【文章內(nèi)容簡介】 壓檢測和外部模擬信號的監(jiān)控。 具有串行通信模塊，該模塊既可以支持自動波特率檢測的增強型 UART，提供一部通信功能。可以作為 SPI 使用，提供同步通信功能，也可以作為 IrDA 編碼器和譯碼器使用。 內(nèi)帶 10 位 200kbps 速度的 ADC 模塊。 單片機 MSP430F2274 為 38 條引腳，采用 TSSOP（ Thin Shrink SmallOutline Package）天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 5 DA 方式封裝。 圖 MSP430F2274 芯片引腳說明 Pin explain of MSP430F2274 chip 從單片機 MSP430F2274 的管腳圖 可以看出，它的控制引腳主要來自 I/O，這樣做的目的是節(jié)省引腳數(shù)目，以達到減少芯片占用面積的目的。 D/A芯片 TLC5615 TLC5615 是一個串行 10 位 DAC 芯片，性能比早期電流型輸出的 DAC 要好。只需要通過 3 根串行總線就可以完成 10 位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標準的微處理器或微控制器（單片機）接口，適用于電池供電的測試儀表、移動電話 ，也適用于數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整以及工業(yè)控制場合。其主要特點如下： ●單 5V電源工作； ●3線串行接口； ●高阻抗基準輸入端（見圖 ）； ●DAC輸出的最大電壓為 2 倍基準輸入電壓； ●上電時內(nèi)部自動復(fù)位； ●微功耗，最大功耗為 ； ●轉(zhuǎn)換速率快，更新率為 ； 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6 小型（ D）封裝 TLC5615CD 和塑料 DIP（ P）封裝 TLC5615CP 的工作溫度范圍均為0℃ ～ 70℃ ；而小型（ D）封裝 TLC5615ID 和塑料 DIP（ P）封裝 TL C5615IP 的工作溫度在 40℃ ～ 85℃ 的范圍內(nèi)。 圖 TLC5615 的內(nèi)部功能框圖 Internal functions diagram of TLC5615 TLC5615功能簡介 TLC5615 的內(nèi)部功能框圖如圖 它主要由以下幾部分組成： (1) 10 位 DAC 電路； (2) 一個 16 位移位寄存器 ,接受串行移入的二進制數(shù)，并且有一個級聯(lián)的數(shù)據(jù)輸出 DOUT； (3) 并行輸入輸出的 10 位 DAC 寄存器，為 10 位 DAC 電路提供待轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)據(jù)； (4) 電壓跟隨器為參考電壓端 REFIN 提供很高的輸入阻抗，大約 10MΩ； (5) 2 電路提供最大值為 2 倍于 REFIN 的輸出； (6) 上電復(fù)位電路和控制電路。 引腳功能： 8 腳直插式 TLC5615 的引腳分布如圖 各引腳功能如下： ● DIN，串行二進制數(shù)輸入端； ● SCLK，串行時鐘輸入端； ● CS ，芯片選擇，低有效； ● DOUT，用于級聯(lián)的串行數(shù)據(jù)輸出； ● AGND，模擬地； ● REFIN，基準電壓輸入端； ● OUT， DAC 模擬電壓輸出端； ● DDV ，正電源電壓端。 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 7 圖 引腳排列 Pins arrangement 推薦工作條件： ● DDV ,～ ,通常取 5V； ● 高電平輸入電壓 :不得小于 ； ● 低電平輸入電壓 ,不得高于 ； ● 基準輸入電壓 :2V～ (VDD2)，通常取 ； ● 負載電阻 :不得小于 2kΩ。 TLC5615工作原理 TLC5615 工作時序如圖 所示?？梢钥闯觯挥挟斊x CS 為低電平時，串行輸入數(shù)據(jù)才 能被移入 16 位移位寄存器。當 CS 為低電平時，在每一個 SCL K 時鐘的上升沿將 DIN 的一位數(shù)據(jù)移入 16 位移寄存器。注意，二進制最高有效位被導(dǎo)前移入。接著， CS 的上升沿將 16 位移位寄存器的 10 位有效數(shù)據(jù)鎖存于 10 位 DAC 寄存器，供 DAC 電路進行轉(zhuǎn)換；當片選 CS 為高電平時，串行輸入數(shù)據(jù)不能被移入 16 位移位寄存器。注意， CS 的上升和下降都必須發(fā)生在 SCL K 為低電平期間。 從圖中可以看出 ,最大串行時鐘速率為： f(sclk )max =1/ Wt (CH)+Wt (CS)≈14MHz 兩種工作方式： 從圖 可以看出， 16 位移位寄存器分為高 4 位虛擬位、低 2 位填充位以及 10 位有效位。在單片 TLC5615 工作時，只需要向 16 位移位寄存器按先后輸入 10 位有效位和低 2 位填充位， 2 位填充位數(shù)據(jù)任意，這是第一種方式，即 12 位數(shù)據(jù)序列。