比赛师范2014电设

1、2014 年吉林省大学生电子设计竞赛数控直流电阻箱（F 题）【本科组】2014 年 9 月 14 日摘要设计摘要：通过对竞赛题目的阅读和研究，归纳题目的任务和要求如下：一、任务：设计并制作数控直流电阻箱说明：装置设有键盘、显示和两个引出端子（端子分正负），键盘用于设定电阻值，显示屏用于显示设定的电阻值，引出的两个端子用于模拟电阻箱的引出端子，端子之间的实际等效电阻值应为设定值。二、要求1、基本要求：可以通过键盘设定电阻值；能通过 LED 或 LCD 显示设定的电阻值；实现的电阻范围：100 100K；电阻精度：1；电阻功率不小于 1/10 W（阻值为 1K 时）。2. 发挥部分（1）实现的电阻

2、范围：10 1M；（2）电阻精度：0.1；电阻功率不小于 1 W（阻值为 100 时）。其他。目录1 系统方案11.11.21.31.4模块的论证与选择1输入模块的论证与选择1显示模块的论证与选择控制系统的论证与选择12 系统理论分析与计算22.1输出波平均值计算的分析22.2 数控直流电阻箱阻值计算.3电路与程序设计3电路的设计4系统总体框图4单片机子系统框图与电路原理图5电路子系统框图与电路原理图6电源8程序的设计8程序功能描述与设计思路8程序流程图84 测试方案与.9测试方案9测试条件与仪器94.3及分析10(数据)104.3.14.3.2 测试分析与结论10附录 1：电路原理图11附录

3、 2：源程序12程控直流电源（F 题）【本科组】1 系统方案本系统主要由几个模块的选择。模块、输入模块、显示模块、控制模块组成，下面分别论证这1.1模块的论证与选择方案一：LM358包括有两个独立的、高增益、频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。由于该源，单电源时电路复杂。可单电源使用，也适用于双电方案二：OP27 精密运算放大器兼有 OP07 的低失调电压和漂移特性与高速、低噪声特性。失调电压低至 25 V，最大漂移为

4、0.6 V/C，因而该器件是精密仪器仪表应用的理想之选。极低噪声（10 Hz 时 en=3.5nV/Hz）, 低 1/f 噪声转折频率(2.7Hz)以及高增益(180 万)，能够使低电平信号得到精确的高增益放大。该经实验检测，电压跟随性强于 LM358。综上所述，采用方案二。1.2 输入模块的论证与选择：稳定性高，误差小，方案一：采用 4*4 矩阵键盘，矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用 4 条 I/O 线作为行线，4 条 I/O 线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是 44 个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中 I/O 口的利用率。

5、但由于要输入数据，键盘上并没有数据显示，使用不方便。方案二：采用 4*4 薄膜键盘，薄膜键盘是薄膜开关范畴的一例，按键较多且排列整齐有序的薄膜开关，体积小、厚度薄、重量轻，数字显示清楚，适合输入固定数字。综上所述，选择方案二。1.3 显示模块的论证与选择方案一：用数码管做显示，虽然编程简单，显示直接，价格低，但是它不能显示文字且只有单行，无法对键盘设定电阻值和实验所得电阻值进行对比。方案二：采用 LCD1602 作显示，与单片机易于连接和编程，并且可以进行双行显示，使用方便，性价比较高。但由于 1602 引脚数过多，像单片机连线过多，易出现失误。方案三：采用 TFT-180 液晶显示屏，低压应

6、用，低驱动电压；平板化，轻薄，节省了大量原材料和使用空间；低功耗，且与单片机接线简洁，一目了然，但价格较高。综合考虑以上三种方案，方案二为最佳方案，若今后用于批量生产，可采用LCD1602，但由于本参赛小组以前参加智能车比赛，原有 TFT-180，无需再用方案三。1.4.控制系统模块的论证与选择，故采方案一：采用由el 公司开发的 80C51 单片机，80C51 属于 MCS-51 系列单片机，其结构是 8048 的延伸，改进了 8048 的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（CMP）、16 位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和 5 个中断源。采用 4

