路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目：路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)：電子信息科學(xué)技術(shù) 班 級(jí)：081 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2012年 5 月 27 日 第 V 頁(yè) 目錄摘要IVAbstractV概述1國(guó)內(nèi)外研究狀況2論文的總體結(jié)構(gòu)3第一章 系統(tǒng)描述41.1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案及論證4第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件方案對(duì)比和選擇62.1 單片機(jī)62.1.1 AT89C51單片機(jī)62.1.2 STC89C52單片機(jī)62.2 三端可調(diào)穩(wěn)壓器72.2.1 三端正電源穩(wěn)壓電路780572.2.2 三端穩(wěn)壓器LM31772.3數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片82.3.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC562082.3.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC083282.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片102.4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC548102.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832102.5 運(yùn)算放大器112.5.1運(yùn)算放大器OP07112.6顯示器件122.6.1 LED顯示122.6.2 LCD顯示122.7 本章小結(jié)13第三章 系統(tǒng)硬件電路及說(shuō)明153.1 單片機(jī)控制模塊153.2 穩(wěn)壓控制模塊153.3 電壓與電流采樣模塊173.3.1電壓采樣電路183.3.2電流采樣電路183.4 顯示模塊193.5 鍵盤模塊203.6 光信號(hào)采集模塊203.7 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊21第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)234.1 主程序模塊234.2 電壓反饋比較子程序模塊234.3 按鍵掃描子程序模塊25第五章 系統(tǒng)的操作焊接和調(diào)試265.1系統(tǒng)的制作265.2 焊接265.3 系統(tǒng)調(diào)試275.3 軟件調(diào)試28設(shè)計(jì)總結(jié)30參考文獻(xiàn)31致謝32附錄33附錄一 系統(tǒng)主要代表程序33附錄二 設(shè)計(jì)電路原理圖42附錄三 設(shè)計(jì)PCB圖33附錄四 設(shè)計(jì)實(shí)物圖44路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要單片機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)的各個(gè)方面。本設(shè)計(jì)根據(jù)電壓控制的特點(diǎn)，模擬路燈供電系統(tǒng)對(duì)供電電源進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)中的輸入電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓之后，再對(duì)其進(jìn)行電壓電流采樣，并將采樣電壓電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，送入單片機(jī)，用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之后，再進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并且將其與經(jīng)LM317控制的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比，接著將此電壓作為控制信號(hào)作為輸入電壓穩(wěn)壓器中的調(diào)整信號(hào)控制輸出電壓的大小，并實(shí)現(xiàn)被控電源的步進(jìn)增減，以得到符合要求的穩(wěn)定的可控電壓用作模擬路燈的供電電源。采用模擬路燈照明探究路燈穩(wěn)壓技術(shù)，在電壓下模擬用單片機(jī)模擬路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)，運(yùn)用電子電路原理和編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬路燈照明的穩(wěn)壓控制，選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓器件和控制器件實(shí)現(xiàn)路燈的穩(wěn)壓和節(jié)能，探究路燈的最佳照明效果和最低消耗電能的完美配合。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，控制器件，模擬The design of streetlight steady voltage system Abstract Single-chip microcomputer control technology has been widely used in the electronics industry in all its aspects. This design according to the characteristics of voltage control, power supply of the power supply system simulation street lamp power. Design of the input voltage after voltage stabilizing, then the voltage current sampling, and the sampling voltage current module conversion, into a single-chip microcomputer, with single-chip computer to carry on the data processing, then for analog-to-digital conversion, and with the LM317 after the voltage reference voltage is compared, and benchmark voltage and control again object comparison and sampling voltage amplifier to adjust the input voltage, and its output voltage step increase or decrease control, to get to meet the requirements of the controlled voltage stability of the street lamps used for simulation power supplies. Using simulated street lamp lighting explore street lamp on technology, in voltage analog simulation system by single chip inside the street lamps, the use of electronic circuit principle and programming techniques to realize simulation street lamp lighting on voltage stability control, the choice of appropriate stabilizer pieces and control device implements street lamp on voltage stability and energy saving, explore the best lighting effect and street lowest power consumption of the perfect coordination.KeyWords：MCU，controlcomponent，simulation 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 第 41 頁(yè) 概述電能使當(dāng)今世界最主要的能源之一，是現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)保證。