【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 A1輸出高電平。當(dāng)Ui 時(shí),運(yùn)放A2輸出高電平。運(yùn)放AA2只要有一個(gè)輸出高電平,晶體管BG1就會(huì)導(dǎo)通,發(fā)光二極管LED就 會(huì)點(diǎn)亮。若選擇U1U2,則當(dāng)輸入電壓Ui越出[U2,U1]區(qū)間范圍時(shí),LED點(diǎn)亮,這便是一個(gè)電壓雙限指示器。若選擇U2 U1,則當(dāng)輸入電壓在[U2,U1]區(qū)間范圍時(shí),LED點(diǎn)亮,這是一個(gè)“窗口”電壓指示器。 此電路與各類(lèi)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(cè)、短路、斷路報(bào)警等。 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832芯片內(nèi)有兩級(jí)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(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線(xiàn)性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。該片邏輯輸入滿(mǎn)足TTL電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機(jī)電路相接，下面是芯片電路原理圖：DAC0832引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖DAC0832引腳功能說(shuō)明：DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)，TLL電平。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線(xiàn)，高電平有效。CS：片選信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效。WR1：為輸入寄存器的寫(xiě)選通信號(hào)。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效。WR2：為DAC寄存器寫(xiě)選通輸入線(xiàn)。Iout1:電流輸出線(xiàn)。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。Iout2: 電流輸出線(xiàn)。其值與Iout1之和為一常數(shù)。Rfb:反饋信號(hào)輸入線(xiàn),芯片內(nèi)部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線(xiàn) (+5v~+15v)Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線(xiàn) (10v~+10v)AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線(xiàn)在基準(zhǔn)電源處共地比較好. ADC0804簡(jiǎn)介ADC0804型8位全MOS A/D轉(zhuǎn)換器。它是中速廉價(jià)型產(chǎn)品之一。片內(nèi)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(zhuǎn)換時(shí)間約為100181。s。它的非線(xiàn)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(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平。其中和用來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)。、用來(lái)讀A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當(dāng)它們同時(shí)為低電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0~DB7各端上出現(xiàn)8位并行二進(jìn)制數(shù)碼。CLK（引腳4）、CLKR（引腳19）：ADC0801~0805片內(nèi)有時(shí)鐘電路，只要在外部“CLKR”和“CLK”兩端外接一對(duì)電阻電容即可產(chǎn)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)鐘，其振蕩頻率為≈RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10kΩ，C=150pF，≈640kHz，每秒鐘可轉(zhuǎn)換1萬(wàn)次。若采用外部時(shí)鐘，則外部可從CLK端送入，此時(shí)不接R、C。允許的時(shí)鐘頻率范圍為100KHZ~1460KHZ。（引腳5）：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，輸出電平高跳到低表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可作為中斷或查詢(xún)信號(hào)。如果和端與端相連，則ADC0804就處于自動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。（引腳6）和（引腳7）：被轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)從和輸入，允許此信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)。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(duì)于差動(dòng)輸入，輸入電壓可以從非零開(kāi)始，即到。此時(shí)端應(yīng)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(zhuǎn)換器一般都有這兩個(gè)引腳。模擬地AGND和數(shù)字地DGND分別設(shè)置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號(hào)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(yīng)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(guò)調(diào)整VREF/2引腳處的電壓加以改變，轉(zhuǎn)換器的零點(diǎn)無(wú)需調(diào)整。