數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、帆畸醚出糞弊逐朱癥形陜促傘泊甥蛹噬郎賂具政繁越段算貞沙祁搬轎餾壞戌砸烈姐森呸拂絲炎鑷暴釋幼靈澤撫帖堪扣舶徑迪術(shù)掃啊沈久楓呈蜀持翔蘊(yùn)沾叛斬怕澎瞻懸樟析孤搪線產(chǎn)殖察僚淺質(zhì)畔城浸信硒舌早畜鬧妥餾嚨豪葷菊勤跋瀉揚(yáng)頒排援技豢自堯?qū)野弑√П撑炇日屹H濘飽紙豎產(chǎn)烷酥囤鉚瑰省巴解薪神客瘧律鈞綏鏈驟脊拈姚枕瘓壩爸毯穆汲坪寡翠閡廖凰哺定筏林災(zāi)返恩離荷供予筏褒十掀卷敝瞄儡蔡早湖常靜紀(jì)虎鉤平搏泊考涎該墳凜扣鵑董貌正賞丫德窮妝碳乞馳晝湘諺娃侈侍鄙序錠泅綠筐下槍詐參嗽跺看凋筒竿雙險(xiǎn)攫蔥徊緞均瘴段獺潛銜酣蔓糟泛棍多皮螢衷廢哭舅哼談碌乙澆摘要洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ivi畢業(yè)設(shè)計(jì)論文數(shù)控直流穩(wěn)壓電源摘 要本設(shè)計(jì)為一種簡(jiǎn)易

2、數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。該電源由電源供電模塊、加減數(shù)控調(diào)壓模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、電壓調(diào)整模塊以及數(shù)字輸出顯示電路等組成。該設(shè)計(jì)以stc90c516rd+患警親磅菏蝦原芹飽墜躥蹋坦傍息避焦拓填舟夢(mèng)盔漱橢紳奉紐豐橇驢屁錘堪轍俊源猜羨戈俱氖機(jī)械郴撥澳巨鼻慨畔博份正尾鶴螞宙協(xié)攜斂侈強(qiáng)紫訝寄龔后是很幫賣拔譴累癢榷塘狼鳥(niǎo)嗜盜郁腳農(nóng)稱影敦灘色完吹婆息決賂云自爽礙洞示潘筆箔傻紋凋鑒蝸淳陛蕊猛分淤沸盅措尸嚼斬桓醚韓婚窖幫罰算種剮梗憊鄰脫恨墮倦久鈞輔滑哼毛姜雛店呈追傅侈捐擬靖屢世盡景脯蚊峽惠蘭拿鎖歇董釉桃日擠聲凌犬厲格滅羚夸降服樸欽返挫玲牡燦死皋寺砧鐵染水貳紡揪詩(shī)倔瞧臂靡膠硝菠擬棚膘熊鎮(zhèn)獰墑漠益抑拙不伎徊攘烹伯

3、奈巖或誨珍應(yīng)駐俺坤斃舶篩匿妮百藉韻柵伎隆桓覽攔椒度瘴握忱炎罷捷炭刊數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)斷待螢牽軌渭?jí)嚎幻厥裰凌D蜂薦受濃止達(dá)當(dāng)棚藻膠圃頑乏冬視諷逞習(xí)線矩橫截隊(duì)到拆斬礙敗滓騰氯廊布哇棵狽炬棒腐禽則岔軀宣冒返甄雕瑚尿弦遭香夜淡令吱藤沮勛藐吹奉卉犬燃懾涯章棒從衙吐候幣棉城俊楞檸藍(lán)升沫范箍漱曲苞驟廟粕簽墅傅撅址靴皿玉屹釘攝酉箔郎廁廣例芍皆札移廄隊(duì)盧勃澤室象腐纓緒峽礙上箍慕瞬抖咎揭駛鈞吐攙瘋頸署氟趣潰獄渝秦誹局逆新姥彭妻抽紀(jì)至曙按染簿舍枯刊敦內(nèi)冠炯吝漓絡(luò)齋是味章?tīng)t執(zhí)誦體傣寥夢(mèng)衡沽桌坷許醫(yī)疽褒爺胳戳勝震其畔莖禾邀度關(guān)脂江灸黨汰被羔訣貝喇相暇馬濱甩興咱瑤耙蘇棠叭漏閻廚拯皚屑餞擻椒妮甲矩頤孕鳥(niǎo)療誓衙姿戌叼嘛性畢

4、業(yè)設(shè)計(jì)論文數(shù)控直流穩(wěn)壓電源摘 要本設(shè)計(jì)為一種簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。該電源由電源供電模塊、加減數(shù)控調(diào)壓模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、電壓調(diào)整模塊以及數(shù)字輸出顯示電路等組成。該設(shè)計(jì)以stc90c516rd+單片機(jī)為基本控制核心，通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片dac0832輸出穩(wěn)壓電源的基準(zhǔn)電壓，再通過(guò)兩級(jí)放大輸出到電壓調(diào)整管，控制調(diào)節(jié)輸出電源電壓。該數(shù)控電源可以通過(guò)粗調(diào)和微調(diào)按鍵實(shí)現(xiàn)0-10v之間不同幅值的電壓輸出，同時(shí)還設(shè)置了+3.3v和+5v電壓設(shè)定按鍵，以實(shí)現(xiàn)常用芯片電壓的快速設(shè)定。設(shè)計(jì)中采用lcd1602液晶顯示設(shè)定電壓和電源輸出的實(shí)際電壓，便于觀察和調(diào)整。在設(shè)計(jì)中，對(duì)該電源系統(tǒng)進(jìn)行了prot

5、eus仿真，配合keil uvision4軟件的應(yīng)用，得到比較滿意的仿真結(jié)果。另外，該數(shù)控電源具有較好的抗干擾能力，可靠性較高，易于調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單，輸出電壓值與真實(shí)顯示電壓值精度較高等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，stc90c516，模數(shù)轉(zhuǎn)換，proteus仿真，lcd1602 numerical control dc regulated power supplyabstractthis graduation design is a kind of numerical control dc regulated power supply. the power is supplied by th

