【文章內容簡介】 A1輸出高電平。當Ui 時,運放A2輸出高電平。運放AA2只要有一個輸出高電平,晶體管BG1就會導通,發(fā)光二極管LED就 會點亮。若選擇U1U2,則當輸入電壓Ui越出[U2,U1]區(qū)間范圍時,LED點亮,這便是一個電壓雙限指示器。若選擇U2 U1,則當輸入電壓在[U2,U1]區(qū)間范圍時,LED點亮,這是一個“窗口”電壓指示器。 此電路與各類傳感器配合使用,稍加變通,便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。 數(shù)模轉換芯片DAC0832芯片內有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。D/A轉換結果采用電流形式輸出。要是需要相應的模擬信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)這個供功能。該片邏輯輸入滿足TTL電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機電路相接，下面是芯片電路原理圖：DAC0832引腳圖和內部結構電路圖DAC0832引腳功能說明：DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。CS：片選信號輸入線，低電平有效。WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。Iout1:電流輸出線。當輸入全為1時Iout1最大。Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。Rfb:反饋信號輸入線,芯片內部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線 (+5v~+15v)Vref:基準電壓輸入線 (10v~+10v)AGND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準電源處共地比較好. ADC0804簡介ADC0804型8位全MOS A/D轉換器。它是中速廉價型產(chǎn)品之一。片內有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，與微處理器兼容，輸入方式為單通道，轉換時間約為100181。s。它的非線形誤差為177。1LSB。電源電壓為單一+5V。 ADC0804的引腳及其功能、（引腳3）：是數(shù)字控制輸入端，滿足標準TTL邏輯電平。其中和用來控制A/D轉換的啟動信號。、用來讀A/D轉換的結果，當它們同時為低電平時，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0~DB7各端上出現(xiàn)8位并行二進制數(shù)碼。CLK（引腳4）、CLKR（引腳19）：ADC0801~0805片內有時鐘電路，只要在外部“CLKR”和“CLK”兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生轉換所需要的時鐘，其振蕩頻率為≈RC。其典型應用參數(shù)為：R=10kΩ，C=150pF，≈640kHz，每秒鐘可轉換1萬次。若采用外部時鐘，則外部可從CLK端送入，此時不接R、C。允許的時鐘頻率范圍為100KHZ~1460KHZ。（引腳5）：轉換結束信號輸出端，輸出電平高跳到低表示本次轉換已經(jīng)完成，可作為中斷或查詢信號。如果和端與端相連，則ADC0804就處于自動循環(huán)轉換狀態(tài)。（引腳6）和（引腳7）：被轉換的電壓信號從和輸入，允許此信號是差動的或不共地的電壓信號。如果輸入電壓的變化范圍從0V到，則芯片的端接地，輸入電壓加到端。對于差動輸入，輸入電壓可以從非零開始，即到。此時端應接至等于的恒定電壓上，而輸入電壓仍加到端上。AGND（引腳8）、DGND（引腳10）：A/D轉換器一般都有這兩個引腳。模擬地AGND和數(shù)字地DGND分別設置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號回路，一防止寄生耦合造成的干擾。VREF/2（引腳9）：參考電壓VREF/2可以有外部電路供給，從“VREF/2”端直接送入，VREF/2端的電壓值應是輸入電壓范圍的二分之一。所以輸出電壓的范圍可以通過調整VREF/2引腳處的電壓加以改變，轉換器的零點無需調整。第3章 系統(tǒng)電路原理及硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的總體設計方案主要由微控制器模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊五部分構成。