基于多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計思想的數(shù)控穩(wěn)壓源設(shè)計

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。