失去電源，人類將失去生產(chǎn)生活的保證，世界將陷入黑暗，是人類生活的源泉，如果沒了電，人類將失去光明，陷入混亂之中。然而，對(duì)待如此重要的生產(chǎn)生活基礎(chǔ)能源，我們的社會(huì)缺少節(jié)約用電的意識(shí)和節(jié)約電能的技術(shù)，使當(dāng)今社會(huì)電能浪費(fèi)嚴(yán)重。路燈已成為當(dāng)今社會(huì)最主要的公共照明設(shè)備。全國(guó)大小城市的大街小巷都裝有路燈，路燈已是公眾所熟悉的照明光源。但隨著路燈數(shù)量的增加的使用，路燈的系統(tǒng)的耗電量也在急劇增加，且照明路燈主要屬于高壓鈉燈，它的主要特點(diǎn)使功率大，穩(wěn)定性差。當(dāng)處于用電低谷的下半夜時(shí)，電壓常常高達(dá)250V以上，使得路燈的照明壽命降低。因此，為了節(jié)省能減耗，減少浪費(fèi)，降低用電成本，對(duì)城市路燈照明系統(tǒng)的改造首當(dāng)其沖，刻不容緩，在午夜之后車流量大幅減少時(shí)，關(guān)閉適當(dāng)數(shù)量的路燈，適當(dāng)降低照明強(qiáng)度，使過(guò)高的電壓進(jìn)行衰減，這樣既能節(jié)省用電，又能延長(zhǎng)路燈的使用壽命。但我國(guó)的路燈穩(wěn)壓技術(shù)相對(duì)于發(fā)達(dá)的西方國(guó)家而言卻有所欠缺。因此，我們應(yīng)當(dāng)吸收國(guó)外路燈照明的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和超前的技術(shù)，對(duì)比我國(guó)的國(guó)情發(fā)展適應(yīng)我國(guó)社會(huì)的路燈控制技術(shù)。因此，本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)來(lái)控制電壓的穩(wěn)定輸出，模擬路燈照明，尋求電能浪費(fèi)和延長(zhǎng)路燈使用壽命的技術(shù)方法。本文介紹了利用單片機(jī)控制穩(wěn)壓，恒流輸出的主要原理和方法。本設(shè)計(jì)基本設(shè)計(jì)思路是：以三端穩(wěn)壓電路來(lái)穩(wěn)定輸入電壓，以數(shù)模轉(zhuǎn)換電路對(duì)輸出電壓/電流進(jìn)行采集、反饋，最后用單片機(jī)來(lái)控制輸出，從而形成一個(gè)閉環(huán)反饋回路。數(shù)控電源技術(shù)是電源技術(shù)中實(shí)踐性較強(qiáng)的一種，是各行各業(yè)廣泛使用的一種工程技術(shù)。最新的電源技術(shù)融合了電子、電氣、集成系統(tǒng)材料科學(xué)等諸多領(lǐng)域的科技成果，直流穩(wěn)壓源是電子產(chǎn)品中最常用的穩(wěn)壓器件，在教學(xué)、科研、生產(chǎn)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，也是電子領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、相關(guān)開發(fā)部門必不可少的常用設(shè)備之一。直流電源因?yàn)槠潆妷悍€(wěn)定而用作電子電路的供電電源，其穩(wěn)壓的過(guò)程為變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四部分。這是傳統(tǒng)的直流電源，功能比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是控制難度高，穩(wěn)定性較差，干擾大，精度低，體積龐大。普通直流穩(wěn)壓電源大多存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)：一是通過(guò)粗調(diào)和細(xì)調(diào)控制輸出電壓，當(dāng)需精確輸出電壓或者小范圍內(nèi)改變輸出電壓時(shí)，難以做到。二是采用串聯(lián)穩(wěn)壓電路穩(wěn)定電壓，電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，穩(wěn)壓精度不高。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)為由于具有穩(wěn)定和快速的計(jì)算能力和控制能力而應(yīng)用于新一代穩(wěn)壓電路中，從而使新一代以單片機(jī)為核心的穩(wěn)壓電路具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定的出眾優(yōu)點(diǎn)，大大降低了模擬電路的復(fù)雜程度核心的智能型穩(wěn)壓電源不但電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能卓越，而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力，利用它對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算，從而可排除和減少由于干擾信號(hào)和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了模擬電路的要求。家用電器和其他各種電子設(shè)備所需的直流電源都由220v交流電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四個(gè)步驟產(chǎn)生。濾波器是濾波的核心器件，可以濾除整流輸出電壓中的紋波，傳統(tǒng)的濾波器由濾波扼流圈組成，重量和成本較大，所以在新型穩(wěn)壓電路中使用晶體管直流濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)濾波器。這樣減小了直流電源的體積，同時(shí)降低了家用電器的成本，是電器日趨小型化。另外傳統(tǒng)的直流電壓源用電位器波段開關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)電壓，用電壓表顯示電壓值，因此存在電位器磨損大，電壓讀書不直觀，電壓調(diào)整精度不高等缺點(diǎn)，而以單片機(jī)為核心的新型直流電壓源則很好的解決了上述問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外研究狀況我國(guó)的直流電源產(chǎn)業(yè)形成二十世紀(jì)六十年代，從九十年代開始，進(jìn)入進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。九十年代以來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金和創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)下，我國(guó)電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)得到了跨越式的發(fā)展，直流電源技術(shù)也在吸收和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)下得到了很好地發(fā)展，生產(chǎn)出了一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品和科研成果。但與發(fā)達(dá)國(guó)家的電源產(chǎn)業(yè)相比，我國(guó)的電源產(chǎn)呀在產(chǎn)品的質(zhì)量，可靠性，開發(fā)投入，生產(chǎn)規(guī)模，工藝水平，檢測(cè)技術(shù)，智能化等方面仍然存在著10年左右的的差距。我國(guó)當(dāng)今的電子市場(chǎng)上照明路燈種類繁多，但基本上在智能和節(jié)能穩(wěn)壓方面未能達(dá)到令人滿意的效果。主要表現(xiàn)為，燈光閃爍，供電電源電壓未能實(shí)現(xiàn)智能智能控制，控制速度慢，穩(wěn)壓功能差，路燈易發(fā)熱，照明路燈的正使用壽命較短，從而造成了電能浪費(fèi)，路燈照明成本大的問(wèn)題。