【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)模轉(zhuǎn)換是整個(gè)系統(tǒng)的紐帶部分，它連接著單片機(jī)控制電路和輸出穩(wěn)壓運(yùn)放電路，它可以將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)由單片機(jī) 口輸出。電路如圖 所示： 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 DAC電氣連接圖 顯示 模塊 在顯示 電路設(shè)計(jì)初期猶豫是選擇 LCD1602 液晶還是數(shù)碼管做為本設(shè)計(jì)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(gè)優(yōu)點(diǎn)。 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(qiáng)的情況下更可以凸顯出數(shù)碼管的顯示優(yōu)勢(shì)。數(shù)碼管也不需要采用特點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)電路，響應(yīng)速度快，價(jià)格優(yōu)廉。 而 LCD1602 驅(qū)動(dòng)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(gè)致命的弱點(diǎn)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(yuǎn)不及數(shù)碼管。通過對(duì)數(shù)碼管和 LCD1602優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比最終選擇 1602 為本設(shè)計(jì)的顯示模塊 在本設(shè)計(jì)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(jī)的系統(tǒng)中使用液晶器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 顯示的質(zhì)量高，由于液晶顯示的每一個(gè)點(diǎn)在接收到信號(hào)后會(huì)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(huì)閃爍且畫質(zhì)好。 LCD1602 采用的數(shù)字式的接口，這樣和單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信就更加簡(jiǎn)單可靠，操作起來也會(huì)更加方便。 LCD1602 的體積小、功耗低、重量輕、價(jià)格實(shí)惠，其主要工號(hào)主要消耗在其內(nèi)部的電極和 IC的驅(qū)動(dòng)上。 LCD 通常有 14 個(gè)或 16 個(gè)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(gè)字符芯片的正常工作電常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)芯片的正常工作提供電壓。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3 管腳： VEE 為 LCD1602 液晶對(duì)比度的調(diào)整端，當(dāng)直接接正電源時(shí)，其對(duì)比度最弱，而接地時(shí)，對(duì)比度最高。如果對(duì)比度過高則會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” 現(xiàn)象，為了避免這個(gè)現(xiàn)象的產(chǎn)生，我們?cè)谑褂脮r(shí)可以接一個(gè) 10K 歐姆的滑動(dòng)變阻器來進(jìn)行調(diào)節(jié) 第 4 管腳： RS 是寄存器選擇，當(dāng)為高電平時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器而低電平 時(shí)則選擇為指令寄存器。 第 5 管腳： R/W 為該芯片的讀寫信號(hào)線。當(dāng)為高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，而低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 管腳： E 端為使能端。當(dāng) E由高電平跳變成低電平時(shí)，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(fù)極。 LCD基本操作時(shí)序 與單片機(jī)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(jī) 接口 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 功率放大電路設(shè)計(jì) 功率放大電路采用的芯片為 OPA541AP，由電壓運(yùn)放輸出的電壓作為信號(hào)源，在OPA541AP 芯片的電源端需接入 177。15V 的開關(guān)電源，因?yàn)榉€(wěn)壓電源需外帶負(fù)載，所以單純依靠穩(wěn)壓電路供電是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 輔助電路設(shè)計(jì) 輔助電路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其對(duì)單片機(jī)的作用卻是非常重要的，本設(shè)計(jì)主要用了晶振和復(fù)位兩種輔助電路。 復(fù)位電路對(duì)于單片機(jī)來說是非常重要的，當(dāng)單片機(jī)因?yàn)橥饨绛h(huán)境干擾而出現(xiàn)亂碼或死機(jī)的情況時(shí)，按下復(fù)位按鈕便從頭開始重新運(yùn)行程序。復(fù)位電路的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，啟動(dòng)單片機(jī)后，電容兩端充電至 5V，此時(shí) 10K電阻的電壓為零， RST 為低電平系統(tǒng)可以正常工作。當(dāng)按下按鍵的時(shí)候，電路導(dǎo)通，電容兩端形成一回路，電容開始放電，當(dāng)電容兩端電壓下降至 以下時(shí)，此時(shí) 10K 電阻兩端的電壓為 ， RST 引腳變?yōu)?高電平，單片機(jī)重新運(yùn)行。 圖 單片機(jī)晶體振蕩電路 圖 單片機(jī)上電復(fù)位電路 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 4. 系統(tǒng)軟件編程設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總流程圖如圖 所示，它顯示了 整 個(gè)系統(tǒng)的工作原理和整體框架。 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通過獨(dú)立按鍵設(shè)置所需要的電壓賦值，然后單片機(jī)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(jī)內(nèi)部對(duì)輸入數(shù)值的計(jì)算，將信息傳輸給 DA7512 數(shù)模轉(zhuǎn)換器。進(jìn) 過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號(hào)作為電壓放大器的輸入信號(hào)，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(yùn) 放 電路功 率 運(yùn) 放 電路單 片 機(jī) 檢 測(cè) 輸 入YN結(jié) 束Y 圖 系統(tǒng)運(yùn)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(duì)應(yīng)的程序。