯示模塊 在本設(shè)計系統(tǒng)中，顯示部分采用的是 LCD1602 液晶顯示器。 LCD1602 的使用如今已經(jīng)非常普遍，其內(nèi)部采用的是 HD44780 液晶芯片，市面上的液晶顯示器也都采用這種芯片，它們的控制原理完全。在單片機的系統(tǒng)中使用液晶器件有以下幾個優(yōu)點： 顯示的質(zhì)量高，由于液晶顯示的每一個點在接收到信號后會一直保持那種色彩和亮度，不需要一直不斷的刷新，所以也就不會閃爍且畫質(zhì)好。 LCD1602 采用的數(shù)字式的接口，這樣和單片機的數(shù)據(jù)通信就更加簡單可靠，操作起來也會更加方便。 LCD1602 的體積小、功耗低、重量輕、價格實惠，其主要工號主要消耗在其內(nèi)部的電極和 IC的驅(qū)動上。 LCD 通常有 14 個或 16 個引腳線，其中 16 條比 14 條多出來的是背光電源線和地線，但是它的控制方式與14引腳的完全相同。 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量為 162 個字符芯片的正常工作電常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 壓為： — 。芯片正常工作電流 :()模塊最佳工作電壓 :。字符尺寸 :(WH )mm。 圖 LCD1602 的正面與背面 LCD 引腳定義 圖 引腳接口說明表 第 1 管腳： VSS 為 LCD1602 地電源。 第 2 管腳： VDD 接正 5V 電源，目的是為整個芯片的正常工作提供電壓。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 3 管腳： VEE 為 LCD1602 液晶對比度的調(diào)整端，當直接接正電源時，其對比度最弱，而接地時，對比度最高。如果對比度過高則會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” 現(xiàn)象，為了避免這個現(xiàn)象的產(chǎn)生，我們在使用時可以接一個 10K 歐姆的滑動變阻器來進行調(diào)節(jié) 第 4 管腳： RS 是寄存器選擇，當為高電平時，選擇數(shù)據(jù)寄存器而低電平 時則選擇為指令寄存器。 第 5 管腳： R/W 為該芯片的讀寫信號線。當為高電平時進行讀操作，而低電平時進行寫操作。當 RS 和 R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 管腳： E 端為使能端。當 E由高電平跳變成低電平時，液晶執(zhí)行命令。 第 7～ 14 管腳： D0～ D7 為 8 位雙向 I/O 口數(shù)據(jù)線。 第 15 管腳：背光源的正極。 第 16 管腳：背光源負極。 LCD基本操作時序 與單片機接口 讀狀態(tài)：輸入： RS=L； R/W=H， E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字； 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H； R/W=H， E=H 輸出：無 寫指令：輸入： RS=L； R/W=L， D0~D7 的指令碼， E=高脈沖 輸出： D0~D7=數(shù)據(jù)； 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H； R/W=L， D0~D7 的數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無； 圖 LCD1602 與單片機 接口 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 功率放大電路設(shè)計 功率放大電路采用的芯片為 OPA541AP，由電壓運放輸出的電壓作為信號源，在OPA541AP 芯片的電源端需接入 177。15V 的開關(guān)電源，因為穩(wěn)壓電源需外帶負載，所以單純依靠穩(wěn)壓電路供電是遠遠不夠的。 輔助電路設(shè)計 輔助電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但其對單片機的作用卻是非常重要的，本設(shè)計主要用了晶振和復(fù)位兩種輔助電路。 復(fù)位電路對于單片機來說是非常重要的，當單片機因為外界環(huán)境干擾而出現(xiàn)亂碼或死機的情況時，按下復(fù)位按鈕便從頭開始重新運行程序。復(fù)位電路的工作原理其實很簡單，啟動單片機后，電容兩端充電至 5V，此時 10K電阻的電壓為零， RST 為低電平系統(tǒng)可以正常工作。