第二種方式為級聯(lián)方式，即 16 位數(shù)據(jù)序列，可以將本片的 DOUT 接到下一片的 DIN，需要向 16 位移位寄存器按先后輸入高 4 位虛擬位、 10 位有效位和低 2 位填充位，由于增加了高 4 位虛擬位，所以需要16 個時鐘脈沖。 無論工作在哪一種方式 ,輸出電壓為： 1 0 2 4/NVV R E F INo u t ?? 。其中， REFINV 是參考電壓， N 為輸入的二進制數(shù)。 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 圖 TLC5615 的時序圖 Sequence chart of TLC5615 ZLG7289A 芯片介紹 芯片簡介 ZLG7289A 是廣州周立功單片 機發(fā)展有限公司自行設(shè)計的，具有 SPI 串行接口功能的可同時驅(qū)動 8 位共陰數(shù)碼管（或 64 只獨立 LED）的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時還可連接多達 64 鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成 LED 顯示、鍵盤接口的全部功能。 ZLG7289A 內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受 BCD 碼或 16 進制碼，并同時具有 2 種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。 ZLG7289A 具有片選信號，可方便地實現(xiàn)多于 8 位的顯示或多于 64 鍵的鍵盤接口。 典型應(yīng)用：儀器儀表，工業(yè)控制器，條形顯示器，控制面板等。 特點： ? 串行接口 ，無需外圍元件可直接驅(qū)動 LED ? 各位獨立控制譯碼 / 不譯碼及消隱和閃爍屬性 ? （循環(huán)）左移 /（循環(huán)）右移指令 ? 具有段尋址指令，方便控制獨立 LED ? 64 位鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動電路 引腳說明 引腳說明，如表 所示： 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 表 引腳說明表 Pins explain table 引腳 名稱 說明 1， 2 VDD 正電源 3， 5 NC 懸空 4 VSS 接地 6 /CS 片選輸入端，此引腳為低電平時可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù) 7 CLK 同步時鐘輸入端，向 芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效。 8 DATA 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，當芯片接收指令時，此引腳為輸入端；當讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，此引腳在“讀”指令最后一個時鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆恕? 9 /KEY 按鍵有效輸出端，平時為高電平，當檢測到有效按鍵時，此引腳變?yōu)榈碗娖健? 1016 SGSA 段 g段 a 驅(qū)動輸出 17 DP 小數(shù)點驅(qū)動輸出 1825 DIG0DIG7 數(shù)字 0數(shù)字 7 驅(qū)動輸出 26 OSC2 振蕩器輸出端 27 OSC1 振蕩器輸入端 28 /RESET 復(fù) 位端 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 總體方案設(shè)計與比較 方案一：通過編碼開關(guān)來控制存儲器的地址；根據(jù)地址輸出對應(yīng)的數(shù)字量送數(shù)模（ D/A）進行轉(zhuǎn)換；再根據(jù)輸出的電壓量來控制電流的變化；同時；通過四個編碼開關(guān)的BCD 碼送給 4511 及數(shù)碼管顯示。此方案的優(yōu)點是電路簡單，缺點是數(shù)據(jù)量大且存儲器存儲容量有限，在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)編碼開關(guān)不穩(wěn)定，所以不宜采用。其電路方框圖如圖 所示： 圖 方案一方框圖 Plan one charts 方案二：采用以 MSP430F2274 為核心的單片 機系統(tǒng)來控制 片內(nèi)自帶的 10 位 AD 轉(zhuǎn)換模塊 的數(shù)據(jù)的輸入并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出同時單片機把輸入的預(yù)值電流送數(shù)碼管顯示，再根據(jù)輸出的電壓量來控制電流的變化，此方案的優(yōu)點是輸入的預(yù)值電流信號穩(wěn)定且避免了大量的數(shù)據(jù)存儲，所以電路設(shè)計和制作采用方案二。