一．方案設(shè)計(jì)與比較
1.1控制芯片選擇
方案一：采用8031芯片，其內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)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(chǔ)器，不需外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)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(chǔ)器，不需外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，而且它的I/O口也足夠本次設(shè)計(jì)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(jì)選用方案三。
1.2鍵盤(pán)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(jì)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(duì)按鍵的掃描、消除抖動(dòng)、提供LED的顯示信號(hào)，并對(duì)LED顯示控制。用8279和鍵盤(pán)組成的人機(jī)控制平臺(tái)，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(pán)接成總線形式進(jìn)行分時(shí)掃描，同樣采用總線的方式在P0口接1602液晶來(lái)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(pán)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(jià)格便宜的特點(diǎn)。
對(duì)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(jì)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(gè)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(shí)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(gè)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(jià)比高特點(diǎn)。
按照設(shè)計(jì)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(jià)比的問(wèn)題，因此選擇方案二。
1.4調(diào)理電路和報(bào)警模塊
因?yàn)?1單片機(jī)最多只能輸出5V的電壓，而設(shè)計(jì)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(guò)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(bào)警模塊則可以采用一個(gè)PNP三極管和蜂鳴器串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

二．理論分析與計(jì)算
2.1AD/DA模塊的分析
由于設(shè)計(jì)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(jià)比的問(wèn)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(jì)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)，具體模塊將在后面進(jìn)行說(shuō)明。
2.3鍵盤(pán)顯示模塊分析
在本次設(shè)計(jì)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(pán)來(lái)輸入0-9十個(gè)數(shù)和小數(shù)點(diǎn)，再用兩個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)10 mV步進(jìn)。顯示模塊采用1602分兩行來(lái)顯示設(shè)定值和實(shí)際電壓輸出即可達(dá)到基本設(shè)計(jì)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(pán)輸入模塊，ADC模塊，DAC模塊，1602液晶顯示模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊，模擬接口和調(diào)理電路模塊。鍵盤(pán)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(cè)量，DAC實(shí)現(xiàn)設(shè)定值輸出，蜂鳴器在按鍵輸入時(shí)發(fā)提示音并且當(dāng)設(shè)定值和實(shí)際測(cè)量值超過(guò)1V以上時(shí)報(bào)警，1602液晶顯示電壓設(shè)定值和實(shí)測(cè)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(jì)
3.2.1鍵盤(pán)模塊
鍵盤(pán)模塊通過(guò)74HC573與單片機(jī)進(jìn)行總線連接，單片機(jī)通過(guò)分時(shí)掃描來(lái)對(duì)設(shè)定值進(jìn)行采樣，鍵盤(pán)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(pán)設(shè)計(jì)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(shí)序，P16提供使能信號(hào)）。TLC5615
與單片機(jī)P3口的P3.2至P3.5相連，并通過(guò)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(pán)設(shè)計(jì)電路圖

3.2.3顯示和報(bào)警模塊
顯示模塊采用LCD1602來(lái)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(lái)驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線P0口來(lái)傳輸。報(bào)警模塊則通過(guò)簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)，與單片機(jī)通過(guò)1.0來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊。

                                圖3-2-3顯示和報(bào)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(guò)下圖右邊的放大器將輸出電壓放大兩倍，并通過(guò)左邊的電路來(lái)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(jì)分析說(shuō)明
4.1軟件設(shè)計(jì)思想說(shuō)明
本系統(tǒng)的軟件采用多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想來(lái)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(lái)輪流執(zhí)行各個(gè)任務(wù)。這其中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是要用中斷來(lái)進(jìn)行任務(wù)之間的切換，并且每個(gè)任務(wù)在一個(gè)執(zhí)行周期里所需的時(shí)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(cè)試
5.1測(cè)試方案
運(yùn)行系統(tǒng)仿真后，通過(guò)鍵盤(pán)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(tīng)蜂鳴器在按鍵輸入時(shí)是否有提示音。然后通過(guò)增和減按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)10mV步進(jìn)，通過(guò)多次設(shè)定來(lái)測(cè)試系統(tǒng)電壓的輸出范圍是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
5.1測(cè)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(jì)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(cè)量值超過(guò)1V以上時(shí)關(guān)閉輸出和報(bào)警功能。系統(tǒng)還具有信號(hào)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(jì)要求。

六.結(jié)束語(yǔ)
首先，通過(guò)本次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(shí)，也深刻了解寫(xiě)一篇應(yīng)用系統(tǒng)的步驟和格式，有過(guò)這樣的一次經(jīng)歷，相信在接下來(lái)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(pán)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(shí)間較緊，最后還有部分發(fā)揮部分的要求未達(dá)到，我會(huì)在接下來(lái)的時(shí)間里繼續(xù)完善該設(shè)計(jì)，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。
參考文獻(xiàn)
[1] 何立明 《單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用設(shè)計(jì)》.北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2000
[2] 朱定華.《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》.電子工業(yè)出版社，2006
[3] 劉瑞新.《單片機(jī)原理及應(yīng)用教程》.機(jī)械工業(yè)出版社，2003
[4] 譚浩強(qiáng). C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)(第三版). 清華大學(xué)出版社,2005.
[5] 大學(xué)生電子實(shí)驗(yàn)室 WWW.CEET.HBNU.EDU.CN/BBS/
[6] 51單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng) WWW.51C51.COM/BBS/