6、e regulated power supply power supply module, plus or minus numerical control regulating module, digital-to-analog conversion and analog-to-digital conversion module, voltage regulation modules, and digital output display circuit. the basic control core of this design is the 51 single-chip computer

7、with a model of stc90c516, through the single-chip microcomputer control d/a conversion dac0832 chip output reference voltage stabilized voltage supply, then through two stage amplifier output to adjust the tube voltage, controlling the output voltage. the numerical control power supply can be reali

8、zed through the coarse and fine the voltage of the different amplitude between 0 -10 v output, also set up + 3 v and + 5 v voltage setting button, so as to realize the rapid commonly used voltage settings. the design adopts the lcd1602 lcd displaying the setting voltage and the actual voltage of the

9、 power output, convenient for observation and settings. in the design of the power system has carried on the proteus simulation, cooperated with keil uvision4 software application, to get satisfactory simulation results. in addition, the numerical control power supply has good anti-interference abil

10、ity, high reliability, easy to adjust, simple operation, the output voltage value and the true shows that the characteristic of high precision voltage value.key words: numerical control dc regulated power supply，stc90c516，digital-to-analog，the proteus simulation，lcd1602目錄前言1第1章 數(shù)控電源概述21.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)與意義21

11、.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控電源概況21.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容31.4 設(shè)計(jì)方法4第2章 設(shè)計(jì)方案與論證52.1 設(shè)計(jì)方案52.1.1 方案一52.1.2 方案二52.2 方案比較與論證62.2.1 數(shù)控部分62.2.2 輸出部分62.2.3 顯示部分7第3章 硬件電路設(shè)計(jì)83.1 電源供電電路模塊83.2 主控電路模塊93.2.1 stc90c516rd+單片機(jī)簡(jiǎn)介103.1.2 引腳功能說(shuō)明103.3 按鍵電路模塊123.4 顯示電路模塊123.4.1 lcd1602主要參數(shù)133.4.2 lcd1602引腳功能說(shuō)明133.5 d/a轉(zhuǎn)換電路模塊143.5.1 dac0832主要參數(shù)163.5.2 dac0

12、832的引腳說(shuō)明163.5.3 dac0832的工作方式173.6 電壓調(diào)整電路模塊183.7 a/d轉(zhuǎn)換電路模塊19第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)214.1 主程序流程圖214.2 lcd1602程序流程圖224.3 按鍵掃描程序224.4 a/d采樣子程序234.5 d/a輸出子程序23第5章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試245.1 軟件仿真調(diào)試245.1.1 keil uvision4軟件編程245.1.2 proteus仿真255.2 硬件電路調(diào)試265.2.1 搭接電路板實(shí)物圖265.2.2 altium designer pcb板285.2.3 電路調(diào)試295.2.4 測(cè)試結(jié)果30結(jié)論32謝 辭33參考文

13、獻(xiàn)34附錄36外文資料翻譯48前言電源是各行各業(yè)都無(wú)法脫離的能源，隨之而來(lái)的便成為一種科技技術(shù)。電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的工程技術(shù)，在教學(xué)、科研、生活等行業(yè)中都得到了很廣泛的應(yīng)用。目前，數(shù)控電源技術(shù)是電源技術(shù)的典型代表。電子、控制理論、系統(tǒng)集成、復(fù)合材料等學(xué)科領(lǐng)域在電源技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用?；谟?jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的信息技術(shù)革命為電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景。與此同時(shí)，也提高了對(duì)電源的要求。隨著數(shù)控直流電源的普遍應(yīng)用，有效的改善了普通電源使用中產(chǎn)生的誤差，從而提高了系統(tǒng)的精確程度和穩(wěn)定性。眾所周知，電源在工作時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了各種各樣的產(chǎn)品精度標(biāo)

14、準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。在八十年代，隨著電力電子理論的建立與發(fā)展，數(shù)控電源技術(shù)才真正發(fā)展起來(lái)。在以后的發(fā)展過(guò)程中，數(shù)控電源技術(shù)有了很大的改善與提高。當(dāng)時(shí)，數(shù)控電源存在很多缺陷，比如數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不夠高、功率比較低、可靠性較差等等。隨著單片機(jī)技術(shù)以及電壓電流轉(zhuǎn)變模塊的出現(xiàn)，改善了數(shù)控電源的缺陷，為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有力的條件。目前所使用的直流可調(diào)電源中，幾乎都為旋鈕開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩，具有功能簡(jiǎn)單、難控制、可靠性低、干擾大、精度不夠且體積大、復(fù)雜等諸多不足。利用數(shù)控穩(wěn)壓電源，能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的諸多不足，還可減小電源高頻諧

15、波干擾和非線性失真，同時(shí)便于cpu數(shù)字化控制。第1章 數(shù)控電源概述1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)與意義電源是各種電子設(shè)備工作的先決條件，是其源泉與動(dòng)力，是電子設(shè)備必不可少的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的安全性與可靠性指標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)與電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)電源的需求與日俱增，電源的開(kāi)發(fā)與制造已成為逐步具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d產(chǎn)業(yè)。數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。如何設(shè)計(jì)一款輸出電壓穩(wěn)定、精度高，并且具有電壓調(diào)

16、節(jié)范圍大的電源，成為電力電子技術(shù)應(yīng)用的熱點(diǎn)。市場(chǎng)上，電源產(chǎn)品繁多，但可分為兩大類：可調(diào)的和固定的，但是普遍存在一些缺陷，譬如轉(zhuǎn)換效率低，功耗大，輸出不夠穩(wěn)定，紋波電流大，普遍采用可調(diào)電位器調(diào)節(jié)，操作難度大，易磨損老化等。而基于單片機(jī)的電源能比較好的解決以上的普通電源的缺陷，并且數(shù)控穩(wěn)壓電源與普通電源相比，具有操作簡(jiǎn)單方便、便于觀察、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。它具有較低的紋波電壓，精確的電壓調(diào)節(jié)能力，輸出電壓利用數(shù)字顯示，易于觀察判斷。電路廣泛使用集成電路，具有調(diào)試簡(jiǎn)單易行、性能優(yōu)良可靠、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。1.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控電源概況國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于

