【正文】 和微控制器接口。 11 位的命令字由 8 位數(shù)據(jù)位、 2 位 DAC 模塊選擇位和 1 位范圍位組 成，范圍位允許輸出范圍在 1 或 2倍之間選擇。 DAC 寄存器是雙緩沖的，允許一套完整的新值寫入器件，通過控制 LDAC 端所有 DAC 輸出都可以同時更新。數(shù)字輸入的施密特觸發(fā)器特性可以抑制高頻噪聲。 14 針的小外形封裝使得模擬信號的數(shù)字控制功能可以應(yīng)用于要求節(jié)省空間的情況。 TL5620 的工作溫度范圍是 0℃到 70℃。 TLC5620 不需要外部微調(diào)。 TLC5620 是用 4 個電阻串 DAC 模塊實現(xiàn)的 。每個電阻串的一端接到 GND 第 8 頁，共 48 頁 端，另一 端接到參考輸入緩沖的輸出端。通過使用電阻串可以維持單調(diào)性。線性依賴于電阻元件的匹配和輸出緩沖的性 能。由于輸入帶有緩沖， DAC 對參考源總是呈現(xiàn)高阻抗。 方案二 ， DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成的單片直流輸出型 8 位數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。 DAC0832 是一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，單電源供電，從 +5V～ +15V 均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍為177。 10V，電流建立時間為 1us， CMOS 工藝，低功耗 20mm。它由一個 8 位輸入寄存器、 1 個 8 位 DAC 寄存器和 1 個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器組成。 它 旨在直接與 8080， 8048， 8085， Z80 及其他通用的微型處理器進(jìn)行相接。存儲的硅鉻 R2R 電阻梯形網(wǎng)絡(luò)將參考電流分開，并為電路提供合適的 溫度處理特性（全范圍最大線性溫度誤差的 %）。電路利用 CMOS 電流開關(guān)和控制邏輯來取得最少的電能損耗和最小的輸出泄露電流誤差。特殊的電路也能提供 TTL邏輯輸入電壓的水平兼容。雙緩沖可以使這些 D/A 轉(zhuǎn)換器在獲取下一個數(shù)位字時輸出相應(yīng)一個數(shù)位字的電壓。這就使得任何一個 D/A 轉(zhuǎn)換器均可進(jìn)行同步更新。 DAC0832 邏輯框圖和引腳排列如圖 所示。 DAC0832 的電路簡單，電流建立時間短，購買容易，故選擇方案二。 圖 DAC0832邏輯框圖和引腳排列 DAC0832 利用 _____1WR 、 ______2WR 、 ILE、 ________XFER 控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作 第 9 頁，共 48 頁 方式。 直通方式：當(dāng) _____1WR =______2WR =0 時，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個寄存器直接進(jìn)入 D/A 轉(zhuǎn)換器。 單緩沖方式：兩個寄存器之一始終處于直通，即 _____1WR =0 或 ______2WR =0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)。 雙緩沖方式：兩個寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適用于多模擬信 號同時輸出的應(yīng)用場合。 本設(shè)計中 DAC0832 的 ____CS 和 _____1WR 連接后接單片機的 ， ______2WR 和 ________XEFR 接地，讓 DAC083 工作在單緩沖方式下。 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 TLC548 是一款以開關(guān)電容逐次逼近原理工作且轉(zhuǎn)換速度較快的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，而 ADC0832 則能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗，減小數(shù)據(jù)誤差。以下對這兩款模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行方案選擇。 方案一， TLC548 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過 CLK、 CS、 DATA OUT 三條口線進(jìn)行串行接口。是以開關(guān)電容逐次逼近原理工作的 8 位串行 A/D 芯片，供 電范圍為 3V～ 6V，控制口線少，時序簡單，轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，價格便宜，適用于低功耗的袖珍儀器上的單路 A/D 采樣，也可將多個器件并聯(lián)使用。具有 4MHz 片內(nèi)系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長 17μ s， TLC548 允許的最高轉(zhuǎn)換速率為 45500次 /s， TLC549 為 40000 次 /s?？偸д{(diào)誤差最大為177。 ，典型功耗值為 6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍， VREF接地，(VREF+)－ VREF≥ 1V，可用于較小信號的采樣。 TLC548 具有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，該時鐘與 I/O CLOCK 是獨立工作的，無須特殊的速度或相位匹配。當(dāng) CS 為高時，數(shù)據(jù)輸出 (DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時 I/O CLOCK 不起作用。這種 CS 控制作用允許在同時使用多片 TLC548 時，共用 I/O CLOCK，以減少多路 (片 )A/D 并用時的 I/O 控制端口。 TLC548 還可方便地與具有串行外圍接口 (SPI)的單片機或微處理器配合使用，也可與 51 系列通用單片機連接使用。 第 10 頁，共 48 頁 方案二 ， ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分別率、雙通道A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級。