在鍵盤設(shè)計(jì)中，一共有 4個(gè)獨(dú)立按鍵，分別為設(shè)置、步進(jìn) +、步進(jìn) 和確定按鈕。第一次按下設(shè)置按鈕，電壓可進(jìn)行 011V整數(shù)位的加減設(shè)置，再次按下設(shè)置鍵時(shí)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(shí)，在按加數(shù)值按鈕，則電常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 壓顯示不變而程序固定為 11V。 獨(dú)立鍵盤還需要消抖處理，我們使用的按鍵按下都是機(jī)械動(dòng)作，只有在按鍵被按下后被彈起的瞬間電壓才會(huì)產(chǎn)生鍵抖動(dòng)。為了確保在我們按下按鍵時(shí)單片機(jī)只執(zhí)行一句與之相對(duì)于的程序，所以在本設(shè)計(jì)中添加了軟件延時(shí)消抖功能。延時(shí)時(shí)間大約為 1020ms，這個(gè)時(shí)間是由獨(dú)立按鍵的機(jī)械特性所決定的。延時(shí)可以有效的避開按鍵抖動(dòng)的時(shí)間，使單片機(jī)工作的更加精確穩(wěn)定 。 開 始設(shè) 置 按 鍵 按 下再 次 檢 測(cè) 設(shè) 置 按鍵 是 否 按 下N標(biāo) 志 位 是 否 為 1YN按 鍵 加 按 下 按 鍵 減 按 下YY光 標(biāo) 在 整 數(shù) 位數(shù) 值 加 1 0 0光 標(biāo) 在 十 分 位數(shù) 值 加 1 0光 標(biāo) 在 百 分 位數(shù) 值 加 1N光 標(biāo) 在 整 數(shù) 位數(shù) 值 減 1 0 0光 標(biāo) 在 十 分 位數(shù) 值 減 1 0光 標(biāo) 在 百 分 位數(shù) 值 減 1NY按 下 確 認(rèn) 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(jì)（論文） 14 液晶顯示流程 在本設(shè)計(jì)的顯示電路的軟件設(shè)計(jì)中，首先需要對(duì) LCD1602 液晶進(jìn)行初始化操作，首先需將 LCD 屏幕設(shè)置為 16X2 的顯示方式，點(diǎn)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(duì) LCD 屏幕進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)操作，否則在屏幕會(huì)出現(xiàn)亂碼，接在設(shè)置屏幕的光標(biāo)顯示模式，在本設(shè)計(jì)中我們?cè)O(shè)置為開顯示，但是不顯示光標(biāo)，而且也不讓光標(biāo)閃爍。我們?cè)趯懭胍粋€(gè)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?cè)谙蛞壕聊粚懭胱址麜r(shí)，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(dāng) D7 為一是屏幕忙碌，我們此時(shí)不可向?qū)懭霐?shù)據(jù)否則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，當(dāng) D7 為零時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 D7 為一或?yàn)榱闶俏覀儚?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(shí)為零，然后將 cmd數(shù)據(jù)寫入 LCD_Data，當(dāng) ep 為一個(gè)高電平后再拉低即可。在 LCD 顯示的過程中還需要注意，當(dāng)有十分位電壓時(shí)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(shí)需要將十分位的電壓用空格符補(bǔ)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(shí)向 L C D 中 寫 入 程序軟 件 延 時(shí)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(jì)（論文） 15 DA 驅(qū)動(dòng)和線性化調(diào)整 因本設(shè)計(jì)中采用的是 12 位精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所以單片機(jī)程序中的輸入口參數(shù)必須要小于 2^12 即 4096，其中 4096 對(duì)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(jìn)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(yùn)算，這樣可以取出最高位，然后 DA進(jìn)行左移一位，將次高位變成最高位，當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘高脈沖產(chǎn)生時(shí)，會(huì)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(shí)際的電壓測(cè)試中會(huì)有一定的誤差，在實(shí)物電路電壓的測(cè)量中會(huì)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(jì)（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(jìn)行的是程序調(diào)試。首先用Keil軟件 對(duì)各個(gè)模塊的子程序進(jìn)行編寫 ，再對(duì) 各個(gè) 模塊的 子 程序進(jìn)行 修改 調(diào)試，在調(diào)試的過程中 針對(duì)遇到的問題再進(jìn)行 不斷 改進(jìn)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(rèn)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(shí)物單片機(jī)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(jī)進(jìn)行運(yùn)行。這樣的的話就可以先檢查一下整個(gè)系統(tǒng)在仿真里面能不能準(zhǔn)確無誤的運(yùn)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(shí)物里面；如果系統(tǒng)在仿真里面有錯(cuò)誤，那么可以針對(duì)這些錯(cuò)誤和問題再去完善，直到系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)。Protues仿真圖如圖 52所示。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)物制作所有的元器件都是在進(jìn)行過軟件仿真后，從網(wǎng)上購買。然后考慮到制作 PCB板時(shí)間較長(zhǎng)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(shí)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(jìn)行焊接。 在焊接實(shí)物前，首先要用萬用表