【文章內(nèi)容簡介】 漂移，適合用于低電壓，單電源工作。技術(shù)參數(shù)如下：通道數(shù)：2關(guān)斷功能：No工作電壓Max. (V)：工作電壓Min. (V)：每通道IQ(典型值)(mA)：帶寬GBW(典型值)(MHz)：2轉(zhuǎn)換速率(典型值)(V/us)：輸入失調(diào)電壓(25℃)(Max.)(mV)：失調(diào)漂移(典型值)(uV/℃)：輸入偏置電流(Max.)(pA)：200共模抑制比(Min.)(dB)：110單電源供電：Yes滿幅：Out (3) TL431德州儀器公司(TI)生產(chǎn)的TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref()到36V范圍內(nèi)的任何值。，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。由于TL431非常易于實現(xiàn)恒壓或恒流，而且有很好的溫度穩(wěn)定性，因此很適合于儀表電路、傳感器電路等設(shè)計應(yīng)用。圖3 TL431符號圖TL431的3個引腳分別為：陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF)，符號圖如圖3所示。TL431的具體功能可以用如圖4的功能模塊示意。圖4 TL431功能模塊圖由圖可以看到，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當REF端(同相端)的電壓非常接近VI()時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管 圖1 的電流將從1到100mA變化。當然，該圖絕不是TL431的實際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計、分析應(yīng)用TL431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的。(4) 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC7524CNTLC7524CN是CMOS，8位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，能方便地與大多數(shù)通用微處理器接口。具有輸入鎖存以及與隨機存取存儲器寫周期相類似的裝載周期，分段高階位可使最高有效位變化期間內(nèi)的閃變?yōu)樽钚?，該變化會產(chǎn)生最高閃變脈沖。器件可提供1/2 LSB的精度而無需薄膜電阻或激光微調(diào)，其功耗典型值小于5mW，是許多微處理器控制的增益設(shè)置和信號控制應(yīng)用的理想選擇。相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：工作電壓(V)：5～15位數(shù)：8建立時間(uS)：輸出類型：電流通道數(shù)：1DNL最大值(177。1LSB)：INL最大值(177。1LSB)：接口方式：并行基準：外部功耗(mW)：5封裝/溫度(℃)：16PDIP/0～70 系統(tǒng)硬件首先是電源部分，該部分首先經(jīng)變壓器將220V~降壓為9V~，再經(jīng)過整流電路、濾波電路、7805和7905穩(wěn)壓電路產(chǎn)生+5V和－5V電壓，其中+5V供單片機和DA轉(zhuǎn)換器供電，+5V還和－5V配合供兩個TL431產(chǎn)生+－。其次是單片機控制部分，各個口線分配如下：P0口： －頻率指示燈；－相位指示燈；－設(shè)置指示燈；－運行指示燈；P1口： －相頻輸入引腳；－移位鍵控制引腳；－加1鍵控制引腳；－運行設(shè)置鍵；P2口： 提供向模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片1和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片2傳輸待轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號。P3口： －模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片1片選引腳；－模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片2片選引腳；－模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片寫引腳；第三是DA轉(zhuǎn)換器接口電路部分，兩個DA轉(zhuǎn)換器公用數(shù)據(jù)線和寫信號線，只是片選信號各自獨立。