另外我國(guó)路燈照明系統(tǒng)采用的相控技術(shù)也會(huì)產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)，降低照明質(zhì)量，污染環(huán)境，國(guó)際上已明確禁止使用這種無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，直流電源也由傳統(tǒng)的分離元件和集成電路控制變?yōu)楫?dāng)今的單片機(jī)控制，電源技術(shù)變得更加智能化，也實(shí)現(xiàn)了，遙控功能。模塊化是當(dāng)今直流電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)N+1冗余電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展，從而提高電源的可靠性。采用電流控制模式和集中散熱模式控制電源，可以實(shí)現(xiàn)電源的實(shí)時(shí)和多人監(jiān)控，使其具有高效，更可靠，輻射低，維護(hù)方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，而且使電源體積更小，比傳統(tǒng)可控硅電源節(jié)省20%的電能。近20年中，以美國(guó)和日本為代表的國(guó)家實(shí)現(xiàn)了使用緊湊型熒光燈（CFL）和鎮(zhèn)流器節(jié)能的方法。且在節(jié)能技術(shù)方面具有以下特點(diǎn)：一、大力推廣綠色照明，在光源的材料的使用制作出一系列規(guī)范和要求，實(shí)現(xiàn)了光源材料的有效管理，把綠色照明推廣到全社會(huì)。二、努力提高功率性器件的性能。通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)流器的的技術(shù)改進(jìn)和完善來(lái)提高照明器件的使用效率。論文的總體結(jié)構(gòu)第一部分 主要是介紹本設(shè)計(jì)的背景、意義以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容。第二部分 主要介紹了本設(shè)計(jì)總的設(shè)計(jì)思路并提出了幾種方案的實(shí)現(xiàn)與論證，并對(duì)該方案運(yùn)用的基礎(chǔ)知識(shí)和所使用的器件作出了扼要的介紹。第三部分 主要詳細(xì)闡述了包括單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊、光信號(hào)采集模塊和鍵盤模塊各個(gè)模塊的整體結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)框圖。第四部分 主要闡述了軟件設(shè)計(jì)的思路以及軟件設(shè)計(jì)流程圖。第五部分 主要是對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試和誤差分析。第六部分 為設(shè)計(jì)總結(jié)。第一章 系統(tǒng)描述1.1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案及論證 對(duì)于本設(shè)計(jì)我擬定了三種設(shè)計(jì)方案，分別為：方案一 設(shè)計(jì)開關(guān)電源。采用功耗較小，效率高，形式靈活的PWM脈寬調(diào)制。其基本原理為：利用PWM占空比的線性變化時(shí)電流發(fā)生非線性變化，濾波電容使PWM得積分效果更加明顯，在利用單片機(jī)的電源PWM控制開關(guān)占空比調(diào)整輸出電壓，從而穩(wěn)定輸出電壓。方案二 將D/A和運(yùn)算放大器作為電流源，用D/A的輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏置電壓。此方案的優(yōu)點(diǎn)是能縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，并提高輸出精度。此方案用包括微控制器模塊，穩(wěn)壓控制模塊，鍵盤模塊，顯示模塊四部分組成開環(huán)控制方式。方案原理圖為2.1輸入單片機(jī)穩(wěn)壓電路數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出液晶屏顯示按鍵電路2.1 設(shè)計(jì)方案原理圖 方案三 此方案的基本原理是利用D/A轉(zhuǎn)換芯片和三端穩(wěn)壓器來(lái)控制穩(wěn)壓。即用D/A轉(zhuǎn)換芯片三極管的偏置電壓，通過(guò)電壓電流采樣電路，A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。利用放大電路放大D/A轉(zhuǎn)換的輸出電壓，并將其作為參考電壓，而穩(wěn)壓模塊則輸出真實(shí)的輸出電壓。此方案為第二方案的改進(jìn)，和第二方案相比，輸出電壓控制精度更高，調(diào)節(jié)時(shí)間更短。此方案主要由單片機(jī)控制模塊，穩(wěn)壓控制模塊，電壓/電流采樣模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，光信號(hào)采集模塊，繼電器輸出模塊七部分組成。方案原理圖如圖2.2所示。電源電壓采樣三端穩(wěn)壓 模數(shù)轉(zhuǎn)換器電流采樣信號(hào)反饋單片機(jī)三端穩(wěn)壓電壓放大數(shù)模轉(zhuǎn)換器光信號(hào)采集繼電器驅(qū)動(dòng)燈鍵盤控制液晶屏顯示 圖2.2 方框圖系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件方案對(duì)比和選擇2.1 單片機(jī) 2.1.1 AT89C51單片機(jī) AT89C51單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的一款低電壓高性能的CMOS 8位單片它內(nèi)部有4kbytes可反復(fù)擦除的只讀存儲(chǔ)器（PEROM），128bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）采用了ATMEL公司高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，能與標(biāo)準(zhǔn)MCS51系統(tǒng)兼容，其擦寫周期為1000次，含有32個(gè)可編程I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)器，6個(gè)中斷源，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其優(yōu)點(diǎn)是靈活性較高，價(jià)格較為便宜。2.1.2 STC89C52單片機(jī) STC89C52是一款8K字節(jié)可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能COMOS8位單片機(jī)。它和AT89C51一樣采用了ATMEL公司的高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)，也可以與標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)和輸出管腳兼容。STC89C52內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器可以構(gòu)成振蕩器，放大器的輸入端和輸出端分別是引腳RXD和TXD。對(duì)比AT89C51單片機(jī)，STC89C52單片機(jī)的特點(diǎn)是：一、抗干擾能力強(qiáng) 二、功耗很低 三、安全性高。其主要引腳功能如下: 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：外接5V電源作為電源輸入GND(Pin20)：輸出接地晶振輸入引腳（2根）XTAL1(Pin19)：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，當(dāng)引腳上有2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)將復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.72.2 三端可調(diào)穩(wěn)壓器2.2.1 三端正電源穩(wěn)壓電路7805三端穩(wěn)壓器7805的輸出電壓為5v，其內(nèi)部的過(guò)熱保護(hù)保證它工作在安全工作區(qū)，其最大的輸出電流為1.5A，接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?