【文章內(nèi)容簡介】 DB7——DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7——DB0R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC空腳17/RESETH/L復位端，低電平有效18VOUTLCD驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負端 TLV5638的簡介本次設(shè)計數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用TLV5638，TLV5638是TI公司的12位D/A轉(zhuǎn)換器，具有兩個輸出通道，數(shù)據(jù)傳輸接口為3線的串行接口，該接口能夠與常用的微控制器或者微處理器直接相連。每次傳輸數(shù)據(jù)由16位的數(shù)據(jù)組成一幀，其中4位控制命令字，12位輸出數(shù)據(jù)。TLV5638輸出經(jīng)過兩個緩沖器，DAC的可編程建立時間使得設(shè)計人員能夠優(yōu)化速度與功耗分配的關(guān)系。同時內(nèi)置片上電壓參考源，該參考源最大能達到1mA的電流，因此也可以將其作為整個系統(tǒng)的參考源，減少了系統(tǒng)設(shè)計的復雜性。TLV5638的基本特性參數(shù)如下：● 12位分辨率；● 雙輸出通道；● 可編程內(nèi)部參考源；● 可變成速度（建立時間）：快速模式1μs；；● 兼容SPI串行接口；● 差分非線性度；● 供電電源：～ DC。TLV5638的引腳配置如圖35所示。圖35 TLV5638的引腳配置TLV5638的引腳功能說明：● DIN：串行數(shù)據(jù)輸入● SCLK：串行接口時鐘輸入● /CS：片選信號輸入，低電平有效● OUTA：A通道模擬電壓輸出● AGND：模擬地● REF：模擬電壓參考輸入/輸出● OUTB：B通道模擬電壓輸出● VDD：供電電源（～）第四章 硬件電路設(shè)計 單片機最小系統(tǒng)單片機系統(tǒng)電路由STC89C52為核心，STC89C52擁有豐富的IO口和片上資源，是目前比較流行的單片機，該部分電路如圖41所示，主要有時鐘電路，復位電路構(gòu)成。圖41 信號產(chǎn)生與控制電路P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，（）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器。能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。時鐘電路：STC89C52的XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。STC89C52中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。片外石英晶體或者陶瓷諧振器及電容CC8接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容CC8雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里采用電容30pF。復位電路：STC89C52的外部復位電路有上電自動復位和手動按鍵復位。上電復位電容充電來實現(xiàn)。手動按鍵復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位。按鍵電平復位電路是在普通RC復位電路的基礎(chǔ)上接一個有下拉電阻10K、上拉電容10μf接VCC,電源由開關(guān)接至復位腳（和上拉電容并聯(lián)），上拉電容支路負責在“上電”瞬間實施復位；開關(guān)通過10K下拉電阻分壓器，保證對單片機實施按鍵電平復位。 主控電路設(shè)計主控電路我們以STC89C5A/D0832和TLV5638為核心，首先由以A/D0832和TLV5638為主的電路對DCDC部分的輸出電壓進行采樣實時送到單片機進行處理，然后再傳到LCD12864顯示數(shù)據(jù)，同時檢測外部按鍵的數(shù)據(jù)輸入來改變輸出電壓，當檢測到負載過流信號的時候，單片機就會給LM2576部分電路的五腳輸出一個高電平信號使降壓部分輸出電壓為零從而是電路得以保護。連接方法如下圖42所示：圖42 主控電路設(shè)計圖 升壓電路設(shè)計升壓電路芯片采用的是LM2587，其連接方法如圖43所示：圖43 升壓電路設(shè)計圖 降壓電路設(shè)計采用LM2576構(gòu)成的降壓電路如圖2所示，輸出電壓經(jīng)R1和R2分壓取樣后送到減法器的正輸入端，負端接VSET。