其內(nèi)部電源輸入與參考電 壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0～ 5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32us，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 在正常情況下， ADC0832 與單片機的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別為 CS、 CLK、DO、 DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 與 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 由于 ADC0832 據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出，穩(wěn)定性能強， 雖然轉(zhuǎn)換速度沒有 TCL548快，但是 TCL548 適用于低功耗的袖珍儀器。綜合各方面因素，方案二更適合本設(shè)計。 ADC0832 引腳功能及引腳圖如圖 所示，實物圖如圖 所示。 圖 ADC0832引腳圖排列 圖 ADC0832實物圖 ADC0832 引腳功能： ____CS ：片選使能，低電平芯片使能。 CH0：模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1：模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 GND：芯片參考 0 電位（地）。 DI：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO：數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK：芯片時鐘輸入。 第 11 頁，共 48 頁 Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 運算放大器 運算放大器 OP07 芯片是一種低噪 聲，非 斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A 最大為 25uV），所以 OP07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。 OP07 同時具有輸入偏置電流低（ OP07A 為177。 2nA）和開環(huán)增益高（對于 OP07A 為 300V/mV）的特 點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。 而且 OP07 具有極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn)定等特點。該運放可防范應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密絕對值電路、比較器及微弱信號的精確放大。 OP07 具有以下幾個特點： 低輸入偏置電流： 。 低失調(diào)電壓漂移： ℃ 。 超穩(wěn)定，時間： 2μV/month最大 。 高電源電壓范圍： 177。3V至 177。22V。 超低偏移： 150uV最大。 因此，本設(shè)計采用 OP07 作為運算放大器。 液晶屏 顯示 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，可以應(yīng)用在計算器、頻率計、信號發(fā)生器、時鐘等產(chǎn)品上。 LCD1602 引 腳如圖 所示。 LCD1602 顯示屏性能及特點： 顯示容量： 16X2 個字符。 芯片工作電壓： 。 工作電流 2MA（ 5V）不包括背光電流。 模塊最佳工作電壓為 5V。 字符尺寸： 。 帶有英文和日文字庫，使用方便。 LCD1602 顯示屏引腳功能表如表 所示。 第 12 頁，共 48 頁 表 LCD引腳定義 引腳號 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 VSS 電源地 2 VCC 電源（ +5V） 3 VEE 對比調(diào)整電壓 4 RS 0/1 輸入 0=輸入指令 ， 1=輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 0/1 輸入 0=向 LCD 寫入指令或數(shù)據(jù) 1=從 LCD 讀取信息 6 E 1,10 輸入 使能信號， 1 時讀取 信息， 1 0(下降沿 )執(zhí)行指令 7 DB0 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line0（最低位） 8 DB1 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line1 9 DB2 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line2 10 DB3 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line3 11 DB4 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line4 12 DB5 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line5 13 DB6 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line6 14 DB7 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line7 15 A +VCC LCD 背光電源正極 16 K 接地 LCD 背光電源負(fù)極 本章小結(jié) 綜合以上各個方案的論證， 本設(shè)計總原理框圖如圖 所示。 本設(shè)計主要 采用常用 的 STC89C52 單片機芯片作為控制器， P0 口和DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， D/A 的電壓輸出端接放大器 OP07 的輸入端，設(shè)定放大器的放大倍數(shù)為 5，輸出到電壓模塊 LM317 的電壓分辨率 。所以，當(dāng) MCU 輸出數(shù)據(jù)增加 1 的時候，最終輸出電壓增加 ，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時候，可以以每次 。本主電路的原理是通過 MCU控制 D/A的輸出電壓大小，通過放大器放大，給穩(wěn)壓模塊作為最終輸出的參考電壓，真正的電壓、電流還是由穩(wěn)壓 模塊 LM317 輸出。 這樣整個電路就能形成一個閉環(huán)系 第 13 頁，共 48 頁 統(tǒng)，通過對輸出電壓 、電流的采集反饋，從而對輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓、恒流調(diào)節(jié)。 圖 系統(tǒng)原理框圖 硬件 模塊設(shè)計 單片機控制模塊 單片機控制模塊主要以 51 系列的 STC89C52 芯片為核心， P0 口接液晶顯示屏 LCD1602 作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸，同時 、 、 是液晶 LCD 控制端口； P1 口 接 DAC0832 作為輸出數(shù)據(jù)傳輸， 為 DAC0832 控制端口； ， 接 3 個獨立鍵盤作為輸入數(shù)據(jù)傳輸； ,， 接 ADC0832 作為輸入 /輸出 數(shù)據(jù)傳輸。