第3章 系統(tǒng)電路原理及硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)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(pán)模塊、電源模塊五部分構(gòu)成。模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC0804）電壓放大LM324EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（24C02）（24C02）電流采樣I/U轉(zhuǎn)換LM324輸出按鍵（四個(gè)）輸出顯示（LCD1602）電源（+12V、12V、+5V、5V）數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832MCUAT89C51 單片機(jī)控制模塊 MCU模塊即為單片機(jī)部分，整個(gè)控制都是依靠單片機(jī)完成。從功能和價(jià)位以及本題目要求來(lái)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(shí)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(gè)獨(dú)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(chǔ)器24C02,可以實(shí)現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)貯存和預(yù)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(guò)鍵盤(pán)控制MCU產(chǎn)生8位數(shù)字信號(hào)（0255），通過(guò)P3口送至8位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（DAC0832）轉(zhuǎn)換成模擬電流信號(hào)，再經(jīng)運(yùn)放作I/U轉(zhuǎn)換，得到控制穩(wěn)壓電源輸出部分的基準(zhǔn)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(duì)ADC的說(shuō)明：以輸入電壓為標(biāo)準(zhǔn)，如果輸入電壓大于設(shè)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(shè)定的電壓值或者接近設(shè)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(shè)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(shè)定的電壓值或者接近設(shè)定的電壓值。這樣，就能達(dá)到閉環(huán)反饋的目的。（1） 電壓采樣電路利用DAC0832控制的基準(zhǔn)電壓驅(qū)動(dòng)功率管穩(wěn)壓輸出，反饋部分是通過(guò)電阻R3，VR2將取樣電壓輸入運(yùn)放的反相端比較，VR2可作小范圍調(diào)整；如圖所示：（2） 電流采樣電路采用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC0804）作為顯示電流的模數(shù)轉(zhuǎn)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(yùn)放按一定倍數(shù)放大后送至Vin(+)，ADC0804把轉(zhuǎn)換結(jié)果送至單片機(jī)的P1口，再由程序?qū)?shù)據(jù)處理后送LCD1602顯示當(dāng)前電流； 顯示模塊 顯示的方式很多，主要分為兩類(lèi)：LED顯示，LCD顯示。前者顯示高，制作成本低，適合做遠(yuǎn)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(dòng)態(tài)掃描方式顯示，則占用CPU的時(shí)間，如果采用靜態(tài)顯示則需要加鎖存器，耗費(fèi)硬件制作時(shí)間，就該題目要求來(lái)說(shuō)，需要設(shè)定電壓顯示，又與實(shí)際電壓比較再顯示，LCD顯示更為清晰、直觀(guān)，從上面諸多因素來(lái)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(gè)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(chēng)和電壓/電流單位，電壓（三位數(shù)字：十位、個(gè)位、小數(shù)位），電流（三位數(shù)字：個(gè)位，兩位小數(shù)）。通過(guò)單片機(jī)編程控制第4腳RS數(shù)據(jù)/命令選擇端，第5腳R/W讀/寫(xiě)選擇端，第6腳E使能信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)顯示效果。它的顯示運(yùn)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(xiě)指令：輸入：RS=0，RW=0，D0~D7=指令碼，E=高脈沖；輸出：無(wú)讀指令：輸入：RS=1，RW=1，E=1；輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù)：輸入：RS=0，RW=0，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖；輸出：無(wú)如圖所示： 鍵盤(pán)模塊系統(tǒng)中鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)四個(gè)按鍵SSSS4，分別由單片機(jī)RST端、PP2P21口輸入。S1為復(fù)位鍵；S4為翻頁(yè)按鍵，最近設(shè)置的電壓大小保存在EEPROM里面，比如5個(gè)電壓，按一下S2，電壓變?yōu)橄乱粋€(gè)，省去了反復(fù)設(shè)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(guò)變壓器降壓，整流濾波后得到要調(diào)節(jié)電壓輸入端；降壓為AC15V整流濾波后經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓7817912得到DC177。12V電壓為運(yùn)算放大器供電；同時(shí)，又經(jīng)過(guò)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(jiàn)附錄1）。