【正文】 電路原理圖如圖 25 所示。 鍵盤模塊 鍵盤采用 鍵盤控制芯片 CH451 管理， 對于 4 4 鍵盤，僅 分別 使用了 4 條鍵盤掃描輸出口 DIG0DIG3 和輸入口 SEG0SEG3 完成掃描鍵盤功能。 B8： LCD 點陣液晶顯示器片選控制輸出； B9： LCD 點陣液晶顯示器串行數(shù)據(jù)輸出； B10： LCD 點陣液晶顯示器串行時鐘輸出 ； B13： AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束指示信號 EOC 輸入； B14： AD 轉(zhuǎn)換輸出允許信號 OE 輸出； B15： AD 轉(zhuǎn)換啟動信號 START 輸出。其最小系統(tǒng)原理 圖如圖 24 所示。 觸 觸 觸 觸V c觸 觸 觸 觸1 /3 V c c≈ V c c2 /3 V c c 圖 23 555 定時器觸發(fā)時序圖 在該系統(tǒng)中， 當計數(shù)器計數(shù)滿時，其產(chǎn)生一高電平脈沖，經(jīng)反相器接入 555 定時器的觸發(fā)端，定時器開始定時，輸出端變成高電平，該高電平將控制模擬開關(guān)切換負參考電壓輸入積分 電路，設(shè)定其計時時間長于計數(shù)器由 0 計到滿所需時間；計時結(jié)束后輸出恢復(fù)低電平，該下降沿或低電平信號可分別接入單片機輸入輸出口，作為一次 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC，通知單片機進行數(shù)據(jù)處理。定時器等待下一個觸發(fā)脈沖的到來。輸出上升為高電平，其 值近似為 ；與此同時，電容 C 開始充電，以 RC 時間常數(shù)趨向 Vcc。 T R I G2O U T34C V O L T5T H R6D I S C781R E S E T V C CG N DU1N E 55 5 NR120 K+5C10. 0 1uC P c on E O CC20. 1 u 圖 22 定時器電路 從圖 22 可以看出，按單穩(wěn)態(tài)工作時，基本上僅需外部連接定時電阻和電容，除此之外，應(yīng)將旁路電容接控制端 5。 P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1U174 A L S 161P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1U274 A L S 161P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1U374 A L S 161P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1U474 A L S 16112348765R P 1R E S P A C K 4S T A R T123U 5 A74 A L S 00COCP+5G N D G N D G N D G N DC P c onU7 U8 U9 U 1 0 U 1 1 U 1 2 U 1 3 U 1 4 U 1 5 U 1 6 U 1 7 U 1 9 U 2 0 U 2 1 U 2 2T L P 52 1U6T L P 52 1G N D+5D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U 1 874 A L S 373D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U 2 374 A L S 373G N D G N DOER110 K12345678910111213141516J1C O N 1 6 圖 21 計數(shù)器與輸出接口電路 定時器模塊 定時器模塊采用 NE555 定時器，使其工作于單穩(wěn)態(tài)工作方式 ，定時器觸發(fā)工作后輸出一個高電平定時脈沖。 計數(shù)器的輸出端通過 16 支光電耦合器同 AD 轉(zhuǎn)換的測量顯示部分實現(xiàn)電氣隔離 ，以實現(xiàn)相應(yīng)的題目要求。其電路 原理圖如圖 21 所示。即使不采用其他穩(wěn)頻措施， 該電路 其穩(wěn)頻度也可達到 105 數(shù)量級。