一．方案設(shè)計與比較
1.1控制芯片選擇
方案一：采用8031芯片，其內(nèi)部沒有程序存儲器,，需要進(jìn)行外部擴(kuò)展,，這給電路增加了復(fù)雜度。
方案二：采用2051芯片,，其內(nèi)部有2KB單元的程序存儲器,，不需外部擴(kuò)展程序存儲器。但由于系統(tǒng)用到較多的I/O口,，因此此芯片資源不夠用,。
方案三：采用AT89C52單片機(jī)，其內(nèi)部有4KB單元的程序存儲器,，不需外部擴(kuò)展程序存儲器,，而且它的I/O口也足夠本次設(shè)計的要求,。
比較這三種方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源,，因此此次設(shè)計選用方案三,。
1.2鍵盤顯示部分
控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分,，所以此部分電路設(shè)計的好壞直接影響到電路的好壞,。
方案一：采用可編程控制器8279與數(shù)碼管及地址譯碼器74LS138組成，可編程/顯示器件8279實(shí)現(xiàn)對按鍵的掃描,、消除抖動,、提供LED的顯示信號，并對LED顯示控制,。用8279和鍵盤組成的人機(jī)控制平臺,，能夠方便的進(jìn)行控制單片機(jī)的輸出。
方案二：采用單片機(jī)AT89C52與4X4矩陣組成控制和掃描系統(tǒng),，并將鍵盤接成總線形式進(jìn)行分時掃描,，同樣采用總線的方式在P0口接1602液晶來顯示實(shí)際輸出電壓和設(shè)定值，這種方案既能很好的控制鍵盤及顯示,，又為主單片機(jī)大大的減少了程序的復(fù)雜性,，而且具有體積小，價格便宜的特點(diǎn),。
對比兩種方案可知,，方案一雖然也能很好的實(shí)現(xiàn)電路的要求，但考慮到電路設(shè)計的成本電路整體的性能,，我采用方案二,。
1.3 AD/DA模塊部分
方案一：AD采用MAX196，MAX196S是美信公司的一款具有多個輸入范圍,，12位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，它不僅具有轉(zhuǎn)換時間短,，采樣速率快的優(yōu)點(diǎn),，還具有兩種可編程的掉電模式。DA采用TLV5638, TLV5638是TI公司的12位DA轉(zhuǎn)換器,，具有兩個輸出通道,，數(shù)據(jù)傳輸接口為3線制的串行接口并且兼容SPI串行接口
方案二：AD和DA 分別采用TLC1543和 TLC5615。TLC1543和 TLC5615均是TI公司生產(chǎn)的10位串行接口芯片,。它們不僅抗干擾性強(qiáng),，穩(wěn)定性好，還具有低功耗和性價比高特點(diǎn),。
按照設(shè)計要求實(shí)現(xiàn)輸出電壓10mv步進(jìn)的要求,，AD和DA至少要求10位（最好是12位）,，但考慮到I/O口和操作方便以及功耗和性價比的問題，因此選擇方案二,。
1.4調(diào)理電路和報警模塊
因?yàn)?1單片機(jī)最多只能輸出5V的電壓,，而設(shè)計要求能最多輸出9.99V的電壓，因此我選擇了將輸出電壓通過同向放大電路放大2倍,，并且再外加電路進(jìn)行調(diào)理以便能電壓能精確輸出,。報警模塊則可以采用一個PNP三極管和蜂鳴器串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求。

二．理論分析與計算
2.1AD/DA模塊的分析
由于設(shè)計基本要求輸出電壓范圍為0～4.99V,，實(shí)現(xiàn)10mV步進(jìn),。即精度要求達(dá)到0.01V，8位的AD/DA顯然達(dá)不到要求,，因此必須選擇10位以上的AD/DA考慮到性價比的問題選擇10位的AD/DA,。又由于TI公司生產(chǎn)的10位串行接口芯片TLC1543和 TLC5615不僅抗干擾性強(qiáng)而且具有很低的功耗，加上串行接口還能緩解接口緊張的局面,。因此AD/DA芯片選擇了TLC1543和 TLC5615,。
2.2模擬接口和調(diào)理模塊的分析
由于設(shè)計發(fā)揮部分要求進(jìn)一步擴(kuò)大輸出電壓范圍到0～9.99V，而基本單片機(jī)模塊最多只能提供不超過5V的電壓,，因此想到將輸出電壓放大2倍,，再在軟件中實(shí)現(xiàn)調(diào)整即可達(dá)到要求。調(diào)理部分的電路作用是為了穩(wěn)定輸出增加電路的帶阻能力,，此部分可用基本的模擬放大調(diào)節(jié)模塊來實(shí)現(xiàn),，具體模塊將在后面進(jìn)行說明。
2.3鍵盤顯示模塊分析
在本次設(shè)計中,，由于要隨意輸入0～9.99V范圍內(nèi)的電壓值,，并且還要求能實(shí)現(xiàn)10mV步進(jìn)，因此采用4X4矩陣鍵盤來輸入0-9十個數(shù)和小數(shù)點(diǎn),，再用兩個按鍵來實(shí)現(xiàn)10 mV步進(jìn),。顯示模塊采用1602分兩行來顯示設(shè)定值和實(shí)際電壓輸出即可達(dá)到基本設(shè)計要求。

