一．方案設計與比較
1.1控制芯片選擇
方案一：采用8031芯片，其內部沒有程序存儲器，需要進行外部擴展，這給電路增加了復雜度。
方案二：采用2051芯片，其內部有2KB單元的程序存儲器，不需外部擴展程序存儲器。但由于系統用到較多的I/O口，因此此芯片資源不夠用。
方案三：采用AT89C52單片機，其內部有4KB單元的程序存儲器，不需外部擴展程序存儲器，而且它的I/O口也足夠本次設計的要求。
比較這三種方案，綜合考慮單片機的各部分資源，因此此次設計選用方案三。
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與數碼管及地址譯碼器74LS138組成，可編程/顯示器件8279實現對按鍵的掃描、消除抖動、提供LED的顯示信號，并對LED顯示控制。用8279和鍵盤組成的人機控制平臺，能夠方便的進行控制單片機的輸出。
方案二：采用單片機AT89C52與4X4矩陣組成控制和掃描系統，并將鍵盤接成總線形式進行分時掃描，同樣采用總線的方式在P0口接1602液晶來顯示實際輸出電壓和設定值，這種方案既能很好的控制鍵盤及顯示，又為主單片機大大的減少了程序的復雜性，而且具有體積小，價格便宜的特點。
對比兩種方案可知，方案一雖然也能很好的實現電路的要求，但考慮到電路設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位的數據采集系統，它不僅具有轉換時間短，采樣速率快的優點，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轉換器，具有兩個輸出通道，數據傳輸接口為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公司生產的10位串行接口芯片。它們不僅抗干擾性強，穩定性好，還具有低功耗和性價比高特點。
按照設計要求實現輸出電壓10mv步進的要求，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調理電路和報警模塊
因為51單片機最多只能輸出5V的電壓，而設計要求能最多輸出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，并且再外加電路進行調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來實現設計要求。
二．理論分析與計算
2.1AD/DA模塊的分析
由于設計基本要求輸出電壓范圍為0～4.99V，實現10mV步進。即精度要求達到0.01V，8位的AD/DA顯然達不到要求，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公司生產的10位串行接口芯片TLC1543和 TLC5615不僅抗干擾性強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模擬接口和調理模塊的分析
由于設計發揮部分要求進一步擴大輸出電壓范圍到0～9.99V，而基本單片機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，再在軟件中實現調整即可達到要求。調理部分的電路作用是為了穩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節模塊來實現，具體模塊將在后面進行說明。
2.3鍵盤顯示模塊分析
在本次設計中，由于要隨意輸入0～9.99V范圍內的電壓值，并且還要求能實現10mV步進，因此采用4X4矩陣鍵盤來輸入0-9十個數和小數點，再用兩個按鍵來實現10 mV步進。顯示模塊采用1602分兩行來顯示設定值和實際電壓輸出即可達到基本設計要求。
三．總體方案原理分析
3. 1 系統總體框圖如圖3-1所示。
系統模塊分為：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，模擬接口和調理電路模塊。鍵盤模塊輸入電壓設定值，ADC實現實際輸出電壓值的測量，DAC實現設定值輸出，蜂鳴器在按鍵輸入時發提示音并且當設定值和實際測量值超過1V以上時報警，1602液晶顯示電壓設定值和實測值，模擬接口和調理電路模塊調節電路和增加輸出的帶阻能力。
圖3-1 系統結構框圖
3. 2各模塊設計
3.2.1鍵盤模塊
鍵盤模塊通過74HC573與單片機進行總線連接，單片機通過分時掃描來對設定值進行采樣，鍵盤中取消和確認鍵用于取消和確定設定值，減和增用于實現10mV步進。
圖3-2-1 鍵盤設計電路圖
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來顯示設定值和實際電壓輸出，1602與單片機也是采用總線的接法來驅動，數據通過數據總線P0口來傳輸。報警模塊則通過簡單的電路實現，與單片機通過1.0來實現通訊。
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模擬接口和調理電路模塊
四．軟件設計分析說明
4.1軟件設計思想說明
本系統的軟件采用多任務系統設計思想來完成，所謂的多任務就是將系統任務分割成若干獨立的任務，然后讓CPU按照一定的頻度來輪流執行各個任務。這其中的一個關鍵點就是要用中斷來進行任務之間的切換，并且每個任務在一個執行周期里所需的時間是多少必須要在分析之后進行嚴格的設定。
4.2總程序流程圖如下
圖5-1總程序流程圖
五．系統仿真測試
5.1測試方案
運行系統仿真后，通過鍵盤輸入設定輸出電壓值，觀察LCD1602上顯示的設定值和實際值是否符合實際，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現10mV步進，通過多次設定來測試系統電壓的輸出范圍是否達到設計要求。
5.1測試結果
表5-1電壓輸出設定值和實際值
5.2結果分析
由上表可以看出，系統不僅達到了輸出電壓范圍和電壓步進要求也達到了設計的顯示要求，而且輸出電壓范圍大，具有按鍵提示和當設定值并當設定值和測量值超過1V以上時關閉輸出和報警功能。系統還具有信號調理功能并且人機交互效果好。由此可以看出系統達到了全部的基本要求和部分發揮部分要求，還具有功耗低、抗干擾能力強等特點，基本滿足設計要求。
六.結束語
首先，通過本次應用系統設計，在很大程度上提高了我的獨立思考能力和單片機的專業知識，也深刻了解寫一篇應用系統的步驟和格式，有過這樣的一次經歷，相信在接下來的日子我能在已有的基礎上做得更好。本系統以STC89C52單片機作為系統的核心控制器件,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理電路模塊組成，具有系統功耗低、抗干擾能力強等特點。但是由于時間較緊，最后還有部分發揮部分的要求未達到，我會在接下來的時間里繼續完善該設計，完善發揮部分的要求，并提高各方面的參數，以其做得更好。
參考文獻
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