由于7524DA轉(zhuǎn)換器是電流型輸出，因此需用運算放大器將其轉(zhuǎn)換為電壓輸出，采用OPA2335兩片，轉(zhuǎn)成雙路對稱輸出。 功能模塊原理闡述考慮到對信號的調(diào)節(jié)方便，所以設(shè)計有簡易4鍵鍵盤。并且考慮到數(shù)據(jù)顯示的直觀性，設(shè)計了LED數(shù)碼管顯示電路。如圖5所示。MCUS1 S2 S3 S4 移位寄存器移位寄存器移位寄存器移位寄存器1 2 3 4圖5 鍵盤和顯示電路圖由于設(shè)置的按鍵數(shù)量為僅有限的4個，因此要對按鍵的使用詳加安排，具體的，為如下所述。1鍵S1“相位/頻率切換鍵”：實現(xiàn)對頻率和對相位設(shè)置時的切換，或頻率和相位顯示的切換；2鍵S2“移位鍵”：實現(xiàn)對LED上欲修改數(shù)據(jù)的那一位進行移位，被修改的那一位LED以閃爍提示；3鍵S3“加1鍵”：實現(xiàn)對已經(jīng)移位到的那一位LED數(shù)碼管顯示器上的數(shù)據(jù)加1，當加到9時若再按該鍵則變?yōu)?，被加的那一位LED區(qū)別于其他LED為“閃爍”，該鍵配合移位鍵可實現(xiàn)對4個LED數(shù)碼管顯示器輸入任意的數(shù)據(jù)；4鍵S4“設(shè)置/運行切換鍵”：實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的輸入和程序的運行進行切換，按一下為數(shù)據(jù)輸入，再按一下為程序運行，如此循環(huán)；此外系統(tǒng)中還設(shè)置有四個LED指示燈，以表明當前所處的狀態(tài)。如：運行狀態(tài)指示燈；設(shè)置狀態(tài)指示燈；頻率參數(shù)輸入(或頻率參數(shù)顯示)指示燈；相位參數(shù)輸入(或相位參數(shù)顯示)指示燈。 軟件程序設(shè)計 顯示子程序由于系統(tǒng)顯示信息量少，數(shù)碼管顯示驅(qū)動簡單，故采用4位共陰極LED數(shù)碼管進行靜態(tài)顯示，單片機外接4個每秒傳輸1兆bit數(shù)據(jù)的HEF4094移位寄存器(每個對應(yīng)1個LED數(shù)碼管)來控制數(shù)碼管，通過串行口工作在方式0把數(shù)據(jù)先送第一個數(shù)碼管，依次向后傳，直到一次(四個數(shù)據(jù)一組)傳輸結(jié)束，顯示產(chǎn)生的頻率和相位值。該信號發(fā)生器可以顯示頻率值和相位值，同時啟用定時/計數(shù)器2配合工作，把0～359度的正弦波信號對應(yīng)值通過查表計算求得，程序部分見附件。 鍵盤控制子程序系統(tǒng)設(shè)置有五個按鍵，分別為頻率和相位切換鍵、運行和設(shè)置鍵、復位鍵、移位鍵和加1鍵，并配有相應(yīng)的指示燈。測定頻率時，相應(yīng)的頻率指示燈點亮，測定相位時，相應(yīng)的相位指示燈點亮；只用運行和設(shè)置鍵處在設(shè)置狀態(tài)時(設(shè)置狀態(tài)燈點亮狀態(tài))，移位鍵和加1鍵有效，用移位鍵來選定要顯示數(shù)值數(shù)碼管，用加1鍵來控制對應(yīng)數(shù)碼管上數(shù)字量，再次按下運行和設(shè)置鍵，即該鍵處在運行狀態(tài)時(運行指示燈點亮狀態(tài))，移位鍵和加1鍵無效，通過示波器觀察產(chǎn)生頻率或相位值；程序設(shè)計中0為設(shè)置狀態(tài)，1為運行狀態(tài),程序部分見附件。 主控制程序軟件部分采用模塊化程序設(shè)計的方法，由主控制程序控制顯示部分子程序和鍵盤服務(wù)子程序。我們選用單片機AT89S52微控制器，它帶有高尋址能力的8K字閃存FLASH以及256字節(jié)靜態(tài)RAM，具有32位可編程的多功能I/O端口，3個16位定時/計數(shù)器，系統(tǒng)把由單片機AT89S52 的P2口送出的數(shù)字信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC7524轉(zhuǎn)換成模擬信號，采用了兩片模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，復用P2口，以產(chǎn)生兩路同頻率不同相位的信號，再把這兩路信號經(jīng)過放大器OPA2335放大后送入示波器進行顯示，計算相位差，程序部分見附件。第3章 系統(tǒng)測試與誤差分析 測試環(huán)境和測試(1)測試環(huán)境時間：2009年5月20日溫度：25℃(2) 測試儀器雙蹤數(shù)字示波器(3) 測試方法裝置產(chǎn)生的信號和實際用雙路示波器讀取的數(shù)據(jù)比對。