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)上電，立即進(jìn)行初始化，分別是端口初始化，D/A、A/D初始化，定時(shí)器初始化；然后系統(tǒng)默認(rèn)電壓，默認(rèn)電流?；舅悸罚喊存I掃描 — D/A轉(zhuǎn)換、電壓/電流數(shù)值顯示 — 讀A/D轉(zhuǎn)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(fù)責(zé)與個(gè)子程序模塊的接口和檢查鍵盤(pán)功能號(hào)。程序運(yùn)行后，開(kāi)始檢測(cè)是否有鍵按下，若有則進(jìn)入設(shè)定按鍵功能。液晶LCD1602直接顯示CPU設(shè)定的數(shù)值，使CPU資源得到充分利用。同時(shí)系統(tǒng)不斷采集外部數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)相關(guān)運(yùn)算、分析，然后發(fā)出命令對(duì)實(shí)際值進(jìn)行相應(yīng)的修正，控制輸出電壓可調(diào)、穩(wěn)定。開(kāi)始初始化系統(tǒng)讀取EEPROM中保存的電壓值送DA轉(zhuǎn)換輸出電壓允許中斷顯示電流讀數(shù)并計(jì)算電流值掃描鍵盤(pán)操作是否按下S3是否按下S2是否按下S1保存電壓并關(guān)閉電壓輸出YYYNNN 主程序流程圖第5章 系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析 軟件測(cè)試測(cè)試軟件程序編輯器keil uvision2程序燒制器STCISP V35編譯結(jié)果在編制完C語(yǔ)言后，即keil uvision2界面下，進(jìn)行了調(diào)試，根據(jù)提示，我找到了程序在編寫(xiě)上的錯(cuò)誤，加以改正，再次驚醒調(diào)試。通過(guò)上述簡(jiǎn)單的測(cè)試，證明此次設(shè)計(jì)的程序基本上正確無(wú)誤。然后，將燒錄了程序的單片機(jī)AT89S51接到系統(tǒng)電路中，查看系統(tǒng)電路的運(yùn)行情況；如果程序邏輯有問(wèn)題可進(jìn)一步修改，直到系統(tǒng)正常運(yùn)行。 硬件測(cè)試電源部分提供整個(gè)電路所需各種電壓（包括DAC芯片所需的基準(zhǔn)穩(wěn)壓5V和89S51的+5V），由電源變壓器和整流濾波電路及兩個(gè)輔助穩(wěn)壓輸出構(gòu)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(wàn)用表上拆下來(lái)的電阻線(xiàn)。檢查電路連接無(wú)誤后，即可試機(jī)。找一塊數(shù)字表將其并聯(lián)在輸出電路上，按S1或S2設(shè)定一個(gè)電壓，此時(shí)LCD1602第一行顯示的電壓可能會(huì)有誤差，適當(dāng)微調(diào)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(dāng)?shù)碾娏鳈n，接上一定的負(fù)載。此時(shí)，LCD1602第二行會(huì)顯示出電流值，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)VR3改變ADC0804參考電壓，直至顯示的電流值與萬(wàn)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(xiàng)：電流取樣電阻發(fā)熱量大不能貼PCB板安裝，應(yīng)該將其適當(dāng)升高再安裝；運(yùn)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(diào)整管工作時(shí)發(fā)熱量較大，散熱片要盡可能大些或采用CPU風(fēng)扇散熱。 系統(tǒng)整體測(cè)試測(cè)試工具開(kāi)關(guān)電源T50系列雙蹤示波器數(shù)字萬(wàn)用表 測(cè)試結(jié)果表51 電壓測(cè)試表系統(tǒng)理論值系統(tǒng)測(cè)量值誤差顯示電壓值（V）理論碼值（bit）實(shí)測(cè)碼值（bit）實(shí)測(cè)電壓值（V）00011110000111100010110100101100001100100011000100110111001101100011110000111011001000001010000000100011001000101010010110100101001010000010011110.0101010101010100001011010010110010110010001100011 系統(tǒng)由于剛啟動(dòng)在電壓方面不穩(wěn)定，存在一定誤差，但是單片機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行控制，使系統(tǒng)再次穩(wěn)定。精度分析 絕對(duì)誤差：ΔU=(++…...++)/12= 相對(duì)誤差：γA=ΔU/U=(++……++)/12=% 線(xiàn)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(lái)源于四個(gè)方面： DAC0832的量化誤差。 基準(zhǔn)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(xiàn)路由于溫漂、不穩(wěn)定等原因引起的誤差。第6章 設(shè)計(jì)總結(jié)和展望 經(jīng)過(guò)幾十天的艱苦奮戰(zhàn)，我最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求。雖然過(guò)程是艱苦的，但最終成功的喜悅同樣令我快樂(lè)！ 此設(shè)計(jì)用D/A和運(yùn)算放大器做電源，及采用D/A輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏值電流{電壓}。采用此方案能有效地縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，并能提高輸出精度，經(jīng)計(jì)算需要采用8位的D/A芯片。 為了爭(zhēng)取時(shí)間，降低成本，我的解決方案是采用51單片機(jī)。改變電壓的大小，當(dāng)單片機(jī)通過(guò)閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)回路的A/D轉(zhuǎn)換檢測(cè)到電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，將再次對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)制，直到輸出電壓達(dá)到設(shè)定值；電壓值理論上是象形變化