電容 C2選用可變電容時，可以對輸出頻率進行微調(diào)。 403 10f1C ??? （ ） 該電路中晶振頻率 fo 為 ，故 C3 取值為 18pF。電路中電阻 R1 和 R2 是與非門 U1A 和 U1B 的偏置電阻，也可將 R1 和 R2 分別接地。電路原 理圖如圖 19所示。需指出的是，補償電容須選用泄漏電阻大的補償電容，以防止其充電后電壓值在 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束前發(fā)生較大的改變。在 AD 轉(zhuǎn)換開始以前， U4 和 U5 均導(dǎo)通，比較器輸出端通過電容器 C2 接地，輸入端通過電容器 C1 接地；從而對運放 U1，設(shè)其失調(diào)電壓 為 (OP)OSV ， C2兩端電壓為 V2，有如下關(guān)系 0VV (OP)OS2 ?? ，即 (OP)OS2 VV ?? （ ） 對比較器 U2，設(shè)其失調(diào)電壓為 (C)OSV ， C1 兩端電壓為 V1，有類似關(guān)系 1(C)OS VV0 ?? ，即 (C)OS1 VV? （ ） 可以看出，比較器的輸入失調(diào) 電壓對積分電容 C1 充電，在補償電容 C2 上，由與運放的輸入失調(diào)電壓極性相反，數(shù)值相同的電壓對進行充電。電路原理圖如圖 19 所示。該電路原理如圖 18 所示 。 本電路中， R 取 15KΩ， Re 取 275Ω，可得到 IC1 的取值 100μ A；再在 Q1管 集電 極串聯(lián)一阻值為 1 KΩ的可調(diào)電阻器，便能在其兩端輸出 0~100mV 電壓信號。 Q1N P NQ2N P NR11 5KR e 12 75Rc1K+ 5V + 5V附加電源輸出端附加電源接地端Vx 圖 17 微電流源電路 依近似關(guān)系（ ）和（ ）式，得到 Q1管集電極電流 eBE 1BE 0C1 R UUI ?? （ ） 從（ ）式可以看出，由于 ? ?BE1BE0 UU ? 僅有幾十毫伏或更小，因此只要幾千歐的 Re，就可以得到幾十微安的 IC1。 Q0N P NQ1N P NR Rc+ 5 V + 5 V 圖 15 鏡像電流源原理 基本恒流源 電路如圖 16 所示 。 1 0. 0 V15 .0 V22 .5 V3GND4S T B5V B G6C A P7V+8U1A D 5 84+ 15 VV re fC10 .1 u F 圖 14 基準電壓源電路 模擬可調(diào)電壓源 模擬可調(diào)電壓源 由 基本的鏡像電流源經(jīng)改進設(shè)計而成， 經(jīng)過各個元器件的精心選擇，調(diào)選性能穩(wěn)定，符合系統(tǒng)要求的元器件進行組裝焊接。 精密基準電壓源 該電路使用基準電壓源芯片 AD584 構(gòu)成輸出基準電壓為 10V 的基準電壓源。 1234D1K B P 20 61234D4K B P 20 61234D7K B P 20 6C110 00 u FC30. 1 uFC40. 1 uFIN31O U T2GNDU3L 7 91 5 C VIN13O U T2G N DU1 L 7 81 5 C VC747 0u FC847 0u FD2L E DD3L E DR18KR28K+ 1 5V 15 VC910 00 u FC210 00 u FC 1 010 00 u FC 1 20. 1 uFC 1 10. 1 uFIN13O U T2G N DU2L 7 81 2 C VIN31O U T2GNDU4 L 7 91 2 C VC 1 547 0u FC 1 647 0u FD5L E DD6L E DR35. 1 KR45. 1 K+ 1 2V 12 VC 1 710 00 u F C 1 80. 1 uFIN13O U T2G N DU5 L 7 80 5 C VC 2 047 0u FD8L E DR53. 3 K+ 5 VG N D~ 2 20 VG N DC50. 1 uFC60. 1 uFC 1 30. 1 uFC 1 40. 1 uFC 1 90. 1 uF12345910678T F 1T R A N S C T 圖 13 系統(tǒng)電路供電穩(wěn)壓源 該電源電路采用三段固定穩(wěn)壓器 78 和 79 系列，電壓輸出穩(wěn)定 ，內(nèi)部設(shè)計了減流式保護電路和 過熱保護電路 ，能保證其工作的穩(wěn)定性。 