先測試頻率參數(shù)，從1Hz、2Hz、5Hz、10Hz、20Hz、40Hz、50Hz各個頻點測試比對，其誤差在5%范圍內(nèi)。對上述各個頻點進行相位測試，任選某頻點下的任意(0186。~359186。)相位，如5186。、10186。、30186。、45186。、90186。、120186。、135186。、180186。、270186。、315186。等測試，其誤差均在1%范圍內(nèi)。 數(shù)據(jù)處理分析本系統(tǒng)實現(xiàn)了題目基本部分的要求，經(jīng)過測試，相位信號產(chǎn)生器的測量頻率范圍為：1Hz～50Hz，在該范圍內(nèi)波形能夠穩(wěn)定輸出，相位人機交互接口采用鍵盤模式。此信號發(fā)生器可以做變頻調(diào)速器使用，若對其再加入一相信號，并使其相位差互差120186。，可以做三相信號發(fā)生器使用；由于單片機留有空閑的I/O口，因此可以進一步對系統(tǒng)的功能進行擴展，比如加入相位測量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)、加入波形的打印功能或者加入語音播報的功能等，使得系統(tǒng)更趨于智能化、人性化的特點。 小結(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)計基本要求，經(jīng)過測試，相位信號產(chǎn)生器的測量頻率范圍為：1Hz～60Hz，在該范圍內(nèi)波形能夠穩(wěn)定輸出，相位人機交互接口采用鍵盤模式，并且可以實現(xiàn)快速頻率轉(zhuǎn)換，頻率、相位都能方便地進行控制。此信號發(fā)生器可以做變頻調(diào)速器使用，若對其再加入一相信號，并使其相位差互差12186。，可以做三相信號發(fā)生器使用；由于單片機留有空閑的I/O口，因此可以進一步對系統(tǒng)功能進行擴展，比如加入相位測量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)、加入波形的打印功能或者加入語音播報的功能等，使得系統(tǒng)更趨于智能化、人性化的特點。第4章 總結(jié)與展望本系統(tǒng)實現(xiàn)了題目基本部分的要求，經(jīng)過測試，相位信號產(chǎn)生器的測量頻率范圍為：1Hz～60Hz，在該范圍內(nèi)波形能夠穩(wěn)定輸出，相位人機交互接口采用鍵盤模式。此信號發(fā)生器可以做變頻調(diào)速器使用，若對其再加入一相信號，并使其相位差互差120186。，可以做三相信號發(fā)生器使用；由于單片機留有空閑的I/O口，因此可以進一步對系統(tǒng)的功能進行擴展，比如加入相位測量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)、加入波形的打印功能或者加入語音播報的功能等，使得系統(tǒng)更趨于智能化、人性化的特點。通過本系統(tǒng)的開發(fā)，體會到了做硬件開發(fā)的樂趣和艱巨性。在開發(fā)本系統(tǒng)的過程中，我不段遇到各種困難，例如可行的電路原理圖的設(shè)計，PCB板的布線方式，以及軟件編程方面。不過，在實驗室同學們熱心的幫助下所有問題最后還是被我們一一化解了。這次系統(tǒng)開發(fā)對我最大的體會就是：關(guān)于電路和電工的基本概念和原理是很重要的，對于這些理論我們一定要有透徹的理解，才能在實際操作中避免發(fā)生各種錯誤，從而大大提高開發(fā)效率。在此次項目開發(fā)中，我學到了很多知識。學會了AT89S5OPA233TLC7524芯片的基本原理和應(yīng)用，對ATMEGA系列單片機有了進一步的了解。其次我學到了Protel99設(shè)計電路板的整個流程，包括劃原理圖、分析和檢查其功能及特性、布圖布線等。熟悉軟件的原理圖庫、PCB庫，它們的畫法，電工領(lǐng)域的一些規(guī)定和約定。接著學習了各器件的辨識、類型、封裝、值的標示以及如何焊到電路板上。通過信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號來模擬輸入信號對各功能模塊進行了測試，并對測試結(jié)果進行了比較和分析。測試的結(jié)果表明：發(fā)生器的性能指標達到了設(shè)計要求和性能指標。由于本次系統(tǒng)設(shè)計開展的時間不長，而且期間要彌補的知識太多，還有很多布完善的地方。以下是一些后續(xù)工作：(1)在程序算法方面需要進行優(yōu)化和升級。(2)再深入學習語句的執(zhí)