模數(shù)轉換（ADC0804）電壓放大LM324EEPROM數(shù)據(jù)存儲（24C02）（24C02）電流采樣I/U轉換LM324輸出按鍵（四個）輸出顯示（LCD1602）電源（+12V、12V、+5V、5V）數(shù)模轉換DAC0832MCUAT89C51 單片機控制模塊 MCU模塊即為單片機部分，整個控制都是依靠單片機完成。從功能和價位以及本題目要求來看，我選擇51系列AT89S51作為本方案的控制核心，P0口接液晶顯示LCD1602作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸，同時P25/P26/P27是液晶LCD控制端口；P3口接DAC0832作為輸出數(shù)據(jù)傳輸；PP2P22接三個獨立按鍵作為輸入數(shù)據(jù)傳輸；P36/P37接容量為2K的數(shù)據(jù)存儲器24C02,可以實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)貯存和預置數(shù)據(jù)貯存；P1口接ADC0804作為輸入/輸出數(shù)據(jù)傳輸。如圖所示： 穩(wěn)壓控制模塊 通過鍵盤控制MCU產(chǎn)生8位數(shù)字信號（0255），通過P3口送至8位數(shù)模轉換芯片（DAC0832）轉換成模擬電流信號，再經(jīng)運放作I/U轉換，得到控制穩(wěn)壓電源輸出部分的基準電壓； 電壓與電流采樣模塊電壓與電流采樣模塊是系統(tǒng)的重要組成部分，對ADC的說明：以輸入電壓為標準，如果輸入電壓大于設定的電壓值，則減小DA輸出電壓一位數(shù)值，再采樣比較，如此循環(huán)，直到輸入的電壓等于設定的電壓值或者接近設定的電壓值（有事不可能完全相等）。同理，如果輸入電壓小于設定的電壓，則增大DA輸出電壓一位數(shù)值，再采樣比較，如此循環(huán)，直到輸入的電壓等于設定的電壓值或者接近設定的電壓值。這樣，就能達到閉環(huán)反饋的目的。（1） 電壓采樣電路利用DAC0832控制的基準電壓驅動功率管穩(wěn)壓輸出，反饋部分是通過電阻R3，VR2將取樣電壓輸入運放的反相端比較，VR2可作小范圍調整；如圖所示：（2） 電流采樣電路采用8位模數(shù)轉換芯片（ADC0804）作為顯示電流的模數(shù)轉換器件，ADC0804的取樣電壓由串聯(lián)在電源輸出電路的電流取樣電阻（）分壓取得,并由運放按一定倍數(shù)放大后送至Vin(+)，ADC0804把轉換結果送至單片機的P1口，再由程序將數(shù)據(jù)處理后送LCD1602顯示當前電流； 顯示模塊 顯示的方式很多，主要分為兩類：LED顯示，LCD顯示。前者顯示高，制作成本低，適合做遠距離顯示，但由于其耗電較大，所以端口隨顯示的數(shù)據(jù)位數(shù)增加而增加。如果采用動態(tài)掃描方式顯示，則占用CPU的時間，如果采用靜態(tài)顯示則需要加鎖存器，耗費硬件制作時間，就該題目要求來說，需要設定電壓顯示，又與實際電壓比較再顯示，LCD顯示更為清晰、直觀，從上面諸多因素來看，采用LCD顯示比較理想。LCD最常用的就是1602液晶模塊。LCD1602可以在LCD顯示屏上完整顯示32個英文字符和日文等一些字符，適合顯示英文文字信息量較小的地方，可以清晰顯示出英文名稱和電壓/電流單位，電壓（三位數(shù)字：十位、個位、小數(shù)位），電流（三位數(shù)字：個位，兩位小數(shù)）。通過單片機編程控制第4腳RS數(shù)據(jù)/命令選擇端，第5腳R/W讀/寫選擇端，第6腳E使能信號，從而實現(xiàn)顯示效果。它的顯示運行原理如下：讀狀態(tài)：輸入：RS=0，RW=1，E=1；輸出：D0~D7=狀態(tài)字寫指令：輸入：RS=0，RW=0，D0~D7=指令碼，E=高脈沖；輸出：無讀指令：輸入：RS=1，RW=1，E=1；輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=0，RW=0，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖；輸出：無如圖所示： 鍵盤模塊系統(tǒng)中鍵盤模塊設計四個按鍵SSSS4，分別由單片機RST端、PP2P21口輸入。S1為復位鍵；S4為翻頁按鍵，最近設置的電壓大小保存在EEPROM里面，比如5個電壓，按一下S2，電壓變?yōu)橄乱粋€，省去了反復設置電壓的麻煩；S3為電壓+，S2為電壓,按一下S3，按一下S2。如圖所示： 電源模塊電源模塊是讓AC220V電源通過變壓器降壓，整流濾波后得到要調節(jié)電壓輸入端；降壓為AC15V整流濾波后經(jīng)過三端穩(wěn)壓7817912得到DC177。12V電壓為運算放大器供電；同時，又經(jīng)過三端穩(wěn)壓7807905得到DC177。5V為ADC080DAC0832D等芯片提供工作電源。