單片機控制電路如圖 所示。 單片機 RESET 腳所接電路中，開關(guān) KEY1 起到復(fù)位的作用 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0832 三端穩(wěn)壓 LM317 電壓采樣 電流采樣 電源 單片機 STC89C52 液晶屏顯示 鍵盤 控制 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832 三端穩(wěn)壓LM317 光信號采集 燈 信號反饋 繼電器驅(qū)動 電壓放大 OP07 第 14 頁，共 48 頁 圖 單片機控制電路 穩(wěn)壓控制模塊 該穩(wěn)壓控制模塊主要由 DAC083 LM33 LM317 及運放 OP07 組成。主要是用 DAC0832 輸出的參考電壓去控制 LM317 輸出大小變化。其中 DAC0832的基準(zhǔn)電壓 Verf 來源是通過調(diào)節(jié) LM337 基準(zhǔn)源。單片機 STC89C52 的 P1 口和DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， DAC0832 的 ____CS 和 _____1WR 連接后接 ， ______2WR 和________XEFR 接地，讓 DAC0832 工作在單緩沖方式下。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻調(diào)節(jié) LM337的輸出電壓為 ， DAC0832 的輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓的公式為： ui=(bn1*2n1+ bn2*2n2+…… +b1*2+ b0*20)* RVrefn*2*Rf=BnVref2 （式 ） 所以在 DAC0832 的 11 腳輸出電壓的分辨率為 ，也就是說DAC0832 輸入數(shù)據(jù)端每增加 1，電壓增加 。 穩(wěn)壓控制電路如圖 所示。 第 15 頁，共 48 頁 圖 穩(wěn)壓控制電路 第 16 頁，共 48 頁 由圖 的 LM317 應(yīng)用電路分析可得，設(shè)運算放大器 OP07 的輸入電壓分別為 Ui1和 Ui2，輸出輸出電壓為 Vo1。 DAC0832 的電壓輸出端接運算放大器 OP07的輸入端，該放大電路運用了典型的差分放大電路，并由差分放大公式 Uo1=Au（ |Ui1Ui2|）且放大值 Au=（ R8+R9） /R8，得輸出電壓與輸入電壓關(guān)系 ： Uo1=(R8+R9)/R8*(| Ui1Ui2|)=5*（ |Ui1Ui2|） (式 ) 電源輸出電壓為 ： Uout=Uo1+Uref*(1+R11/R12)=Uo1+*(1+R11/R12)=Uo1+ （式 ） 式 中， Uref 為 R12 兩端的電壓，所以最小輸出電壓為 ，輸出到電壓模塊 LM317 的電壓分辨率為 *5=。當(dāng)單片機輸出數(shù)據(jù)增加 1 時，最終輸出電壓增加 ，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時候，可以以每次 者降低電壓。 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， ADC0832 是一個 8 位的逐次逼近型 ADC，它與一個兩通道的模擬器連接，能對來自端口的兩路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。其中單端輸入電壓以 0V（ GND）為基準(zhǔn)。 對于 ADC0832：以輸入電壓為準(zhǔn)，如果輸入電壓大于設(shè)定的電壓值，則減小 DAC 輸出電壓一位數(shù)值，再采樣比較，如此循環(huán)下去，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。同理，如果輸入的電壓小于設(shè)定的電壓，則增大輸出電壓一位數(shù)值，再采樣比較，如此循環(huán)下去，直到輸入的電壓等于 設(shè)定的電壓值或接近設(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 電壓采樣電路是在輸出回路中并聯(lián)兩個可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)使 R14/（ R13+R14）=（式 ） ，則從兩個電阻之間采樣電壓為 （ Uo 為電源輸出電壓）與系統(tǒng) DA 轉(zhuǎn)換 5Ui 對應(yīng)，然后通過運算放大器 UA741 連接成的電壓跟隨器，對采樣到的電壓輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0832 中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入到單片機系統(tǒng)進(jìn)行處理。 （ 2）電流采樣電路 電流采樣電路是為了提高系統(tǒng)控制的靈敏度，采用一級運算放大器對采樣電壓進(jìn)行放大，再送到 ADC 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。最后數(shù)據(jù)由單片機系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理， 第 17 頁，共 48 頁 而且該芯片是采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，硬件電路簡單。放大倍數(shù) Au=R16/R15= 60/3=20，通過 A/D 轉(zhuǎn)換，送給單片機處理，實現(xiàn)穩(wěn)流功能。 電壓 /電流采樣電路如圖 所示。 顯示模塊 顯示的方式很多，主要分為兩類： LED 顯示， LCD 顯示。 LED 是由發(fā)光二極管組成的顯示屏，其顯示亮度高，制作成本低，能提供寬達(dá) 160176。的視角，可以顯示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動畫信息，也可以播放電視、錄像、 VCD、DVD 等彩色視頻信號，多幅顯示屏還可以聯(lián)網(wǎng)播出， 而且 LED 顯示屏的單個元素反應(yīng)速度是 LCD 液晶屏的 1000 倍，在強光下也可以照看不誤。但由于其耗電較大，所用端口隨顯示的數(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。 而采用 LCD 顯示屏顯示則更為清晰、直觀，而且還能使電路簡單，更適合我們學(xué)生使用。從以上諸多因素來看，采用 LCD 顯示更為理想。 LCD 最常用的是 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，符合顯示英文文字信息量較小的地方，同時還 可以清晰顯示英文名稱和電壓電流單位，電壓（三位：十位、個位、小數(shù)位），電流（三位：個位、兩位小數(shù)）。通過單