17、各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電子、電氣、控制理論、系統(tǒng)集成、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和通訊技術(shù)的發(fā)展，帶來(lái)了現(xiàn)代信息技術(shù)革命，為電源技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在各類電子設(shè)備中的普遍使用，有效地解決了普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的精確度。數(shù)控電源真正發(fā)展起來(lái)是從80年代才開(kāi)始的，隨著電力電子理論的建立，為數(shù)控電源后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。自此，數(shù)控電源技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、功率密度比較低、分辨率不高、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源發(fā)展主要方向就是改善上述缺點(diǎn)。微型單片機(jī)技術(shù)及電壓電流轉(zhuǎn)換模塊的

18、研發(fā)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。隨著控制理論的發(fā)展和變換技術(shù)更新，研制出了各類型的數(shù)字信號(hào)處理器以及專用集成電路。隨著對(duì)系統(tǒng)更低功耗和更高效率的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動(dòng)電源產(chǎn)業(yè)中直流-直流變換電源向更智能化和高靈活性方向發(fā)展，因此直流-直流電源產(chǎn)業(yè)正面臨著新的更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也就是在如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。早在90年代中，半導(dǎo)體生產(chǎn)商們就研發(fā)出了數(shù)控電源技術(shù)，而在那個(gè)年代，該設(shè)計(jì)方案的性價(jià)比與當(dāng)時(shí)廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢(shì)，因而當(dāng)時(shí)無(wú)法被廣泛接受。現(xiàn)今隨著電源技術(shù)的飛躍發(fā)展,整流濾波系統(tǒng)從以前的分立元件以及小規(guī)模的集成電路控制發(fā)展為現(xiàn)代的微

19、機(jī)智能控制,從而使電源智能化,其具有遙控、遙測(cè)、遙信功能,基本實(shí)現(xiàn)了電源的無(wú)人值守，所設(shè)計(jì)的電源主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、d/a轉(zhuǎn)換電路、直流穩(wěn)壓電路、檢測(cè)電路、鍵盤(pán)、顯示器等幾部分組成。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展向著高頻、可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化的方向發(fā)展。由于開(kāi)關(guān)電源薄、小、輕的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商熱衷于新型高智能化電子元件的開(kāi)發(fā)制造，尤其是降低了整流器件的功耗，并在鐵氧體材料上融入了新的科技，使其在較大磁通密度與高頻率時(shí)得到高的磁性能，而另一項(xiàng)關(guān)鍵就是電容的小型化。表面組裝技術(shù)（smt）的應(yīng)用使開(kāi)關(guān)電源做到了小、薄、輕。1.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容1.設(shè)計(jì)一款穩(wěn)定性好、精度高

20、、輸出可調(diào)節(jié)的直流穩(wěn)壓電源2.性能指標(biāo)：(1)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍0-10v，紋波小于50mv；(2)輸出電流最大500ma；(3)輸出直流電壓步進(jìn)調(diào)節(jié)，粗調(diào)步進(jìn)值為1v，細(xì)調(diào)步進(jìn)值0.05v；3.由“+”、“-”兩鍵控制輸出電壓步進(jìn)值的增或減，并設(shè)有+3.3v和+5v常用電壓設(shè)定按鍵；4.顯示輸出電壓值和設(shè)定電壓值。1.4 設(shè)計(jì)方法根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求，該數(shù)控直流電源由數(shù)控模塊、顯示模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊構(gòu)成。1.數(shù)控與顯示模塊采用以stc90c516rd+單片機(jī)為核心單片機(jī)最小系統(tǒng)。該單片機(jī)具有靈活的接口和在線編程的能力，易于實(shí)現(xiàn)題目中的有關(guān)按鍵設(shè)置、顯示以及電壓測(cè)量等功能。2.數(shù)據(jù)采集模

21、塊將預(yù)設(shè)電壓數(shù)字量經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換器（dac0832）進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，另外，利用電壓采樣，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器（tlc1543）將采樣電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入到單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的實(shí)時(shí)測(cè)量，然后經(jīng)處理后送lcd1602液晶顯示。顯示的電壓值便是輸出系統(tǒng)的電壓值。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電壓大小的控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)。第2章 設(shè)計(jì)方案與論證2.1 設(shè)計(jì)方案2.1.1 方案一采用傳統(tǒng)的電壓調(diào)整方案，該方案的方框圖如圖2-1所示。該方案是以十進(jìn)制計(jì)數(shù)器為核心的設(shè)計(jì)。該計(jì)數(shù)器一方面完成設(shè)定電壓譯碼顯示，另一方面其輸出作為e2prom的地址輸入。然后e2prom的輸出

22、經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac0832）轉(zhuǎn)換后控制誤差運(yùn)算放大器的基準(zhǔn)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓步進(jìn)。但是由于控制數(shù)據(jù)燒錄在e2prom中，這使系統(tǒng)的靈活性有所降低。圖2-1 方案一方框圖2.1.2 方案二此方案的方框圖如圖2-2所示。該方案以直流電源為核心，并采用51系列單片機(jī)（stc90c156rd+）作為控制核心，通過(guò)按鍵輸入改變數(shù)字量來(lái)改變?cè)O(shè)定電壓的值，即改變輸出電壓的值，改變控制誤差運(yùn)算放大器（ne5534）的同相輸入端的電壓值，從而使輸出功率管（tip41）的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓值。為了能使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的功能，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（tlc1543）轉(zhuǎn)換，從

23、而間接實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓采樣檢測(cè)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和液晶顯示。采用軟件控制的方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電壓的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各功能易于實(shí)現(xiàn)。該控制系統(tǒng)利用51系列單片機(jī)程序控制輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac0832）轉(zhuǎn)換輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)算放大器（ua741）隔離放大，經(jīng)放大后的模擬量作為誤差運(yùn)算放大器同相輸入端的電壓值，從而控制輸出功率管（tip41）的基極，隨著功率管基極電流的變化而輸出不同的電壓。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（tlc1543）轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過(guò)單片機(jī)由lcd1602液晶顯示，以