三．總體方案原理分析
3. 1 系統(tǒng)總體框圖如圖3-1所示,。
系統(tǒng)模塊分為：鍵盤輸入模塊,，ADC模塊，DAC模塊,，1602液晶顯示模塊,，蜂鳴器報警模塊，模擬接口和調(diào)理電路模塊,。鍵盤模塊輸入電壓設(shè)定值,，ADC實(shí)現(xiàn)實(shí)際輸出電壓值的測量，DAC實(shí)現(xiàn)設(shè)定值輸出,，蜂鳴器在按鍵輸入時發(fā)提示音并且當(dāng)設(shè)定值和實(shí)際測量值超過1V以上時報警,，1602液晶顯示電壓設(shè)定值和實(shí)測值,，模擬接口和調(diào)理電路模塊調(diào)節(jié)電路和增加輸出的帶阻能力。

                   圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3. 2各模塊設(shè)計
3.2.1鍵盤模塊
鍵盤模塊通過74HC573與單片機(jī)進(jìn)行總線連接,，單片機(jī)通過分時掃描來對設(shè)定值進(jìn)行采樣,，鍵盤中取消和確認(rèn)鍵用于取消和確定設(shè)定值，減和增用于實(shí)現(xiàn)10mV步進(jìn),。

                               圖3-2-1 鍵盤設(shè)計電路圖

3.2.2A/D和D/A模塊
A/D和D/A模塊分別采用串行接口芯片TLC1543和 TLC5615,，其中TLC1543與單片機(jī)P1口的部分管腳相連（P15提供模擬時序，P16提供使能信號）,。TLC5615
與單片機(jī)P3口的P3.2至P3.5相連,，并通過TLC5615的第七腳輸出電壓，其中
TLC5615的外部電路采用典型接法,。

                             圖3-2-2 鍵盤設(shè)計電路圖

3.2.3顯示和報警模塊
顯示模塊采用LCD1602來顯示設(shè)定值和實(shí)際電壓輸出,，1602與單片機(jī)也是采用總線的接法來驅(qū)動，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線P0口來傳輸,。報警模塊則通過簡單的電路實(shí)現(xiàn),，與單片機(jī)通過1.0來實(shí)現(xiàn)通訊。

                                圖3-2-3顯示和報警模塊電路圖

3.2.4模擬接口和調(diào)理電路模塊
模擬接口通過下圖右邊的放大器將輸出電壓放大兩倍,，并通過左邊的電路來穩(wěn)定電壓輸出和增加輸出的電流,。其中右邊的放大器的同向輸入端與DA電路的輸出
相連。

                          圖3-2-4模擬接口和調(diào)理電路模塊

四．軟件設(shè)計分析說明
4.1軟件設(shè)計思想說明
本系統(tǒng)的軟件采用多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計思想來完成,，所謂的多任務(wù)就是將系統(tǒng)任務(wù)分割成若干獨(dú)立的任務(wù),，然后讓CPU按照一定的頻度來輪流執(zhí)行各個任務(wù)。這其中的一個關(guān)鍵點(diǎn)就是要用中斷來進(jìn)行任務(wù)之間的切換,，并且每個任務(wù)在一個執(zhí)行周期里所需的時間是多少必須要在分析之后進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)定,。
4.2總程序流程圖如下

                    圖5-1總程序流程圖

五．系統(tǒng)仿真測試
5.1測試方案
運(yùn)行系統(tǒng)仿真后，通過鍵盤輸入設(shè)定輸出電壓值,，觀察LCD1602上顯示的設(shè)定值和實(shí)際值是否符合實(shí)際,，并聽蜂鳴器在按鍵輸入時是否有提示音。然后通過增和減按鍵來實(shí)現(xiàn)10mV步進(jìn),，通過多次設(shè)定來測試系統(tǒng)電壓的輸出范圍是否達(dá)到設(shè)計要求,。
5.1測試結(jié)果

                       表5-1電壓輸出設(shè)定值和實(shí)際值

5.2結(jié)果分析
由上表可以看出，系統(tǒng)不僅達(dá)到了輸出電壓范圍和電壓步進(jìn)要求也達(dá)到了設(shè)計的顯示要求,，而且輸出電壓范圍大,，具有按鍵提示和當(dāng)設(shè)定值并當(dāng)設(shè)定值和測量值超過1V以上時關(guān)閉輸出和報警功能,。系統(tǒng)還具有信號調(diào)理功能并且人機(jī)交互效果好,。由此可以看出系統(tǒng)達(dá)到了全部的基本要求和部分發(fā)揮部分要求，還具有功耗低,、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),，基本滿足設(shè)計要求,。

六.結(jié)束語
首先，通過本次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計,，在很大程度上提高了我的獨(dú)立思考能力和單片機(jī)的專業(yè)知識,，也深刻了解寫一篇應(yīng)用系統(tǒng)的步驟和格式，有過這樣的一次經(jīng)歷,，相信在接下來的日子我能在已有的基礎(chǔ)上做得更好,。本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制器件,由DAC模塊，ADC模塊,，鍵盤模塊,，液晶顯示模塊和蜂鳴器模塊和模擬接口和調(diào)理電路模塊組成，具有系統(tǒng)功耗低,、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),。但是由于時間較緊，最后還有部分發(fā)揮部分的要求未達(dá)到,，我會在接下來的時間里繼續(xù)完善該設(shè)計,，完善發(fā)揮部分的要求，并提高各方面的參數(shù),，以其做得更好,。
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