當按下按鍵的時候，電路導(dǎo)通，電容兩端形成一回路，電容開始放電，當電容兩端電壓下降至 以下時，此時 10K 電阻兩端的電壓為 ， RST 引腳變?yōu)?高電平，單片機重新運行。 圖 單片機晶體振蕩電路 圖 單片機上電復(fù)位電路 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 4. 系統(tǒng)軟件編程設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖 系統(tǒng)設(shè)計的總流程圖如圖 所示，它顯示了 整 個系統(tǒng)的工作原理和整體框架。 在系統(tǒng)的設(shè)計中，通過獨立按鍵設(shè)置所需要的電壓賦值，然后單片機通過接收的設(shè)置信息將設(shè)置的電壓數(shù)值信息通過并行接口輸送到 LCD1602 液晶顯示屏中，在單片機內(nèi)部對輸入數(shù)值的計算，將信息傳輸給 DA7512 數(shù)模轉(zhuǎn)換器。進 過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號作為電壓放大器的輸入信號，放大 。 開 始液 晶 初 始 化鍵 盤 設(shè) 置 輸入 電 壓L C D 1 6 0 2 顯 示數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 電路電 壓 運 放 電路功 率 運 放 電路單 片 機 檢 測 輸 入YN結(jié) 束Y 圖 系統(tǒng)運行整體流程圖 流程 鍵盤程序的主要任務(wù)是判斷按鍵有無按下，如果按鍵按下則執(zhí)行與之相對應(yīng)的程序。在鍵盤設(shè)計中，一共有 4個獨立按鍵，分別為設(shè)置、步進 +、步進 和確定按鈕。第一次按下設(shè)置按鈕，電壓可進行 011V整數(shù)位的加減設(shè)置，再次按下設(shè)置鍵時可設(shè)置十分位電壓，如果第三次按下則可設(shè)置百分位電壓數(shù)值。如果設(shè)置 超過 11V 時，在按加數(shù)值按鈕，則電常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 壓顯示不變而程序固定為 11V。 獨立鍵盤還需要消抖處理，我們使用的按鍵按下都是機械動作，只有在按鍵被按下后被彈起的瞬間電壓才會產(chǎn)生鍵抖動。為了確保在我們按下按鍵時單片機只執(zhí)行一句與之相對于的程序，所以在本設(shè)計中添加了軟件延時消抖功能。延時時間大約為 1020ms，這個時間是由獨立按鍵的機械特性所決定的。延時可以有效的避開按鍵抖動的時間，使單片機工作的更加精確穩(wěn)定 。 開 始設(shè) 置 按 鍵 按 下再 次 檢 測 設(shè) 置 按鍵 是 否 按 下N標 志 位 是 否 為 1YN按 鍵 加 按 下 按 鍵 減 按 下YY光 標 在 整 數(shù) 位數(shù) 值 加 1 0 0光 標 在 十 分 位數(shù) 值 加 1 0光 標 在 百 分 位數(shù) 值 加 1N光 標 在 整 數(shù) 位數(shù) 值 減 1 0 0光 標 在 十 分 位數(shù) 值 減 1 0光 標 在 百 分 位數(shù) 值 減 1NY按 下 確 認 鍵結(jié) 束 圖 系統(tǒng)按鍵程序 流程圖 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 液晶顯示流程 在本設(shè)計的顯示電路的軟件設(shè)計中，首先需要對 LCD1602 液晶進行初始化操作，首先需將 LCD 屏幕設(shè)置為 16X2 的顯示方式，點陣的模式為五行七列和八位的數(shù)據(jù)接口的顯示，每寫一句指令都需要對 LCD 屏幕進行適當?shù)难訒r操作，否則在屏幕會出現(xiàn)亂碼，接在設(shè)置屏幕的光標顯示模式，在本設(shè)計中我們設(shè)置為開顯示，但是不顯示光標，而且也不讓光標閃爍。我們在寫入一個字符后，數(shù)據(jù)地址指針需向后移一位。最后 LCD 顯示清零，且地址數(shù)據(jù)也要清零。我們在向液晶屏幕寫入字符時，需判斷屏幕是否處于忙碌狀態(tài)。在液晶屏幕 的 D7端口即為判忙端口，當 D7 為一是屏幕忙碌，我們此時不可向?qū)懭霐?shù)據(jù)否則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，當 D7 為零時可以寫入數(shù)據(jù)。 D7 為一或為零是我們從 LCD里讀出來的狀態(tài)位。在判忙過后即可向 LCD 寫入程序，首先需設(shè)置 rs、 rw 和 ep端同時為零，然后將 cmd數(shù)據(jù)寫入 LCD_Data，當 ep 為一個高電平后再拉低即可。