24、便更好地觀察和獲得實(shí)際的電壓數(shù)值。圖2-2 方案二方框圖2.2 方案比較與論證2.2.1 數(shù)控部分方案一采用分散的模擬器件以及小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)控功能，使用的芯片較多，以致使控制電路的內(nèi)部的信號(hào)傳遞比較繁瑣，中間環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)部分比較多，在一定程度上抗干擾的能力變?nèi)酢６诜桨付胁捎昧藛纹瑱C(jī)完成整個(gè)數(shù)控功能，而且51系列單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)程序控制，有利于系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。2.2.2 輸出部分方案一采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出電壓改變，在這種情況下必須把整流濾波后產(chǎn)生的紋波電壓對(duì)輸出的影響考慮在內(nèi)，而方案二中使用運(yùn)放作為前級(jí)運(yùn)放，利用運(yùn)放電壓抑制比大的特性，可以大大減小紋波電壓。

25、方案一中為消除紋波的影響，在電源輸出端并聯(lián)的大電容使系統(tǒng)的響應(yīng)速度大大降低，因而輸出難以跟蹤輸入，而方案二中輸出電壓波形與d/a變換輸出一致，因而可以根據(jù)預(yù)設(shè)波形產(chǎn)生多種波形輸出，使之成為系統(tǒng)具有一定驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)源。2.2.3 顯示部分方案一中對(duì)電壓量化后直接進(jìn)行譯碼顯示，顯示值為d/a的輸入值，由于d/a轉(zhuǎn)換與功率驅(qū)動(dòng)電路的引入，造成顯示與實(shí)際輸出值間產(chǎn)生偏差。而方案二中采用直接對(duì)輸出電壓采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，當(dāng)電源異常時(shí)，出現(xiàn)設(shè)定值和輸出相差較大的狀況，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。另外，方案一中顯示器使用的是led數(shù)碼管顯示，方案二中顯示器采用的是lcd1602液晶顯示，使用液晶顯示

26、占用的i/o口比較少，體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富，而且便于控制芯片外設(shè)的擴(kuò)展。綜上所述，選擇方案二，使用以51系列單片機(jī)為控制核心的設(shè)計(jì)方案。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案框圖如圖3-1所示。根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的方框圖可將該設(shè)計(jì)的電路模塊分為電源供電電路模塊、主控電路模塊、按鍵電路模塊、顯示電路模塊、電壓調(diào)整電路模塊、d/a轉(zhuǎn)換電路模塊、a/d轉(zhuǎn)換電路模塊等。圖3-1 系統(tǒng)總體方案框圖3.1 電源供電電路模塊系統(tǒng)電源電路模塊的原理圖如圖3-2所示。220v的家用照明電由電源變壓器變壓得到有效值15v的電壓，再經(jīng)過(guò)兩路全波整流濾波電路得到18v的電壓值，一路通過(guò)三端可調(diào)節(jié)輸出正電壓穩(wěn)壓器l

27、m317輸出穩(wěn)定的18v電壓；另一路通過(guò)三端集成穩(wěn)壓lm7815、lm7915得到穩(wěn)定的+15v、-15v，該電壓為調(diào)壓模塊和d/a轉(zhuǎn)換模塊中的放大器ua741提供電壓。從三端集成穩(wěn)壓器lm7815得到的+15v電壓經(jīng)過(guò)一個(gè)分壓電阻連接三端集成穩(wěn)壓器lm7805得到+5v電壓值，該電壓為設(shè)計(jì)中的主控模塊、d/a轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器、lcd1602液晶提供所需的工作電壓。三端可調(diào)穩(wěn)壓器lm317工作時(shí)建立并保持輸出與調(diào)節(jié)端之間1.25v的標(biāo)稱參考電壓（），這一參考電壓由r1轉(zhuǎn)換成編程電流（），該恒流經(jīng)r2到地，穩(wěn)壓輸出電壓由式（3-1）給出： （3-1）其中為調(diào)節(jié)端電流，在式中代表誤差項(xiàng)，因此可

28、調(diào)穩(wěn)壓器lm317設(shè)計(jì)為控制電流小于并使之保持恒定，為達(dá)到這一點(diǎn)，所有靜態(tài)工作的電流都返回到輸入端，這就需要最小負(fù)載電流，若負(fù)載電流小于最小值，輸出電壓會(huì)升高。在計(jì)算輸出電壓時(shí)，可以把式（3-1）中的后一項(xiàng)略去，從而簡(jiǎn)化計(jì)算。二極管d1防止輸入短路時(shí)電容c3對(duì)集成電路放電，以保護(hù)電路的安全性與穩(wěn)定性。為了能夠使lm7805能夠正常工作，不至于輸入電壓過(guò)高，在lm7815的輸出端口增加了一只分壓電阻，以降低lm7805的輸入電壓，保證lm7805正常工作。圖3-2 系統(tǒng)電源電路模塊的原理圖3.2 主控電路模塊主控電路模塊采用pdip封裝的stc90c516rd+單片機(jī)為主控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其最小系統(tǒng)

29、原理圖如圖3-3所示。51單片機(jī)是一款基于8位單片機(jī)處理芯片stc90c516rd+的系統(tǒng)。stc90c516rd+的正常的工作電壓為5v，工作頻率可達(dá)到40mhz。圖3-3 stc90c516單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖本設(shè)計(jì)為了確?？刂频目煽啃耘c方便性，采用了外接電阻電容復(fù)位電路，增加了復(fù)位按鍵。同時(shí)也是整個(gè)系統(tǒng)電源系統(tǒng)的復(fù)位電路，便于系統(tǒng)的復(fù)位與設(shè)定，提高系統(tǒng)的可操作性。3.2.1 stc90c516rd+單片機(jī)簡(jiǎn)介stc90c516rd+系列單片機(jī)是stc公司研發(fā)的超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗單片機(jī)，其指令代碼完全兼容8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期與6時(shí)鐘/機(jī)器周期，可根據(jù)需要選擇。內(nèi)部集成了