，可以獲得不同的電壓電流，因此應(yīng)用非常廣泛。2.2.2 三端穩(wěn)壓器LM317三端穩(wěn)壓器LM317由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司所生產(chǎn)。其輸出電壓在1.2到37V之間，最大輸出電流為1.5A，具備限流和安全補(bǔ)償能力，用外部電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。LM317在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，可制作可編程輸出穩(wěn)壓器，也可用作精密穩(wěn)流器，局部穩(wěn)壓等。因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。LM317在可輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，而LM337則可輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓器內(nèi)部有過(guò)流，過(guò)熱保護(hù)電路，性能優(yōu)良，可靠性高，耐用方便，且電壓可調(diào)精度高于集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)穩(wěn)壓電源。LM317原理電路如圖2.3所示。其瞬態(tài)響應(yīng)如式2.1所示。Vout=1.25V（1+）+IadjR2 (式2.1)式2.1中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻R1兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器R2。，電阻R1取值范圍為120240，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。分析以上兩種方案的性能原理后，考慮到LM317和LM337電壓可連續(xù)可調(diào)，和可輸出正負(fù)電壓的特點(diǎn)，我決定采用方案二作為本設(shè)計(jì)穩(wěn)壓控制器。 圖2.3 LM317應(yīng)用電路2.3數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片2.3.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC5620 TLC是帶有4個(gè)電壓輸出型的8位數(shù)模和轉(zhuǎn)換芯片并且?guī)в芯彌_參考輸入（高阻抗）。對(duì)TLC5620的數(shù)控通過(guò)一個(gè)3線串行總線完成。該器件能與CMOS兼容，易于和所用的控制器接口，工作時(shí)的溫度范圍在0到70。TLC5620是用4個(gè)電阻串DAC模塊實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)電阻串的一端接到GND端，另一端接到參考輸入緩沖的輸出端。通過(guò)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(duì)參考源總是呈現(xiàn)高阻抗。2.3.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832DAC0832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為單電源供電，正常工作范圍在+5V+15V之間，基準(zhǔn)電壓的范圍為10V，電流建立時(shí)間為1us，CMOS工藝，低功耗20mm。該器件由一個(gè)8位輸入寄存器、1個(gè)8位DAC寄存器和1個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器組成，主要作用是與8080，8048，8085，Z80及其他通用的微型處理器進(jìn)行相接。他能直接存儲(chǔ)R-2R電阻梯形網(wǎng)絡(luò)能將參考電流分開，并為電路提供合適的溫度處理特性，電路利用CMOS電流開關(guān)和控制邏輯來(lái)達(dá)到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。DAC0832具有雙緩沖可以使這些D/A轉(zhuǎn)換器在獲取下一個(gè)數(shù)位字時(shí)輸出相應(yīng)一個(gè)數(shù)位字的電壓。這就使得任何一個(gè)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2.4所示。 圖2.4 DAC0832邏輯框圖和引腳排列通過(guò)、ILE、控制信號(hào)可以構(gòu)成三種不同DAC0832工作方式。1、直通方式：當(dāng)=0時(shí)，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個(gè)寄存器直接進(jìn)入D/A 轉(zhuǎn)換器。2、單緩沖方式：兩個(gè)寄存器之一始終處于直通，即=0或=0，另一個(gè)寄存器處于受控狀態(tài)。3、雙緩沖方式：兩個(gè)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(hào)同時(shí)輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。在本設(shè)計(jì)中，DAC0832的和連接后接單片機(jī)的P3.0，和接地，讓DAC083工作在單緩沖方式下。與TLC5620相比，DAC0832具有電路簡(jiǎn)單，電流建立時(shí)間短，容易購(gòu)買的優(yōu)點(diǎn)，故選擇DAC0832作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片2.4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC548 模數(shù)轉(zhuǎn)換TLC548是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的一款8位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，其基本原理為電容逐次逼近原理，且是一款以開關(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，可與通用微處理器、控制器通過(guò)CLK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串接。其正常輸出電壓范圍為3V6V，優(yōu)點(diǎn)是控制口線少，時(shí)序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，價(jià)格便宜，通常應(yīng)用于低功耗電路中的單路A/D采樣，也可將多個(gè)A/D并聯(lián)使用。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為17s，TLC548的最高轉(zhuǎn)換速率為45500次/s。總失調(diào)誤差最大為0.5LSB，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(hào)的采樣。TLC548的系統(tǒng)時(shí)鐘與I/O CLOCK是獨(dú)立工作的。因此，無(wú)須特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I/O CLOCK無(wú)意義。在CS控制作用下允許多片TLC548同時(shí)使用，共用I/O CLOCK，這就減少了多路A/D并用時(shí)的I/O端口數(shù)量。除此外，TLC548與具有串行外圍接口(SPI)的單片機(jī)或微處理器配合使用也很方便，還可以與51單片機(jī)系列連接使用。2.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款8位分別率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，最高分辨率為256級(jí)。