VSET信號是單片機給出的電壓信號，輸出的取樣電壓減去D/A轉(zhuǎn)換電壓后得到誤差信號。再將誤差信號加上參考電壓（VREF）, 將此結(jié)果送到LM2576的反饋端。如圖44所示。圖44 降壓電路設(shè)計圖相比于傳統(tǒng)的直接反饋，本設(shè)計中的反饋回路復雜度較高，這種設(shè)計主要是出于以下考慮：首先是便于單片機控制，只要改變D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓，則反饋回路起作用，自動將輸出取樣電壓向D/A轉(zhuǎn)換電壓靠近，完成電壓調(diào)整過程；其次，可以滿足零伏輸出。若單純用LM2576的反饋引腳，,因此需要將反饋電壓“平移”一個VREF參考電壓的電平。反饋電阻分壓得到的電壓還同時送到單片機的DAC,通過D/A轉(zhuǎn)換和尺度換算，得到輸出電壓值，作為數(shù)字量顯示輸出到液晶顯示器上。 過流保護電路設(shè)計根據(jù)題目要求，電路需具有過流保護功能，動作電流IO（th）=177。，當排除過流故障后，電源能自動恢復為正常狀態(tài)。該電路部分對輸出電壓進行采樣，并實時送到單片機進行處理，然后再傳到LCD12864顯示數(shù)據(jù)。過流保護電路是由減法器和比較器構(gòu)成。電流流過1歐姆的電阻會產(chǎn)生壓降利用減法器把其壓降減出來，根據(jù)歐姆定律得到電流與減出來的電壓是1:1的關(guān)系，減出來的電壓送到比較器，如果有過流比較器動作會產(chǎn)生一個下降沿的脈沖，單片機在下降沿的到來時進入中斷，并給LM2576部分電路的五腳輸出一個高電平信號使降壓部分輸出電壓為零，當過流解除時恢復電壓輸出，從而使電路得以保護。電路設(shè)計如圖45所示：圖45 過流保護電路設(shè)計圖 按鍵電路顯示電路這部分電路相對來說比較簡單，它主要是通過鍵盤對單片機輸入數(shù)據(jù)從而改變輸出電壓，可以步進加/減，復位。同時在LCD12864液晶顯示屏上顯示出來。第五章 軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)件主要包括了LCD12864液晶顯示、D/A、A/D模塊、STC89C52模塊、按鍵模塊和主函數(shù)。設(shè)計時首先對系統(tǒng)進行初始化，其次顯示LCD，并使系統(tǒng)運作起來，由STC89C52控制LM2576輸出電壓，最后，我們可以通過按鍵模塊對整個系統(tǒng)的輸出電壓進行變化。D/A、A/D模塊和STC89C52模塊是本次軟件設(shè)計的重點。 主程序流程圖主程序主要是在不斷地做循環(huán)的程序，經(jīng)過不斷循環(huán)可以將變化的信息顯示出來并執(zhí)行相應的任務。本程序在主循環(huán)做兩個循環(huán)，第一個循環(huán)是對液晶顯示器與按鍵的循環(huán)，通過對兩者進行循環(huán)可以實現(xiàn)用按鍵對輸出電壓的預設(shè)定和一些顯示基本的信息顯示功能；當“確認”按鍵按下后程序執(zhí)行另外一個循環(huán)程序，主要實現(xiàn)輸出電壓、預設(shè)電壓、電流、是否存在過流的顯示，還有就是對DA、AD的控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換功能。主程序流程框圖如下圖51所示。圖51 主程序流程圖 過流保護程序流程圖過流保護是利用了單片機的外部中斷P3^2接口。用外部中斷下降沿觸發(fā)方式做過流保護具有響應速度快、準確性高等優(yōu)點，極為有效地保護了我們電源的本身以及負載。當過流現(xiàn)象消失時恢復正常，再次等待中斷觸發(fā)信號，程序流程圖如下圖52所示。圖52 過流保護流程圖 AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖圖 53 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 TLV5638數(shù)模轉(zhuǎn)換程序流程圖圖54 D/A轉(zhuǎn)換流程圖第6章 繪制PCB、實物制作與調(diào)試 Altium designer 09繪制原理圖軟件簡介Altium(前身為Protel國際有限公司)由NickMartin于1985年始創(chuàng)于塔斯馬尼亞州霍巴特，致力于開發(fā)基于PC的軟件，為印刷電路板提供輔助的設(shè)計。最初的DOS環(huán)境下的PCB設(shè)計工具在澳大利亞得到了電子業(yè)界的廣泛接受，在1986年中期，Altium通過經(jīng)銷商將設(shè)計軟件包出口到美國和歐洲。