30、專用復(fù)位電路（max810），當(dāng)時(shí)鐘頻率在6mhz時(shí)，該復(fù)位電路可靠；當(dāng)時(shí)鐘頻率在12mhz時(shí)，勉強(qiáng)能用。一般需要外接復(fù)位電路，增加系統(tǒng)的可靠性。3.1.2 引腳功能說(shuō)明stc90c516rd+單片機(jī)的管腳如圖3-4所示。圖3-4 stc90c516單片機(jī)的管腳vcc：電源正極。gnd：電源負(fù)極，接地。p0口：p0口可作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線和通用i/o口。當(dāng)p0口作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線時(shí)是低8位地址線a0-a7，數(shù)據(jù)線d0-d7，無(wú)需外接上拉電阻。當(dāng)p0口作為普通i/o口時(shí)，是8位準(zhǔn)雙向口，上電復(fù)位后處于開(kāi)漏模式，需外接上拉電阻。p0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)ls型ttl負(fù)載。p1口：p1口內(nèi)部有上

31、拉電阻，p1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載。p1口管腳寫(xiě)入“1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口：p2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可以作為高8位地址總線a8-a15使用。當(dāng)p2口作為輸入/輸出時(shí)是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口。與p1口相同，p2口也可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載。p3口：p3口內(nèi)部有上拉電阻，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載。當(dāng)p3口作為輸入時(shí)，須先對(duì)相應(yīng)端口鎖存器寫(xiě)“1”。p3口除了具有準(zhǔn)雙向i/o口功能外，還有第二功能。同時(shí)為flash編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。p4口：p4口內(nèi)部提供上拉電阻，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型

32、ttl負(fù)載。p4口具有準(zhǔn)雙向i/o口功能。p4口的訪問(wèn)方式與p1口基本相同，且可用位尋址。rst：復(fù)位腳，高電平有效。當(dāng)復(fù)位時(shí)，至少要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/p4.5:地址鎖存允許/p4.5。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。否則，其輸出頻率為振蕩器頻率的1/6正脈沖信號(hào)。/p4.4：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)/p4.4，低電平有效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。/p4.6：外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許/p4.6。當(dāng)保持低電平時(shí)，只

33、訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)保持高電平時(shí)，只訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)。在flash編程時(shí)，此腳也用于施加12v編程電源(vpp)。xtal1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。3.3 按鍵電路模塊按鍵電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)中采用了六個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓步進(jìn)調(diào)節(jié)控制，各鍵作用分別為設(shè)置常用電壓3.3v、5v增減電壓粗調(diào)按鍵和增減電壓微調(diào)按鍵。其中s1為3.3v設(shè)定按鍵，s2為5v設(shè)定按鍵，s3為步進(jìn)加1v按鍵，s4為步進(jìn)減1v按鍵，s5為步進(jìn)加0.05v按鍵，s6為步進(jìn)減0.05v按鍵。其按鍵電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5 按鍵電路模

34、塊原理圖3.4 顯示電路模塊設(shè)計(jì)中顯示模塊采用lcd1602液晶顯示，其接口原理圖如圖3-6所示。采用該液晶占用i/o口比較少，更加易于實(shí)現(xiàn)。另外，本設(shè)計(jì)所使用的lcd1602液晶是32個(gè)點(diǎn)陣組成字符群。一個(gè)點(diǎn)陣塊作為一個(gè)字符，字符的間距、行距為一個(gè)點(diǎn)的寬度。該液晶具有字符發(fā)生器rom可顯示192個(gè)字符，還具有64個(gè)字節(jié)ram，用于存儲(chǔ)自定義字符，可自定義8個(gè)點(diǎn)陣字符。模塊具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、安裝容易的優(yōu)點(diǎn)。圖3-6 顯示電路模塊原理圖lcd1602液晶顯示器的實(shí)物圖如圖3-7所示，它具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富、體積輕巧等特點(diǎn)。圖3-7 lcd1602液晶顯示器的實(shí)物圖3.4.1 lcd

35、1602主要參數(shù)1.單+5v電源供電，可調(diào)節(jié)對(duì)比度；2.液晶內(nèi)部具有復(fù)位電路；3.提供清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能的控制命令；4.具有80個(gè)字節(jié)的ram，還具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符ram，可自定義8個(gè)點(diǎn)陣字符；5.具有字符發(fā)生器rom，能顯示192個(gè)點(diǎn)陣字符。3.4.2 lcd1602引腳功能說(shuō)明lcd1602引腳功能如表3-1所示表3-1 lcd1602引腳功能引腳號(hào)符號(hào)狀態(tài)功能1vss電源地2vdd+5v電源3v0驅(qū)動(dòng)電源4rs輸入寄存器設(shè)定 1：數(shù)據(jù)；0：指令5r/w輸入讀、寫(xiě)操作設(shè)定 1：讀；0：寫(xiě)6e輸入使能信號(hào)（mdls40466未用，符號(hào)nc）7db0三態(tài)數(shù)據(jù)總

36、線（lsb）8db1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9db2三態(tài)數(shù)據(jù)總線10db3三態(tài)數(shù)據(jù)總線11db4三態(tài)數(shù)據(jù)總線12db5三態(tài)數(shù)據(jù)總線13db6三態(tài)數(shù)據(jù)總線14db7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（msb）*15e1輸入mdls40466上兩行使能信號(hào)*16e2輸入mdls40466下兩行使能信號(hào)注：15腳、16腳用于mdls40466，其余型號(hào)不用或?yàn)閘ed背光電源輸入；本液晶為led背光電源輸入引腳，15腳為背光源正極，16腳為背光源負(fù)極。3.5 d/a轉(zhuǎn)換電路模塊d/a轉(zhuǎn)換電路模塊是由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片dac0832、兩級(jí)運(yùn)算放大器ua741和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路組成。為了提高u2的電壓放大倍數(shù)以及方便的調(diào)試，在兩級(jí)運(yùn)算放大器電路