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用方式使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間，且芯片的正常轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us，有雙數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能。它的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)誤差小，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。其獨(dú)立芯片使能輸入的特點(diǎn)，使多器件掛接和處理器控制更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端可以輕松實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。通常狀況下，ADC0832與單片機(jī)的接口為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但DO端與DI端在通信時(shí)并不是同時(shí)有效，并且單片機(jī)的接口是雙向的，所以設(shè)計(jì)電路時(shí)可將DO與DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。ADC0832轉(zhuǎn)換速度比TCL548略低。但因?yàn)槠潆p數(shù)據(jù)輸出的提點(diǎn)，所以性能較為穩(wěn)定。ADC0832引腳功能及引腳圖如圖2.5所示。圖2.5 ADC0832引腳圖排列 ADC0832引腳功能：1、：片選使能，低電平芯片使能。2、CH0：模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。3、CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。4、GND：芯片參考0電位（地）。5、DI：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。6、DO：數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。7、CLK：芯片時(shí)鐘輸入。8、Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。通過(guò)分析以上兩種方案和本設(shè)計(jì)的功能需要，我決定采用ADC0832作為設(shè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。2.5 運(yùn)算放大器2.5.1運(yùn)算放大器OP07OP07芯片是一種低噪聲運(yùn)算放大器，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。OP07的輸入失調(diào)電壓最大為25uV，因此OP07在通常情況下不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，因?yàn)榫哂械褪д{(diào)、高開環(huán)增益的特性，所以O(shè)P07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。另外OP07的失調(diào)電壓溫漂也很低，而且輸入噪聲電壓幅度也能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。通常OP07用于穩(wěn)定積分，精密絕對(duì)值電路，比較器和微弱信號(hào)的放大等。OP07的特征值如下：1、低輸入偏置電流：1.8nA。2、低失調(diào)電壓漂移：0.5uV/。3、超穩(wěn)定，時(shí)間：2V/month最大。4、高電源電壓范圍：3V至22V。5、超低偏移：150uV最大。因此，本設(shè)計(jì)采用性能強(qiáng)勁而穩(wěn)定的OP07作為運(yùn)算放大器。2.6顯示器件2.6.1 LED顯示LED即Light Emitting Diodeled的縮寫，所以LED顯示屏是由多個(gè)發(fā)光二級(jí)管組成的顯示器件。所以從發(fā)光二極管就可以分析出LED顯示器件的特性。首先，其優(yōu)點(diǎn)是：一、抗震耐沖擊。二、光響應(yīng)速度較快。三、耗電率較低。四、使用壽命較長(zhǎng)。然而，其缺點(diǎn)也是非常明顯的：一、單光源發(fā)光面較窄，故應(yīng)用在設(shè)計(jì)中不便于對(duì)各種電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的觀測(cè)和記錄。三、易造成熱量堆積，影響電路性能，嚴(yán)重時(shí)甚至可能擊穿電路板。四、由于發(fā)光二級(jí)管的電流敏感特性，所以LED顯示器件抗電流過(guò)載能力較差。2.6.2 LCD顯示LCD1602液晶顯示。LCD1602也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。LCD1602具有微功耗，體積小，顯示內(nèi)容豐富，超薄微小等優(yōu)點(diǎn)。LCD1602引腳如圖3.4所示。LCD1602顯示屏特征值：1、顯示容量：16X2個(gè)字符。2、芯片工作電壓：4.5-5.5V。3、工作電流2MA（5V）不包括背光電流。4、模塊最佳工作電壓為5V。5、字符尺寸：2.95X4.35mm。6、帶有英文和日文字庫(kù)，使用方便。LCD1602顯示屏引腳功能表如表2.1所示。表2.1 LCD引腳定義引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出作用1VSS電源地2VCC電源（+5V）3VEE對(duì)比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令，1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)1=從LCD讀取信息6E1,1-0輸入使能信號(hào)，1時(shí)讀取信息，1 0(下降沿)執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line715A+VCCLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極通過(guò)比較LCD和LED的性能特點(diǎn)，我決定采用LCD1602采用設(shè)計(jì)的顯示器件。2.7 本章小結(jié)本設(shè)計(jì)采用性能穩(wěn)定的STC89C52單片機(jī)作為電路核心控制器，將P0口和DAC0832的數(shù)據(jù)口相連作為數(shù)據(jù)輸出端，將D/A的電壓輸出連接到放大器OP07的輸入端，并將放大器OP07的放大倍數(shù)設(shè)定為5，最后LM317的電壓分辨率是0.1V。所以，當(dāng)STC89C52單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)增加1時(shí)，最終輸出電壓增加0.1V，所以可以以每次增加或者減少0.1V的調(diào)整梯度來(lái)調(diào)整電壓值。本設(shè)計(jì)的基本電路原理是采用單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換的輸出電壓大小，再將其輸出電壓送入運(yùn)算放大器將其放大，以此作為穩(wěn)壓模塊最終的輸出的參考電壓。，由LM317輸出最終的輸出電壓，從而形成一個(gè)閉環(huán)電路穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，通過(guò)采集輸出電壓，電流，并進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的穩(wěn)壓，恒流調(diào)節(jié)。綜合分析以上各個(gè)方案后，本設(shè)計(jì)總原理框圖如圖2.7所示。電源模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0832電壓采樣三端穩(wěn)壓 LM317電流采樣信號(hào)反饋單片機(jī)STC89C52電壓放大OP07三端穩(wěn)壓LM317數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832 232323232323232323232322323232光信號(hào)采集燈繼電器驅(qū)動(dòng)鍵盤控制液晶屏顯示圖2.7 系統(tǒng)原理框圖第三章 系統(tǒng)硬件電路及說(shuō)明3.1 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)控制模塊以宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52芯片51系列為核心，P0口作為輸出數(shù)據(jù)端口外接液晶顯示屏LCD1602，同時(shí)以P2.0、P2.1、P2.2作為液晶顯示器LCD1602控制端口；P1口作為輸出數(shù)據(jù)端口外接DAC0832，P3.0用做DAC0832的控制端口；P3.1，P3.2，P3.3作為輸入數(shù)據(jù)傳輸端口外接3個(gè)獨(dú)立按鍵；P2.5,P2.6，P2.7作為輸入/輸出數(shù)據(jù)傳輸端口外接ADC0832。