其電路方框圖如圖 所示： 圖 方案二方框圖 Plan two charts 輸入顯示 鍵盤 單片機 MSP430 D/A 轉(zhuǎn)換 輸出顯示 A/D采樣 恒流源 電源模塊 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 單元電路 設(shè)計 系統(tǒng)硬件以 MSP430F2274 單片機為核心，外圍包括電源模塊、數(shù)碼管顯示模塊、 D/A轉(zhuǎn)換 模塊及恒流源模塊。 電源電路 本設(shè)計共用到電源有 兩 種：即 177。12V +5V。 電源原理： 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖 ： 圖 電源方框及波形圖 Power box and waveform figure a 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓 U2變換成脈動電壓 U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓 U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓 U4。 b 穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓 U4受負載 、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓 U0。 圖 177。12V電源電路圖 177。12V Power supply circuit 圖 中電路提供 +12 V的電源；主要用于 LM1117，再由 LM1117 產(chǎn)生 電源變壓 器 整流 電路 濾波 電路 穩(wěn)壓 電路 U1 U2 U3 U4 U5 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 為 MSP430F2274 的工作電壓。 圖 +5V電源原理圖 +5V Power principle diagram 圖 中提供的 +5V的電源用于 LM358 。 由于要求 輸出的電流最大值為 2021mA,而且主要電流從它通過，所以要用大電容，本設(shè)計采用兩個 2200UF 50V的電容并聯(lián) (同時為了減小紋波系數(shù)本設(shè)計在兩個電容之間接入有源濾波電路 )，由于的 LM358 的耐壓值最大可達42V，所以 LM358 可以安全工作 。 D/A電路 利用 MSP430 單片機的通用 I/ O 口 ( P1 口 )與 TLC5615 構(gòu)成的 DAC 電路如圖 所示。分別用 、 模擬時鐘 SCLK 和片選 CS ，待轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)從 輸出到 TLC5615的 數(shù)據(jù)輸入端 DIN。 圖 硬件連接圖 Hardware connection diagram 恒流源電路 方案一：本設(shè)計在起初利用圖 所示 恒流源電路 ， 運放的輸出端通過三極管與反向輸出端相連，構(gòu)成負反饋電路，由于運放的同相輸入端與反相輸入端在理論上是虛短的，且運放的輸入電阻無窮大，因此反相端和同相端的電位相等，即 UiUi?39。 ,又由于三極管的發(fā)射天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 極 139。 RUiIi ?? 與集電極電流 Io 僅相差微小的基極電流，可視為兩者相等即 IoIi?39。 。因此可以通過改變同相輸入端的電壓來調(diào)整輸出電流 Io 的大小。 例如： VUi 2? 時， 但是在測試 Ui 對 Io 的控制比預(yù)期效果差，總是小于理論值。 圖 方案一恒流源電路原理圖 Plan a constant current source circuit principle diagram 方案二：輸出電流采樣電路是采用取采樣電阻兩端的電壓差，根據(jù) I=V/R 換算得到電流值的。圖 是數(shù)控電流源的恒流 源 電路。 LM358 和晶體管 Q Q2 組成電壓－電流轉(zhuǎn)換器， U1A、 U1B 和電阻 R1－ R8 利用 D/A 的輸出實現(xiàn)對電壓進行數(shù)控。 LM358 主要功能是可以實現(xiàn) V/I 轉(zhuǎn)換。 TIP42C（ 10A）是大功率 PNP 三極管，主要功能是實現(xiàn)功率放大。輸出電流采樣電路是采用取采樣電阻兩端的電壓差，根據(jù) I=V/R 換算得到電流值的。電路原理圖如圖 所示。通過 對電阻 R9 兩端的電壓值進行采樣，經(jīng)過運算放大器送入 片內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。由于 R9 是 2 歐姆，所以可以測量 0～ 2021mA 的電流范圍。 R9 兩端的電壓在0～ 4V的范圍內(nèi)變化，滿足系統(tǒng)設(shè)計的精度要求。 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 圖 方案二恒流源電路原理圖 Scheme ii constant current source circuit principle diagram 數(shù)碼管顯示電路 本題采用 ZLG7289來控制按鍵，控制 4個鍵和四個數(shù)碼管，實現(xiàn) 20～ 2021mA電流的輸入。 數(shù)碼管顯示電路圖如 圖 。 利用 ZL