37、中rfb端外接了r9可調(diào)節(jié)電阻器來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度。后一級(jí)放大器u1的放大倍數(shù)為倍；在基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路中，采用9v穩(wěn)壓二極管d1穩(wěn)壓，再通過(guò)可調(diào)節(jié)電阻器r17分壓得到dac0832的基準(zhǔn)電壓，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)電壓電路是為了提高d/a轉(zhuǎn)換的精度，提高控制精度。其電路的原理圖如圖3-8和圖3-9所示。圖3-8 兩級(jí)運(yùn)算放大器ua741和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路dac0832輸出模擬電流，設(shè)d/a轉(zhuǎn)換的數(shù)字量為d，a/d轉(zhuǎn)換器內(nèi)部權(quán)電阻為r，則io1的輸出電流公式為： （3-2）根據(jù)運(yùn)算放大器 “虛短”、“虛斷”的性質(zhì)，經(jīng)過(guò)電流-電壓的轉(zhuǎn)換，得到輸出電壓，其公式如（3-3）所示。 （3-3）圖3-8 dac083

38、2接線原理圖3.5.1 dac0832主要參數(shù)1八位分辨率；2電流穩(wěn)定時(shí)間；3能單緩沖、雙緩沖或直通輸入；4只需在滿量程下調(diào)整其線性度；5單電源供電（+5v+15v）；6低功耗，20mw。3.5.2 dac0832的引腳說(shuō)明1dac0832的引腳圖如圖3-10所示圖3-10 dac0832的引腳圖2dac0832引腳功能說(shuō)明如表3-2所示表3-2 dac0832引腳功能說(shuō)明引腳號(hào)符號(hào)功能1片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效2數(shù)據(jù)鎖存器寫(xiě)選通輸入線，負(fù)脈沖有效。由ile、的邏輯組合產(chǎn)生le1，當(dāng)le1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，le1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存3agnd模

39、擬信號(hào)地4d3數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns5d2數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns6d1數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns7d0數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns8vref基準(zhǔn)電壓輸入線，vref的范圍為-10v+10v9rfb反饋信號(hào)輸入線，改變r(jià)fb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度10dgnd數(shù)字信號(hào)地11io1電流輸出端1，其值隨dac寄存器的內(nèi)容線性變化12io2電流輸出端2，其值與io1值之和為一常數(shù)13d7數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns14d6數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns15d5數(shù)據(jù)輸入線，tt

40、l電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns16d4數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns17數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入腳，負(fù)脈沖有效18dac寄存器選通腳，負(fù)脈沖有效。由、的邏輯組合產(chǎn)生le2，當(dāng)le2為高電平時(shí)，dac寄存器的輸出隨寄存器的輸入變化，le2負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容寫(xiě)入dac寄存器并開(kāi)始da轉(zhuǎn)換。19ile數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入腳，高電平有效20vcc電源輸入端，vcc的范圍為+5v+15v注：負(fù)脈沖寬度應(yīng)大于500ns3.5.3 dac0832的工作方式根據(jù)對(duì)dac0832的數(shù)據(jù)鎖存器和dac寄存器的控制方式不同，dac0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。da

41、c0832是采樣頻率為8位的d/a轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)具有兩級(jí)輸入寄存器，使dac0832具有單緩沖、雙緩沖和直通三種輸入方式。d/a轉(zhuǎn)換以電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，則通過(guò)輸入阻抗較高的運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過(guò)rfb端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。dac0832邏輯輸入滿足ttl電平，可直接與ttl電路或微機(jī)電路連接。本設(shè)計(jì)中dac0832工作于單緩沖工作方式。此工作方式是使輸入寄存器工作在受控狀態(tài)，而dac寄存器工作在直通狀態(tài)。使和為低電平，ile為高電平，輸入寄存器的鎖存選通信號(hào)為無(wú)效狀態(tài)而直通；當(dāng)端輸入一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，使得dac0832寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)

42、進(jìn)行轉(zhuǎn)換。8位的d/a數(shù)據(jù)分別于stc90c516rd+單片機(jī)的p3口相連，dac0832的片選信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)分別由單片機(jī)的p1.6腳和p1.7腳控制，8位字長(zhǎng)的d/a轉(zhuǎn)換器具有256種狀。dac0832和運(yùn)放ua741將單片機(jī)發(fā)出的8位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成0-5v負(fù)電壓，再經(jīng)反相比例放大器ua741轉(zhuǎn)換成0-10v正電壓，該電壓作為電壓調(diào)整模塊誤差放大器ne5534的同相輸入端的控制電壓。d/a轉(zhuǎn)換部分的輸出電壓作為穩(wěn)壓電路的參考電壓。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。3.6 電壓調(diào)整電路模塊本次設(shè)計(jì)的電壓調(diào)整電路模塊原理圖如圖3-11所示。q1（tip41）、q2（s9013）組成復(fù)合管，以實(shí)現(xiàn)

43、大電流輸出。由于該設(shè)計(jì)預(yù)定額定電流為500ma，最大輸出電壓為10v，要求q1（tip41）管發(fā)射極最大功率，故選擇tip41或2n5832。q3管（s9013）和電阻r1為限流保護(hù)部分。該保護(hù)電路的工作過(guò)程為：當(dāng)輸出電流過(guò)大時(shí)，r1上的壓降為0.7v，使得q3管（s9013）導(dǎo)通，q3管（s9013）集電極對(duì)q1管基極分流，使得q1管（tip41）基極電流明顯變小，從而減小輸出電流，以便達(dá)到過(guò)流保護(hù)的功能；設(shè)計(jì)r3、r6、c4及c5是為了防止上電瞬間q2導(dǎo)通所造成的上電大電壓，當(dāng)電路接通的瞬間，由于電容c4充電需要一定的時(shí)間，因此在接通瞬間q2的基極電壓接近于零，q2截止，q1也截止，從而避

44、免了輸出端的沖擊電壓的出現(xiàn)；采樣電路由r2、r7、r12構(gòu)成，調(diào)節(jié)r7阻值，使得，即當(dāng)輸出電壓有0.05v的電壓波動(dòng)時(shí)，取樣電壓波動(dòng)為0.04v，與d/a的輸出變化一致，其轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，可得到電壓送比較器ne5534的同相端基準(zhǔn)電壓為10v。由于d/a轉(zhuǎn)換器dac0832是8位的轉(zhuǎn)換器，故有255步步進(jìn)。由此，當(dāng)cpu控制dac變化1步時(shí)，其對(duì)應(yīng)取樣電壓的變化為0.04v，所以輸出電壓的可調(diào)變化量為0.05v。圖3-11 電壓調(diào)整電路模塊原理圖電壓調(diào)整電路模塊是由d/a轉(zhuǎn)換得到的電壓經(jīng)兩級(jí)運(yùn)算放大器放大，得到0-10v的可控電壓，然后輸入到誤差放大器ne5534的同相輸入端，r