隨著PCB設(shè)計軟件包的成功，Altium公司開始擴大其產(chǎn)品范圍，包括原理圖輸入、PCB自動布線和自動PCB器件布局軟件。80 年代晚期，Altium 公司意識到在開發(fā)利用Microsoft Windows 作為平臺的電子設(shè)計自動化EDA 軟件方面存在商機。雖然Windows 平臺在處理性能和可靠性上取得了進步，但當時很少有用于Windows 平臺的EDA 軟件,而當時越來越多的設(shè)計工程師使用基于Windows 的操作系統(tǒng)。于是，在1991 年Altium 公司發(fā)布了世界上第一個基于Windows 的PCB 設(shè)計系統(tǒng)，Advanced PCB。在后來幾年里，憑借各種產(chǎn)品附加功能和增強功能所帶來的好處，Altium 建立了具有創(chuàng)新意識的EDA 軟件開發(fā)商的地位。1997 年，Altium 公司認識到越來越需要把所有核心EDA 軟件工具集中到一個集成軟件包中，從而可以實現(xiàn)從設(shè)計概念直到生產(chǎn)的無縫集成。因此Altium 發(fā)布了專為Windows NT 平臺構(gòu)建的Protel98，這是首次將所有5 種核心EDA 工具集成于一體的產(chǎn)品，這5 種核心EDA 工具包括原理圖輸入、可編程邏輯器件(PLD)設(shè)計、仿真、板卡設(shè)計和自動布線。隨后在1999 年又發(fā)布了Protel 99 和第二個版本Protel 99 SE，這些版本提供了更高的設(shè)計流程自動化程度，進一步集成了各種設(shè)計工具，并引進了“設(shè)計瀏覽器”平臺。設(shè)計瀏覽器平臺允許對電子設(shè)計的各方面——設(shè)計工具、文檔管理、器件庫等——進行無縫集成，它是Altium 建立涵蓋所有電子設(shè)計技術(shù)的完全集成化設(shè)計系統(tǒng)理念的起點。Altium 公司致力于產(chǎn)品開發(fā)，并為工程師提供幫助他們實現(xiàn)目標的最佳設(shè)計工具。AltiumDesigner基于一個軟件集成平臺，把為電子產(chǎn)品開發(fā)提供完整環(huán)境所需的工具全部整合在一個應用軟件中。AltiumDesigner包含所有設(shè)計任務所需的工具：原理圖和HDL設(shè)計輸入、電路仿真、信號完整性分析、PCB設(shè)計、基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)。另外可對AltiumDesigner工作環(huán)境加以定制，以滿足用戶的各種不同需求。 利用Altium designer 09繪制原理圖Altium designer 09繪制原理圖很簡單，其步驟如下：（1)新建工程、新建原理圖元件庫文件、原理圖文件、PCB元件庫文件、PCB文件等。（2) 繪制原理圖元件庫元件、原理圖、PCB元件庫元件。 （3) 導入PCB，進行初步的元件布局并自動布線。（4) 手工修改自動布線不合理的線并對PCB進行“美化”。（5) 保存、退出Altium designer 09軟件。 硬件電路的制作硬件電路的制作流程如下：（1）利用Altium designer 09繪制原理圖以及PCB。（2）把畫好的PCB圖利用熱轉(zhuǎn)印原理印到銅板上。（3）用三氯化鐵腐蝕掉廢銅。（4）鉆孔。（5）把元件插到印制并腐蝕好的印制板上、焊接。（6）用萬用表檢查線路，看有無短路、開路情況出現(xiàn)。 調(diào)試把已經(jīng)調(diào)試好的程序下載到單片機，接上電源，觀察顯示器上顯示的現(xiàn)象，測試輸出電壓是否與預設(shè)電壓相等或接近。第一次調(diào)試失敗，輸出電壓與預設(shè)電壓并不相等，且輸出電壓根本不變。經(jīng)過對作品的檢測，發(fā)現(xiàn)降壓電路設(shè)計控制部分的減法器不起作用，經(jīng)過討論以及老師的講解，得出失敗的原因在于減法器使用的運放OP07是單電源工作，沒有達到所需的要求。后將OP07換成LM358問題便得到了解決。經(jīng)過本次失敗，總結(jié)了運放單電源與雙電源工作的區(qū)別：（1）在放大直流信號時，如果采用雙電源運放，則最好選擇正負雙電源供電，否則輸入信號幅度較小時，可能無法正常工作；如果采用單電源運放，則單電源供電或雙電源供電都可以正常工作； （2）在放大交流信號時，無論是單電源運放還是雙電源運放，采用正負雙電源供電都可以正常工作； （3）在放大交流信號時，無論是單電源運放還是雙電源運放，簡單的采用單電源供電都無法正常工作，對于單電源運放，表現(xiàn)為無法對信號的負半周放大，而雙電源