單片機(jī)控制電路如圖3.1所示。復(fù)位開關(guān)為按鍵KEY1。圖3.1 單片機(jī)控制電路3.2 穩(wěn)壓控制模塊本設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓控制模塊由DAC0832、LM317、LM317及運(yùn)放OP07組成。電路的工作原理是用DAC0832的輸出參考電壓去控制LM317的輸出電壓。而DAC0832的基準(zhǔn)電壓Verf則是通過(guò)調(diào)整LM317基準(zhǔn)源控制。STC89C52單片機(jī)的P1口和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連，DAC0832的腳和腳互連后接P3.0，和接地，DAC0832工作方式為單緩沖方式。通過(guò)可調(diào)電阻分壓控制LM317，讓LM317的輸出電壓為5.12V，DAC0832的輸出電流與電壓的轉(zhuǎn)換公式為式3.1：ui=-(bn-1*2n-1+ bn-2*2n-2+b1*2+ b0*20)*Rf=-B （式3.1）通過(guò)計(jì)算分析知道DAC0832的11腳輸出電壓的分辨率為0.02V，即DAC0832輸入數(shù)據(jù)每增加1，輸出電壓增加0.02V。穩(wěn)壓控制電路圖如3.2所示。圖3.2 穩(wěn)壓控制電路（1）圖3.2 穩(wěn)壓控制電路（2）由圖3.2的LM317應(yīng)用電路分析可得，設(shè)運(yùn)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(yùn)算放大器OP07的輸入端，該放大電路運(yùn)用了典型的差分放大電路，并由差分放大公式Uo1=Au（|Ui1-Ui2|）且放大值A(chǔ)u=（R8+R9）/R8，得輸出電壓與輸入電壓關(guān)系： Uo1=(R8+R9)/R8*(| Ui1-Ui2|)=5*（|Ui1-Ui2|） (式3.2)電源輸出電壓為： Uout=Uo1+Uref*(1+R11/R12)=Uo1+1.25*(1+R11/R12)=Uo1+1.8 （式3.3）式3.3中，Uref為電阻R12兩端的電壓，所以當(dāng)Uo1為零時(shí)，取得最小輸出電壓1.8V，經(jīng)過(guò)運(yùn)放后，因?yàn)榉糯蟊稊?shù)為5，所以最后LM317的電壓分辨率為0.02*5=0.1V。最后的穩(wěn)壓控制效果是，當(dāng)單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)增加1時(shí)，LM317輸出電壓增加0.1V。3.3 電壓與電流采樣模塊電壓與電流采樣模塊是路燈穩(wěn)壓系統(tǒng)中必不可少的部分。ADC0832為8位逐次逼近型ADC，將其與一個(gè)兩通道的模擬器連接后，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)端口的兩路單端輸入電壓采樣，單端輸入電壓以零電位為基準(zhǔn)。在ADC0832中，當(dāng)輸入電壓大于設(shè)定的電壓值時(shí)，就將DAC的輸出電壓減小一位數(shù)值，之后再采樣并與設(shè)定電壓比較，并將比較循環(huán)，直到輸入的電壓等于或者接近設(shè)定的電壓值循環(huán)結(jié)束。相反，當(dāng)輸入電壓小于設(shè)定電壓值時(shí)，如果輸入的電壓小于設(shè)定的電壓值時(shí)，就將DAC的輸出電壓增大一位數(shù)值，之后在進(jìn)行采樣和比較，如此循環(huán)，直到輸入電壓等于或者接近設(shè)定的電壓值時(shí)，循環(huán)結(jié)束。不斷地采樣和比較，循環(huán)操作，形成閉環(huán)反饋，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。3.3.1電壓采樣電路電壓采樣電路的基本原理是：在輸出回路中并聯(lián)連個(gè)可調(diào)電阻R13、R14，且這兩個(gè)可調(diào)電阻由如下關(guān)系：（R13+R14）=0.2。這樣當(dāng)調(diào)節(jié)R14時(shí)，就能從兩個(gè)電阻之間得到0.2Uo作為采樣電壓并與DA轉(zhuǎn)換的5Ui對(duì)應(yīng)，之后用運(yùn)算放大器UA741連接的電壓跟隨器將采樣電壓輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832中，最后將數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。3.3.2電流采樣電路電流采樣電路的基本原理是：將采樣電壓送入一級(jí)運(yùn)算放大器中放大，再將放大后的采樣電壓送到ADC中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將最后的數(shù)字信號(hào)送入單片中處理，最終實(shí)現(xiàn)功能。電壓/電流采樣電路如圖3.3所示。圖3.3 電壓/電流采樣電路3.4 顯示模塊LED和LCD是兩種最重要的顯示方式。LED顯示的主要特點(diǎn)是，其顯示屏由發(fā)光二級(jí)管組成，顯示亮度較高，且可視度達(dá)到160，具備各種文字，數(shù)字，彩色圖像即動(dòng)畫顯示的功能。除此外，可播放電視，錄像，VCD,DVD等視頻信號(hào)。LED單元素的反應(yīng)速度為L(zhǎng)CD的1000倍，但是LED顯示屏耗電大，且隨著顯示位數(shù)的增加必須增加其端口數(shù)。當(dāng)采用動(dòng)態(tài)掃描方式時(shí)，會(huì)延遲CPU的響應(yīng)時(shí)間，而采用靜態(tài)顯示則需要加入鎖存器，是電路變得十分復(fù)雜。與LED相比，LCD電路較為簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)便宜，顯示效果也更為直觀，本設(shè)計(jì)中采用LCD1602作為顯示器件。Lcd1602能完整顯示26個(gè)英文字符另外的常見字符，也能清晰顯示英文名稱和位數(shù)為三的電壓值及位數(shù)為兩位的電流值。通過(guò)單片機(jī)編程控制第4腳RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L），第5腳R/W讀/寫選擇端（H/L），第6腳E使能信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)lcd1602的顯示效果。Lcd1602顯示控制電路圖如圖3.4所示：它的顯示運(yùn)行原理如下：讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H,E=H;輸出：D0D7=狀態(tài)字。寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖；輸出：無(wú)。讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H；輸出：D0D7=數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=L，RW=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖；輸出：無(wú)圖3.4 LCD1602顯示電路3.5 鍵盤模塊本設(shè)計(jì)中鍵盤模塊設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，分別是KEY2，KEY3，KEY4。鍵盤電路如圖3.5所示。其電路原理為：其控制數(shù)據(jù)信息分別由單片機(jī)P3.1引腳、P3.2引腳、P3.3引腳輸入，鍵盤電路中，KEY2為翻頁(yè)按鍵，在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中保存了最近設(shè)置的電壓值，從而解決了電壓需要反復(fù)設(shè)置的麻煩，KEY3為電壓增加按鍵，KEY4為電壓減小按鍵，按一下KEY3后，當(dāng)前電壓增加0.1V，按一下KEY4，當(dāng)前電壓則減小0.1V。