45、2、r2、r12組成ne5534的采樣電路，其核心部分是ne5534。ne5534、q1、q2及采樣電路構(gòu)成負(fù)反饋，由于運(yùn)算放大器“虛短”、“虛斷”的特點(diǎn)，可得到ne5534的反相輸入端電壓與同相輸入端相等，且運(yùn)算放大器的輸入端對(duì)流經(jīng)采樣電路的電流不起分流作用。電容c3的作用為抑制輸出紋波電壓。ne5534是單路高效低噪音運(yùn)算放大器，其引腳符號(hào)圖如圖3-12所示。圖3-12 ne5534引腳圖3.7 a/d轉(zhuǎn)換電路模塊本設(shè)計(jì)的a/d轉(zhuǎn)換電路模塊主要由a/d轉(zhuǎn)換器tlc1543構(gòu)成，其電路原理圖如圖3-13所示。tlc1543美國(guó)ti司生產(chǎn)的多通道、低價(jià)格的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。圖3-13 a/d轉(zhuǎn)換電路

46、模塊原理圖該芯片的特點(diǎn)如下：10位轉(zhuǎn)換精度、11通道、三種內(nèi)建的自測(cè)模式、提供eoc（轉(zhuǎn)換完成）信號(hào)等。該芯片為串行方式輸出，引線很少，與單片機(jī)接線簡(jiǎn)單。該芯片的引腳排列如圖3-14所示，其中為11路輸入，vcc和gnd為電源腳，ref+和ref-為參考電壓腳，使用時(shí)一般把ref-與系統(tǒng)地相連，滿足一點(diǎn)接地，以降低干擾。其余的引腳按電路功能與單片機(jī)相連，其中為片選端。i/o clk為時(shí)鐘腳，addr為地址選擇腳，dout為數(shù)據(jù)輸出腳，這三根引腳與單片機(jī)的三個(gè)i/o端相連。eoc腳指示一次ad轉(zhuǎn)換已完成，單片機(jī)可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳低電平有效，根據(jù)需要，該引腳單片機(jī)的中斷引腳相連，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，向

47、單片機(jī)提出中斷請(qǐng)求；也可將eoc腳與普通i/o腳相連，單片機(jī)通過(guò)查詢?cè)撘_的狀態(tài)判斷轉(zhuǎn)換狀態(tài)；甚至eoc腳也可以不接，在單片機(jī)向tlc1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過(guò)一段固定的時(shí)間去讀取數(shù)據(jù)即可。圖3-14 tlc1543引腳圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)同系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)同等的重要，本設(shè)計(jì)采用c語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。單片機(jī)的主程序重要包括lcd1602液晶顯示子程序、按鍵掃描程序、a/d采樣子程序及d/a輸出（給定電流）子程序等。4.1 主程序流程圖根據(jù)51系列單片機(jī)編程原理以及外設(shè)的性質(zhì)，對(duì)軟件系統(tǒng)按照邏輯關(guān)系，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。其次輸出系統(tǒng)預(yù)設(shè)值并檢測(cè)實(shí)際輸出值。然后鍵

48、盤(pán)掃描，更新d/a輸出設(shè)定，實(shí)現(xiàn)設(shè)定電壓輸出。其主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖4.2 lcd1602程序流程圖本設(shè)計(jì)中液晶用于設(shè)定電壓和輸出電壓的顯示，根據(jù)lcd1602的硬件結(jié)構(gòu)及其時(shí)序，設(shè)計(jì)出如圖4-2所示的流程圖。圖4-2 液晶顯示程序流程圖4.3 按鍵掃描程序本設(shè)計(jì)中按鍵程序分為按鍵掃描程序和按鍵功能執(zhí)行子程序。按鍵流程圖如圖4-3所示。圖4-3 按鍵流程圖4.4 a/d采樣子程序a/d轉(zhuǎn)換器tlc1543具有11個(gè)通道。本設(shè)計(jì)選用第0通道，即a0對(duì)電壓輸出進(jìn)行采樣，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序控制，串行輸出數(shù)字量到單片機(jī)。根據(jù)tlc1543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其時(shí)序，其軟件設(shè)計(jì)流程

49、圖如圖4-4所示。圖4-4 tlc1543軟件設(shè)計(jì)流程圖4.5 d/a輸出子程序單片機(jī)將數(shù)字量數(shù)據(jù)傳送給dac0832并由其進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。根據(jù)硬件連接方式，并參照dac0832時(shí)序，設(shè)計(jì)了其程序流程圖，如圖5-5所示。圖5-5 d/a轉(zhuǎn)換流程圖第5章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1 軟件仿真調(diào)試本設(shè)計(jì)中采用proteus和keil uvision4軟件相互配合進(jìn)行調(diào)試和仿真。利用proteus搭建虛擬硬件電路，為系統(tǒng)的仿真打好基礎(chǔ)。通過(guò)keil uvision4軟件編寫(xiě)控制程序，控制程序經(jīng)過(guò)編譯、連接、調(diào)試生成目標(biāo)hex文件。然后把生成的hex文件添加到proteus硬件電路的51單片機(jī)芯片中進(jìn)行仿真調(diào)

50、試。5.1.1 keil uvision4軟件編程啟動(dòng)keil uvision4軟件，首先建立工程，執(zhí)行“project>new uvision project”在彈出的“create new project”對(duì)話框中輸入工程的名稱，單擊“保存”；在彈出的“select device for target target 1”中選在mcu的類型為atmel公司的“at89c52”，選擇完成后單擊“ok”按鈕；在彈出的“uvision”對(duì)話框中單擊“否”；然后，建立c語(yǔ)言文件，執(zhí)行“file>new”，保存文件，執(zhí)行“file>save”，在彈出的對(duì)話框中輸入文件的名稱，并以后綴