如圖所示：系統(tǒng)整體原理圖（見附錄1）。第4章 系統(tǒng)的軟件設計當系統(tǒng)上電，立即進行初始化，分別是端口初始化，D/A、A/D初始化，定時器初始化；然后系統(tǒng)默認電壓，默認電流?；舅悸罚喊存I掃描 — D/A轉換、電壓/電流數(shù)值顯示 — 讀A/D轉換并比較糾正電壓/電流數(shù)值顯示 — 按鍵掃描，按前述循環(huán)。 主程序模塊 流程圖如圖41所示，負責與個子程序模塊的接口和檢查鍵盤功能號。程序運行后，開始檢測是否有鍵按下，若有則進入設定按鍵功能。液晶LCD1602直接顯示CPU設定的數(shù)值，使CPU資源得到充分利用。同時系統(tǒng)不斷采集外部數(shù)據(jù)，經(jīng)過相關運算、分析，然后發(fā)出命令對實際值進行相應的修正，控制輸出電壓可調、穩(wěn)定。開始初始化系統(tǒng)讀取EEPROM中保存的電壓值送DA轉換輸出電壓允許中斷顯示電流讀數(shù)并計算電流值掃描鍵盤操作是否按下S3是否按下S2是否按下S1保存電壓并關閉電壓輸出YYYNNN 主程序流程圖第5章 系統(tǒng)測試與誤差分析 軟件測試測試軟件程序編輯器keil uvision2程序燒制器STCISP V35編譯結果在編制完C語言后，即keil uvision2界面下，進行了調試，根據(jù)提示，我找到了程序在編寫上的錯誤，加以改正，再次驚醒調試。通過上述簡單的測試，證明此次設計的程序基本上正確無誤。然后，將燒錄了程序的單片機AT89S51接到系統(tǒng)電路中，查看系統(tǒng)電路的運行情況；如果程序邏輯有問題可進一步修改，直到系統(tǒng)正常運行。 硬件測試電源部分提供整個電路所需各種電壓（包括DAC芯片所需的基準穩(wěn)壓5V和89S51的+5V），由電源變壓器和整流濾波電路及兩個輔助穩(wěn)壓輸出構成，電源變壓器的功率由需要輸出的電流大小決定，確保有充足的功率余量。電流取樣電阻R1要選擇大功率的電阻（5W或10W）。也可使用廢舊萬用表上拆下來的電阻線。檢查電路連接無誤后，即可試機。找一塊數(shù)字表將其并聯(lián)在輸出電路上，按S1或S2設定一個電壓，此時LCD1602第一行顯示的電壓可能會有誤差，適當微調反饋電路的VR2，使其與數(shù)字表讀數(shù)一致，再將數(shù)字表串聯(lián)在電源的輸出電路上，選擇適當?shù)碾娏鳈n，接上一定的負載。此時，LCD1602第二行會顯示出電流值，適當?shù)恼{節(jié)VR3改變ADC0804參考電壓，直至顯示的電流值與萬用表顯示的電流值一致為止，校正完成后即可使用。注意事項：電流取樣電阻發(fā)熱量大不能貼PCB板安裝，應該將其適當升高再安裝；運放TL084可用LM324代換，功率管建議用TO3金屬封裝的2N3055，可用TIP3055或C3182等大功率NPN管代換，功率調整管工作時發(fā)熱量較大，散熱片要盡可能大些或采用CPU風扇散熱。 系統(tǒng)整體測試測試工具開關電源T50系列雙蹤示波器數(shù)字萬用表 測試結果表51 電壓測試表系統(tǒng)理論值系統(tǒng)測量值誤差顯示電壓值（V）理論碼值（bit）實測碼值（bit）實測電壓值（V）00011110000111100010110100101100001100100011000100110111001101100011110000111011001000001010000000100011001000101010010110100101001010000010011110.0101010101010100001011010010110010110010001100011 系統(tǒng)由于剛啟動在電壓方面不穩(wěn)定，存在一定誤差，但是單片機會對其進行控制，使系統(tǒng)再次穩(wěn)定。精度分析 絕對誤差：ΔU=(++…...++)/12= 相對誤差：γA=ΔU/U=(++……++)/12=% 線性度：γL=ΔLmax/YFS= 靈敏度：K=從電路的原理框圖可以看出，系統(tǒng)的誤差來源于四個方面： DAC0832的量化誤差。 基準電壓溫漂引入的誤差。 三端穩(wěn)壓器的電路引起的誤差。 其它器件和線路由于溫漂、不穩(wěn)定等原因引起的誤差。第6章 設計總結和展望 經(jīng)過幾十天的艱苦奮戰(zhàn)，我最終完成了畢業(yè)設計的基本要求。雖然過程是艱苦的，但最終成功的喜悅同樣令我快樂！ 此設計用D/A和運算放大器做電源，及采用D/A輸出調節(jié)晶體管的偏值電流{電壓}。采用此方案能有效地縮短調節(jié)時間，并能提高輸出精度，經(jīng)計算需要采用8位的D/A芯片。 為了爭取時間，降低成本，我的解決方案是采用51單片機。改變電壓的大小，當單片機通過閉環(huán)負反饋調節(jié)回路的A/D轉換檢測到電壓達到設定值時，將再次對輸出電壓進行調制，直到輸出電壓達到設定值；電壓值理論上是象形變化