圖3.5 鍵盤電路3.6 光信號(hào)采集模塊本設(shè)計(jì)中的光信號(hào)模塊由光敏電阻，電位器電阻，NPN管以及UA741運(yùn)算放大器組成，用作電路工作的開關(guān)?？刂齐娐啡鐖D3.6所示。模塊電路工作原理是：當(dāng)白天光照強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值減小，運(yùn)算放大器同向輸入端為低電平，控制繼電器斷開，用作模擬路燈的發(fā)光二極管熄滅。當(dāng)夜晚或光照較弱時(shí)，光敏電阻阻值增大，運(yùn)算放大器同向輸入端為高電平，此時(shí)繼電器吸合，用于模擬路燈的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。光控電路輸出的控制信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后輸入單片機(jī)的P3.4口。光信號(hào)采集電路中的R20在電路中起到限流的作用，防止電流大而擊穿三極管，R21則能調(diào)整電路對(duì)光信號(hào)的靈敏度的作用。圖3.6 光信號(hào)采集電路光控信號(hào)的輸入口為單片機(jī)的P3.4口，輸出端為P2.3口，最后連接到繼電器驅(qū)動(dòng)。3.7 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊在本設(shè)計(jì)中，將單片機(jī)P2.3口連接到運(yùn)算放大器UA741同相輸入端，由于在高電平時(shí)的輸出電流約為0.08-0.16mA，故我在設(shè)計(jì)中將較為微弱的單片機(jī)輸出信號(hào)UA741構(gòu)成的電壓跟隨器進(jìn)行放大，以提高其負(fù)載能力。這樣使將輸出電流放大后使其具備驅(qū)動(dòng)三極管的能力，另一方面，為防止電流過(guò)大燒壞三極管，我在電路中加入了限流電阻。本設(shè)計(jì)中繼電器的驅(qū)動(dòng)電源為5V，觸點(diǎn)電流為1A，吸合電流設(shè)為50mA，基極電流需要控制在0.5mA左右，故在設(shè)計(jì)電路中選擇的三極管，根據(jù)本設(shè)計(jì)功能需要三極管的集電極負(fù)載電流額點(diǎn)值必須在50mA以上。并且三極管的集電極與發(fā)射極，集電極與基極之間的最大電壓要大于5V， 。根據(jù)上述要求，我在本設(shè)計(jì)中采用9013三極管，其基本參數(shù)為集電極-基極擊穿電壓=30 V，集電極-發(fā)射極擊穿電壓=25 V，集電極電流為500 mA ，基極電流為50mA。在此電路中，當(dāng)開關(guān)負(fù)載和繼電器感性負(fù)載相同時(shí)，即當(dāng)三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電路中會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最高可達(dá)到百伏以上，當(dāng)此電壓超過(guò)三極管的時(shí)，三極管將會(huì)被此電壓擊穿。因此必須在繼電器上并反向電壓可達(dá)到1000V以上的1N4007，這樣就將電位鉗制在左右，從而防止三極管發(fā)生擊穿的情況。繼電器驅(qū)動(dòng)電路如圖3.7所示。圖3.7 繼電器驅(qū)動(dòng)電路第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序模塊本設(shè)計(jì)的軟件主程序流程圖如下所示。當(dāng)程序開始運(yùn)行后，首先檢測(cè)是否有按鍵被按下，若有則進(jìn)入相應(yīng)的按鍵功能程序中，若沒有則讓顯示器LCD1602顯示單片機(jī)中設(shè)定的數(shù)值。在此同時(shí)單片機(jī)也會(huì)接收系統(tǒng)采集的外部數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，比對(duì)，然后產(chǎn)生相應(yīng)的指令修改實(shí)際的電壓電流值，輸出穩(wěn)定的可調(diào)電壓。開始初始化數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換子程序反饋比較子程序取鍵號(hào)電壓是否增加？Y調(diào)用電壓加0.1V子程序NY調(diào)用電壓減0.1V子程序電壓是否減小？ND/A轉(zhuǎn)換輸出控制燈圖4.1 軟件主程序流程圖4.2 電壓反饋比較子程序模塊本設(shè)計(jì)中的比較子程序流程圖如下圖所示。主程序的子程序中隊(duì)實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行比較并得出差值，當(dāng)實(shí)際值大于設(shè)定值時(shí)則用當(dāng)前電壓值減去差值后在進(jìn)行判斷和轉(zhuǎn)換，當(dāng)實(shí)際值小于設(shè)定值時(shí)則用當(dāng)前電壓值加上差值在進(jìn)行比較和轉(zhuǎn)換。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)|實(shí)際值-設(shè)定差值|大于1?NY實(shí)際值設(shè)定值？保留顯示設(shè)定值N原來(lái)的顯示設(shè)定值-差值Y原來(lái)的顯示設(shè)定值+差值顯示結(jié)果恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回圖4.2 反饋比較子程序流程圖4.3 按鍵掃描子程序模塊本設(shè)計(jì)中的按鍵掃描子程序流程如下圖所示。程序開始運(yùn)行時(shí)，當(dāng)掃描并發(fā)現(xiàn)有按鍵按下的同時(shí)，進(jìn)行消抖，這樣就能防止由于按鍵的震動(dòng)而導(dǎo)致誤判，之后再依次判斷第一個(gè)鍵，第二個(gè)鍵，第三個(gè)鍵是否按下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中某個(gè)鍵按下時(shí)，立即輸出返回值。按鍵掃描程序流程圖如下所示。NNNYYY開始掃描按鍵第三個(gè)鍵按下輸出返回值退出是否有鍵按下消抖第一個(gè)鍵 是否按下？第二個(gè)鍵 是否按下？圖4.3 按鍵掃描子程序流程圖第五章 系統(tǒng)的操作焊接和調(diào)試5.1系統(tǒng)的制作在本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)制作中，我通過(guò)查閱相關(guān)資料和結(jié)合自己所學(xué)的知識(shí)，然后在老師的指導(dǎo)下，我順利確定了我的設(shè)計(jì)電路圖。接下來(lái)我根據(jù)設(shè)計(jì)的功能和所用元件，我畫出了軟件流程圖，且根據(jù)流程圖編寫了相關(guān)模塊的程序,有用PROTEUS軟件進(jìn)行了仿真，在確定了仿真的正確后，我開始用PROTEL99軟件畫設(shè)計(jì)電路圖。畫好電路圖后，我才是制作設(shè)計(jì)電路的PCB，在PCB的制作中，為了防止過(guò)尖外角處銅箔產(chǎn)生剝離或者翹起，也為了防止導(dǎo)線拐彎處產(chǎn)生尖脈沖，對(duì)電路信號(hào)產(chǎn)生干擾，我將導(dǎo)線的拐角設(shè)置為45，另一方面，為了保證導(dǎo)線對(duì)信號(hào)有足夠的傳導(dǎo)能力我將設(shè)計(jì)電路中的信號(hào)線寬度設(shè)置在0.8mm以上，為了減少電壓在電路中傳輸損耗，我將設(shè)計(jì)電路中的電源導(dǎo)線的寬度設(shè)置在1.4mm至2mm之間，根據(jù)設(shè)計(jì)電路的實(shí)際情況，我將導(dǎo)線之間的間距設(shè)置為1mm。為了保證布局的緊湊和合理，減少電路板的空間浪費(fèi)，在讓導(dǎo)線跨度盡量短的前提下，我將大多數(shù)的電阻，電容進(jìn)行歸類放置。最后，我在PCB板上的空白處進(jìn)行了鋪地敷銅的處理。5.2 焊接由于設(shè)計(jì)電路較為復(fù)雜，故我決定在電路板制作時(shí)采用雙面板，雙面板的制作相對(duì)單面板較為復(fù)雜。為了更好的完成本次設(shè)計(jì)，鑒于本設(shè)計(jì)需要，我在設(shè)計(jì)工作中秉承以下原則：1、 采用外熱式電烙鐵進(jìn)行焊接，并使用B,C兩種類型的烙鐵頭。2、 在通孔處適當(dāng)增加焊錫量，以保證通孔銅片焊接面完全融洽在一起。