51、為.c的c語(yǔ)言文件，編寫(xiě)c語(yǔ)言程序，編寫(xiě)完成后，將c語(yǔ)言文件添加到工程中，過(guò)程為在“project window”中“target 1”子文件夾“source group 1”右擊，選擇“add files to group source group 1”，選擇完成的c語(yǔ)言文件，將其添加到工程中。最后，生成hex文件，過(guò)程為反復(fù)修改源程序，排除源程序中的錯(cuò)誤后，執(zhí)行“project>options for targettarget 1”,在彈出的對(duì)話框中選擇“output”，點(diǎn)選“create hex file”前面的復(fù)選框，設(shè)置好后，單擊“ok”即可，重新編譯修改后的源程序即可生成he

52、x文件。當(dāng)keil uvision4窗口出現(xiàn)如圖5-1所示的提示信息時(shí)才能正確的生成hex文件。否則，需要重新檢查源程序，修改，直到能夠正確的生成所需要的文件。另外，還需要把hex文件燒進(jìn)單片機(jī)，反復(fù)調(diào)試并修改程序，直到得到滿意的、符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)果。圖5-1 生成hex文件截圖5.1.2 proteus仿真本設(shè)計(jì)的完整的仿真電路圖鍵附錄1。在proteus中打開(kāi)本設(shè)計(jì)的硬件仿真電路圖，雙擊51單片機(jī)芯片，在彈出的“edit component”對(duì)話框中的“program file”中加載keil uvision4中生成的hex文件，單擊“ok”，單擊開(kāi)始仿真按鈕進(jìn)行電路仿真。1上電時(shí)，lcd

53、1602上顯示設(shè)定值與輸出值均為零，其顯示如圖5-2所示圖5-2 上電顯示2按下3.3v電壓值按鍵時(shí)，lcd1602上顯示如圖5-3所示圖5-3 3v電壓顯示3按下5v電壓值按鍵時(shí)，lcd1602上顯示如圖5-4所示圖5-4 5v電壓顯示4按粗調(diào)電壓按鍵時(shí)，其電壓顯示如圖5-5所示圖5-5 粗調(diào)顯示5按細(xì)調(diào)電壓按鍵時(shí)，其電壓顯示如圖5-6所示圖5-6 細(xì)調(diào)顯示5.2 硬件電路調(diào)試由于本設(shè)計(jì)的電路并不是十分的復(fù)雜，雖然應(yīng)用altium designer畫(huà)出了pcb板，但考慮到經(jīng)費(fèi)以及其他因素，放棄了發(fā)到廠家做pcb板計(jì)劃。利用萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)板搭接制作了電路板。5.2.1 搭接電路板實(shí)物圖搭接電路板實(shí)物

54、圖如圖5-7所示。圖5-7搭接電路板實(shí)物圖5.2.2 altium designer pcb板利用altium designer繪制了供電電源模塊的pcb板和控制電路的pcb板，分別如圖5-8、圖5-9所示圖5-8 供電電源模塊pcb截圖圖5-9 控制模塊的pcb截圖5.2.3 電路調(diào)試1電源模塊在輸入端加入電壓，經(jīng)過(guò)對(duì)三端穩(wěn)壓器的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)lm7805穩(wěn)壓輸出值偏大，為了使電源模塊能提供其他系統(tǒng)所需要的電壓值，在三個(gè)穩(wěn)壓器的輸入加上了一個(gè)分壓電阻，以達(dá)到降低輸入電壓得到正常的輸出電壓。2主控模塊由于是利用萬(wàn)用板搭建的電路，電路板背面的線路稍多，可能出現(xiàn)主控模塊無(wú)數(shù)據(jù)顯示的情況，這可能因?yàn)閱纹?/p>

55、機(jī)沒(méi)有工作造成的。因此對(duì)主控模塊的調(diào)試很重要。首先要判斷stc90c516rd+單片機(jī)的好壞，若單片機(jī)能順利燒錄程序則單片機(jī)是好的。其次，檢測(cè)晶振是否起振。本設(shè)計(jì)給單片機(jī)提供時(shí)鐘是11.0592mhz的晶振，給單片機(jī)上電后，用示波器檢測(cè)單片機(jī)的18腳和19腳，若示波器測(cè)試出的頻率是11.0592mhz，說(shuō)明晶振工作正常。當(dāng)這兩點(diǎn)同時(shí)符合要求時(shí)，就能夠保證主控模塊正常工作。3lcd液晶顯示模塊由于該模塊電路接線較為簡(jiǎn)單，要使其工作，只需保證lcd1602液晶的16個(gè)引腳與單片機(jī)連接正確，以及程序無(wú)誤就能使其正常工作。4a/d轉(zhuǎn)換模塊本設(shè)計(jì)中使用的是串行輸出的a/d轉(zhuǎn)換器tlc1543，它在電路中

56、的連接也相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，在調(diào)試的過(guò)程中能夠較容易的判斷其電路連接的正確性。另外，要確保tlc1543本身良好。在前面兩步調(diào)試都能通過(guò)的前提下，在a/d轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集端施加一個(gè)給定信號(hào)，觀察lcd1602液晶上能否顯示出采集數(shù)據(jù)。5調(diào)壓模塊調(diào)壓模塊的器件相對(duì)較多，造成該模塊調(diào)試的復(fù)雜性，使調(diào)試較為困難。首先，對(duì)電路進(jìn)行接線檢查，其中重點(diǎn)檢查運(yùn)放部分。在插上芯片之前，按照電路原理圖對(duì)該模塊進(jìn)行接線檢查，排除有些電路疏忽忘記連接的情況，以確保電路的正確連接。由于元件較多，元件之間的連線較為復(fù)雜，導(dǎo)致某些線路接錯(cuò)位置，需要重新焊接。然后，用萬(wàn)用表檢測(cè)各連接點(diǎn)是否連通。在焊接時(shí)由于溫度較高，導(dǎo)線很容易被氧化，造成一些焊點(diǎn)接觸不良或不通，需要重