在 LCD 顯示的過程中還需要注意，當有十分位電壓時和沒有十分位電壓的顯示地址，位于 LCD 不同的位置，在入口參數(shù)小魚 999時需要將十分位的電壓用空格符補充。 開 始液 晶 初 始 化設(shè) 置 命 令 的 程序 代 碼 調(diào) 用L C D 是 否 忙碌Y軟 件 延 時向 L C D 中 寫 入 程序軟 件 延 時結(jié) 束N 圖 系統(tǒng) LCD 程序流程圖 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 DA 驅(qū)動和線性化調(diào)整 因本設(shè)計中采用的是 12 位精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所以單片機程序中的輸入口參數(shù)必須要小于 2^12 即 4096，其中 4096 對應(yīng)著 5V 電壓的大小。將 12 位的數(shù)據(jù)分為兩部分，第一部分為數(shù)據(jù)高四位，第二部分為數(shù)據(jù)低八位。高四位數(shù)據(jù)由入口參數(shù) dat 除以 256 獲得，低八位由參數(shù) dat 模余 256 獲得。數(shù)據(jù)的傳輸在兩次 for 循環(huán)中進行，第一次 for 循環(huán)是決定輸入是高四位還是第八位；第二次 for 循環(huán)是將四 /八位數(shù)據(jù)通過 8 次 for 循環(huán)將數(shù)據(jù)通過串行方式發(fā)送到 DA芯片。 首先設(shè)置輔助傳輸參數(shù) DIN， DIN 等于 DA與 0X80 的與運算，這樣可以取出最高位，然后 DA進行左移一位，將次高位變成最高位，當一個時鐘高脈沖產(chǎn)生時，會傳輸一位數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次循環(huán)就可以完成所有數(shù)據(jù)的傳輸。 因 DA 轉(zhuǎn)換的精度有限，所以在實際的電壓測試中會有一定的誤差，在實物電路電壓的測量中會發(fā)現(xiàn)， DA轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)值與理論值有一定的偏差，下表列出了 DA轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)誤差的調(diào)整狀況。 表 系統(tǒng) DA 轉(zhuǎn)換誤差調(diào)整表 DAC_float 數(shù)值范圍 DAC_float 調(diào)整數(shù)值 0float170 1 170float450 0 450float740 +1 740float810 +2 810float1070 +3 1070float1200 +5 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 5. 系統(tǒng)的調(diào)試與分析 系統(tǒng)的軟件調(diào)試 程序調(diào)試和仿真調(diào)試是本系統(tǒng)軟件調(diào)試的兩大核心。首先進行的是程序調(diào)試。首先用Keil軟件 對各個模塊的子程序進行編寫 ，再對 各個 模塊的 子 程序進行 修改 調(diào)試，在調(diào)試的過程中 針對遇到的問題再進行 不斷 改進完善。 最終完成 穩(wěn)壓源系統(tǒng)的程序調(diào)試 。 然后將最終確認調(diào)試沒問題的程序通過姚永平 下載程序助手將最終的程序下載到實物單片機中。如圖 51所示。 圖 51 程序下載助手 然后在 Protues把各部分電路圖連接好 ， 再把 剛剛 Keil生成的 .hex文件加載 到 Protues仿真器里面的單片機進行運行。這樣的的話就可以先檢查一下整個系統(tǒng)在仿真里面能不能準確無誤的運行，如果系統(tǒng)在仿真里面可以正常的工作，再將程序下載到實物里面；如果系統(tǒng)在仿真里面有錯誤，那么可以針對這些錯誤和問題再去完善，直到系統(tǒng)最終實現(xiàn)。Protues仿真圖如圖 52所示。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 52 系統(tǒng) Protues的仿真圖 系統(tǒng)的硬件 調(diào)試 首先本次實物制作所有的元器件都是在進行過軟件仿真后，從網(wǎng)上購買。然后考慮到制作 PCB板時間較長以及 PCB板上所有的元器件的封裝都是貼片式的，焊接起來比較麻煩等等。因此經(jīng)過綜合考慮本系統(tǒng)的實物制作還是優(yōu)先選擇普通電路板并且在元器件的封裝上采用雙列直插式來進行焊接。 在焊接實物前，首先要用萬用表