220V 交流電通過變壓器降壓后，進行整流，濾波，穩(wěn)壓而輸出相應(yīng)電壓值。 12V， 177。 系 統(tǒng) 電 源 模 塊單 片 機 控 制 接 口 模 塊模 擬 信 號 采 集與 處 理 模 塊A D 轉(zhuǎn) 換 模 塊數(shù) 字 信 號 處 理與 輸 出 模 塊模擬信號數(shù) 字 信 號 鍵 盤 模 塊 顯 示 模 塊模 擬 可 調(diào) 電 壓 源 圖 12 高分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計原理框圖 設(shè)計方案選擇 各個模塊最終設(shè)計方案如下： 系統(tǒng)電路供電穩(wěn)壓源使用 三端集成穩(wěn)壓器 78XX 系列作穩(wěn)壓器件組成穩(wěn)壓電路； 精密基準電壓源使用基準電壓源 模擬集成 芯片 AD588； 模擬可調(diào)電壓源 采用鏡像恒流源串入電阻分壓方案； 信號調(diào)理模塊使用精密運放 AD620 作為 放大 器 和 旁路 電容濾波； 采樣保持模塊使用專用采樣保持芯片 LF398； 時鐘信號模塊使用 TTL 門電路組成晶體振蕩器； 計數(shù)器模塊使用 4 片 74LS161 級聯(lián)成為 16 位計數(shù)器； 積分電路模塊使用精密運放 AD620 接電容負反饋構(gòu)成積分器； 精密比較器模塊使用專用比較器芯片 LM311； 定時器模塊使用定時器 NE555P； 數(shù)字信號處理與輸出模塊 采用光電耦合器 TLP5214 實現(xiàn)電氣隔離功能以及鎖存器74LS373 實現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存； 單片機 選用凌陽 16 位單片機 SPCE061A； AD 轉(zhuǎn)換控制接口 使用光電耦合器 P521 實現(xiàn)單片機與 AD 轉(zhuǎn)換電路之間控制線路的電氣隔離； 鍵盤模塊 采用鍵盤 控制 芯片 CH451 管理 的 4 4 鍵盤； 顯示模塊 采用 12864 點陣 液晶顯示。 該系統(tǒng)的核心 AD 轉(zhuǎn)換模塊的 數(shù)據(jù) 輸入輸出 接口有模擬電壓信號輸入端 Vx，參考電壓輸入端 Vref， 16 位數(shù)字數(shù)據(jù)輸出端；控制接口有 AD 轉(zhuǎn)換啟動控制端 START，轉(zhuǎn)換結(jié)束指示端 EOC，輸出允許端 OE。 綜上考慮，選擇方案 三 ，以 友好的界面和明確清晰的 顯示輸出 轉(zhuǎn)換結(jié)果 。考慮到 AD 轉(zhuǎn)換 并行 數(shù)據(jù)輸出 需占用 16 個單片機 I/O 口，故需要減少對其他外設(shè) I/O 口的分配數(shù)量。 方案三：采用串行 LCD 點陣液晶顯示。在本系統(tǒng)中， 需要對一段時間內(nèi)AD 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進行連續(xù) 顯示 ，使用 LCD 可以 利用滾屏方式將 其 依次 顯示出來，方便控制。 方案二：使用 并行 LCD 點陣液晶顯示。這種方法在軟硬件設(shè)計上比較容易實現(xiàn)，顯示直觀，并且可以降低設(shè)計成本。 基于以上論證，采用方案三接入鍵盤模塊。CH451同單片機進行串行通信，只占用較少的 I/O口，節(jié)省資源。 方案 三： 利用 數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制芯片 CH451管理鍵盤電路。 8279 可以實現(xiàn)對鍵盤和顯示器的自動掃描，識別閉合鍵的鍵號，完成顯示器動態(tài)顯示，可以節(jié)省 CPU 處理鍵盤和顯示器的時間，提 高 CPU 的工作效率。該方案電路設(shè)計簡單，硬件接口方便，但由于矩陣式鍵盤進行掃描工作的需要，將占用較多的 I/O 口，并且需要編寫鍵盤的掃描程序與去抖程序，容易誤碼。 鍵盤模塊 分析題目要求，選擇 4 4 鍵盤 ，以便于將來系統(tǒng)功能的擴展 。 方案二： 控制線經(jīng)過光電耦合器接入單片機，以實現(xiàn) AD轉(zhuǎn)