【文章內(nèi)容簡介】 單片機接口 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位兩種輔助電路。復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，按下復位按鈕便從頭開始重新運行程序。復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，電路導通，電容兩端形成一回路，電容開始放電，，RST引腳變?yōu)楦唠娖?，單片機重新運行。 單片機晶體振蕩電路 單片機上電復位電路4. 系統(tǒng)軟件編程設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖 ，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。 系統(tǒng)運行整體流程圖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。 系統(tǒng)按鍵程序流程圖 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。 系統(tǒng)LCD程序流程圖 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。 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0float1701170float4500450float740+1740float810+2810float1070+31070float1200+55. 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。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。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，首先要用萬用表等輔助工具確保每個買來的元器件都是好的，確認完畢之后，再開始焊接。在本次實物焊接中，首先焊接的是單片機的最小系統(tǒng)，接著焊接液晶顯示屏，最后焊接的是穩(wěn)壓源電路及運放電路等。焊接完了以后，再次用萬用表確認一下你所焊接的電路板有沒有存在短路、斷路以及走線上的錯誤等瑕疵。確認完畢以后，接通電源。通電以后，首先是液晶顯示屏的第一行會看到：“POWER SUPPLY”。然后第二行是系統(tǒng)設(shè)定值，其中設(shè)定值在接通電源后默認是顯示“0”，然后再通過按鈕設(shè)置0到11V之間任意的電壓值，設(shè)置完了以后，再次通過按下按鈕進行確認。確認好了以后，單片機開始工作。硬件調(diào)試圖如圖53所示。圖53 硬件調(diào)試圖 實驗結(jié)果的分析為了測試的系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性，在011V之間每隔1V設(shè)定一組數(shù)據(jù)測量一次然后再跟電壓的實際值做個對比看誤差到底有多大。經(jīng)過對比。之所以存在著誤差可能是由于在接線上各個元器件有干擾，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的靈敏度不高以及變壓器的輸入不太穩(wěn)定等等，這些都是造成系統(tǒng)穩(wěn)壓源的設(shè)定值與實際值存在誤差的原因?？偨Y(jié)本文給出了一種新型的直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)思方案：以STC12C5A60S2單片機作為電源的控制中心，通過獨立按鍵設(shè)置輸入所期望的電壓值，設(shè)置的電壓由LCD1602顯示。單片機將設(shè)置的電壓值信號通過串行傳輸給DA轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為模擬信號后去控制電壓運放電路放大電壓倍數(shù)，得到所期望的輸出電壓。該電源通過數(shù)字方式調(diào)壓，使用更加簡潔直觀。文章對此新型穩(wěn)壓電源方案的硬件電路和軟件設(shè)計部分均做出了詳盡細致的討論和說明。特別是其中的硬件電路設(shè)計，硬件設(shè)計緊密結(jié)合設(shè)計任務(wù)與要求，對于系統(tǒng)的各個功能模塊，從單元電路預(yù)期功能，工作原理及最終硬件原理圖等各個方面做出說明和論證。這在降低設(shè)計、調(diào)試難度的同時還可快速地發(fā)現(xiàn)其中的不合理部分。本設(shè)計還存在一些尚待解決的問題，例如不能有效的對輸出電壓進行負反饋調(diào)整。電源的電能轉(zhuǎn)換效率有待提高。參考文獻[1]康光華, 陳大欽, 張林. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)[M]. 北京: 北京出版社, 2006, 494500.[2]尚曉星,蔣海濤. 基于單片機的穩(wěn)壓電源設(shè)計. [J]. 焦作大學學報, 2012, (4): 8283．[3]郭天祥. 51單片機C語言教程[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社，2008,(4): 492500.[4]康光華,秦臻,鄒壽彬. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社，2006, (1): 431444.[5]王翠珍,唐金元. 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計[J]. 北京: 北京出版社，2006,(5): 5376[6]譚浩強,張基溫,唐永炎. C語言程序設(shè)計教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 1992，163198.[7]馮澤虎,朱相磊,騰春梅. 基于單片機的可編程直流穩(wěn)壓電源設(shè)計[D]. 淄博: 中國高新技術(shù)企業(yè), 2009.[8]郝立軍. 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法[J]. 農(nóng)業(yè)機械化與電氣化，2007.[9]戴佳，戴魏恒，劉博文. 51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2008, (1): 881