3、 在安放元件時(shí)適當(dāng)選擇元件引腳高度，以保證焊點(diǎn)元件引腳明顯可見（元件引腳高出基板0.5mm至2.0mm）。4、 焊錫點(diǎn)元件面引腳焊錫適量增多，以保證焊錫與元件元件引腳，通孔銅片焊接面兩面的焊接良好。5.3 系統(tǒng)調(diào)試 一、DAC0832的電壓調(diào)試。調(diào)節(jié)LM337時(shí)，因?yàn)槠湫阅懿环€(wěn)定，故應(yīng)耐心調(diào)試電位器R6直到三端穩(wěn)壓器LM337的輸出電壓為5V。二、P07正輸入端電壓調(diào)試。當(dāng)需測(cè)量運(yùn)算放大器OOP07的步進(jìn)電壓是否為0.1V時(shí)，需稍微改變DAC0832的輸入電壓，因?yàn)镺P07正輸入端的電壓來(lái)自DAC0832，這樣才能保證系統(tǒng)精確性。三、系統(tǒng)的平衡性。為了保持放大系統(tǒng)平衡性，應(yīng)反復(fù)調(diào)節(jié)電位器R10。這是因?yàn)镺P07采用的是雙電源供電，很可能會(huì)影響系統(tǒng)的平衡性。四、步進(jìn)值檢測(cè)。 由于三端穩(wěn)壓器LM317對(duì)輸出端的影響，故當(dāng)輸出端的步進(jìn)值達(dá)不到0.1V時(shí)，應(yīng)首先檢查L(zhǎng)M317的性能是否完好。五、檢測(cè)運(yùn)算放大器的放大性能。當(dāng)運(yùn)算放大器失去電壓放大能力時(shí)，應(yīng)首先檢查運(yùn)放的驅(qū)動(dòng)電源VCC是否正確連接，確定之后在檢查元器件的好壞。六、三極管的檢測(cè)。當(dāng)三極管不能按要求進(jìn)行導(dǎo)通和截止時(shí) ，首先檢查三極管的管腳是否正確焊接，之后檢查三極管是否完好。七、繼電器的檢測(cè)。進(jìn)行繼電器的檢測(cè)時(shí)，用5V電源連接于繼電器驅(qū)動(dòng)電源的兩端，聽到“嘡”一聲響后，用萬(wàn)用表一組管腳是否導(dǎo)通。再將5V電源去掉，如果又聽到“嘡”的一聲，此時(shí)再用萬(wàn)用表另外一組管腳是否導(dǎo)通，如果兩組管腳都是導(dǎo)通的，則說(shuō)明繼電器完，能正常工作，否則繼電器已損壞，不能正常工作。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，向單片機(jī)中輸入穩(wěn)定的可調(diào)直流電，輸入電壓經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理與數(shù)模轉(zhuǎn)換后，用萬(wàn)用表測(cè)量DAC0832的輸出端電壓，得到輸出電壓的測(cè)量數(shù)據(jù)。并得到如下測(cè)量數(shù)據(jù)： 表5.1 電壓測(cè)試表系統(tǒng)理論電壓值（V）系統(tǒng)測(cè)量電壓值（V）誤差（V）4.03.8-0.24.54.60.15.05.10.15.55.506.06.10.16.56.60.17.07.20.27.57.508.08.10.18.58.70.29.09.009.59.70.2根據(jù)上表測(cè)量數(shù)據(jù)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)誤差分析：絕對(duì)誤差：（0.2+0.1+0+0.2）/12=0.11V （式5.1）相對(duì)誤差rA=（0.2/4.0+0.1/4.5+0/9.0+0.2/9.5）/12=1.73%（式5.2）由式5.1、式5.2所示，相對(duì)誤差為1.73%2%，符合本設(shè)計(jì)要求。5.3 軟件調(diào)試在本設(shè)計(jì)中，我采用keil uvision2 對(duì)程序進(jìn)行編譯和調(diào)試。編寫好設(shè)計(jì)所需C程序后，我開始對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中遇到了一些問(wèn)題，如程序中大括號(hào)數(shù)量不配對(duì)，有些語(yǔ)句后面忘了加分號(hào)，在程序開始的時(shí)候沒有對(duì)主程序用到的函數(shù)進(jìn)行定義等等，但在老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下，我最終解決了這些問(wèn)題，并且調(diào)試出了完全正確的程序。編譯結(jié)果如圖5.1所示。圖5.1 程序編譯結(jié)果將正確的程序的C程序用keil導(dǎo)入proteus中畫好電路圖中的STC89C52單片機(jī)中后進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖5.2所示：圖5.2 仿真結(jié)果設(shè)計(jì)總結(jié)在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，為了完成設(shè)計(jì)既定目標(biāo)和預(yù)定功能，我始終秉承積極認(rèn)真的態(tài)度，堅(jiān)定努力就有收獲的信念。在設(shè)計(jì)中，我查閱了很多設(shè)計(jì)相關(guān)資料，并對(duì)大年四年中我所學(xué)到的電子相關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了回顧，以求能將其運(yùn)用到本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，總結(jié)本次為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我遇到問(wèn)題和收獲的知識(shí)有：1、 在設(shè)計(jì)的選題上，在設(shè)計(jì)未開始時(shí)，由于對(duì)本設(shè)計(jì)電路較我以前的課程設(shè)計(jì)與電路實(shí)驗(yàn)為復(fù)雜，造成我當(dāng)時(shí)內(nèi)心的恐懼和猶豫，但隨著設(shè)計(jì)工作的開展，我學(xué)會(huì)了將復(fù)雜的電路進(jìn)行模塊化處理，這樣大大降低了整體電路的復(fù)雜性，也使電路的制作和調(diào)試變得有章可循。在本設(shè)計(jì)中，我將電路劃分為單片機(jī)控制、穩(wěn)壓控制、電壓與電流采樣、顯示控制、鍵盤電路、光信號(hào)采集、繼電器驅(qū)動(dòng)七個(gè)模塊。2、 在元器件的選擇和使用上，在本次設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了怎樣根據(jù)設(shè)計(jì)制定各種可行的方案，并對(duì)各種方案進(jìn)行對(duì)比分析，選擇最適合設(shè)計(jì)的方案。另一方面，在元器件的資料的收集中，我學(xué)會(huì)了如何快速而有效的各種相關(guān)元件的資料，并對(duì)之進(jìn)行分析，根據(jù)設(shè)計(jì)的原理選擇合適的元器件，例如，在單片機(jī)的選擇上，考慮到更好保證設(shè)計(jì)的性能穩(wěn)定性，我放棄了AT89C51單片機(jī)，而選擇了性能更為出色使用也更加廣泛的stc89c52單片機(jī)。3、 在設(shè)計(jì)的制作過(guò)程中，再用PROTEL對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行PCB制板時(shí)，考慮到電路的復(fù)雜性，我決定采用雙面板制作設(shè)計(jì)電路板，由于缺乏雙面板的制作經(jīng)驗(yàn)，為了更好的完成設(shè)計(jì)，我查詢了很多雙面板的制作規(guī)范。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我積累了一些雙面板的制作經(jīng)驗(yàn)，了解了基本的雙面板制作規(guī)范。4、 在軟件編程和設(shè)計(jì)的最后焊接調(diào)試上，在設(shè)計(jì)軟件的編程上，我根據(jù)設(shè)計(jì)畫好了軟件流程圖，然后根據(jù)各功能模塊編寫相關(guān)程序，大大降低了編程難度。在焊接上，由于在設(shè)計(jì)電路中運(yùn)用了很多過(guò)孔，在焊接中，我也掌握了一些關(guān)于過(guò)孔和其他過(guò)去接觸較少的元件的焊接技巧。參考文獻(xiàn)1 李翰蓀編著.電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ)M.第四版.北京:高等教育出版社，2006.120250.2 康華光編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分M.第五版.北京:高等教育出版社，20