7、0 引脚双列直插式 DIP（Dual In Line Package），内有 128 个 RAM 单元及 4K 的ROM。但是本单片机无法直接输出波，需要编程控制定时来输出波。方案二：采用 K60 单片机，K60 系列单片机具有 IEEE1588 以太网、全速和高速USB2.0 OTG、硬件能力和干预发现能力。从带有 256KBflash 的 100 引脚的LQFP 封装到 1MBflash 的 256 引脚的 MAPBGA 封装，具有丰富的电路、通信、定时器和控制电路。高容量的 K60 系列带有一个可选择的单精度浮点处理单元、NAND控制单元和 DRAM 控制器。 虽然使用在本系统中性价比较

8、低， 但是在已有情况下使用它可以节约成本，且直接输出综上所述，采用方案二。二、系统理论分析与计算波，省时省力。2.1、输出波平均值计算通过改变恒流源的电压，利用电压的大小来控制输出电流的大小，电压控制电路采用数控方式，由单片机 K60 引脚 C1 直接输出的形如下图图 1 所示，波供电路使用，波波在图 1 中D=t1 / TU=D*Vpp=t1 / T * Vpp占空比 ：波平均值 ：波输出后，接电压跟随器，做缓冲级。电压跟随器是用一个三极管路，它的电压增益是 1，所以叫做电压跟随器。的共集电电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，

9、通常可以到几欧姆，甚至更低。在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。利用理想运算放大器的输入阻抗无穷大，输出阻抗为零的特点，起阻抗变换作用。对于此阻抗变化，可消除信号源内阻的分压作用，使信号的幅度不衰减，起缓冲作用，它起到承上启下的作用。应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。它可以使信号源不存在任何的功率损耗。后端信号的损耗均由运算放大器提供

10、，有点类似于中继作用。电压器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“”作用。在电压跟随器后，接一个低通滤波器，容许低于截止频率的信号通过， 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。图 22.2、数控直流电阻箱阻值计算在总电路中，可控电流源部分，用如下图图 3 所示：图 3VrepV根据虚短，IsIe= V / Rs=Vrep / Rs通过采样电阻 Rs 的电流R= Us / Is =Us / (Vrep / Rs)=Us * Rs / Vrep总电阻电路与程序设计电路的设计系统总体框图系统总体框图如图 3.1.1 所示，开始外接键盘输入

11、设定阻值图 3.1.1系统总体框图3.1.2 单片机子系统框图与电路原理图1、单片机子系统框图结束得到想要的电阻值低通滤波器电路进行滤波电压跟随器处理显示屏进行显示输出处理后得到的相应的波单片机进行处理图 3.1.2a单片机子系统框图2、单片机子系统电路图 3.1.2b3.1.3 电路子系统框图与电路原理图1、电路子系统框图单片机子系统电路输出波改变参考电压OLED 液晶屏显示键盘输入信息单片机图 3.1.3a电路子系统框图2、电路子系统电路1）恒流源子系统2）电位器子系统图 3.3.3b电路子系统电路3.1.4 电源电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供+5V 和 3.3V

12、电压，确保电路的正常稳定工作，这部分电路都采用三端稳压管实现。图 3.1.4程序的设计程序功能描述与设计思路1、程序功能描述根据题目要求部分主要实现键盘的设置和显示。键盘实现功能：输入欲设定的阻值。显示部分：设定的阻值。3.2.2 程序流程图1、主程序流程图是复位按键是否按下否液晶屏显示阻值为零进行行列扫描判断键盘输入的电阻值大小、是否是否测试方案与测试方案硬件测试从键盘输入不同的电阻值，阻值为 1K 以下的电阻，以 100 为基本，阻值为1K 以上的电阻，以 10K 为基本片机会输出占空比为某一定值的，每隔一个，从键盘输入设定阻值 Ra，K60 单波，使用万用表测试采样电阻Rs 两端的电压V

13、rep,并结果，然后用公式 R = Us * Rs / Vrep.R 值，与设定值进行对比，利用公式求出精度4.34.3.1及分析(数据)数据如下表：4.3.2 测试分析与结论根据上述测试数据，由 Vref 实测的电阻值与由键盘直接输入、TFT-180 显示屏直接输出的电阻值接近，误差非常小，且能达到比较大的范围，由此可以得出以下结论：1、实现了通过键盘设定电阻值、LED 显示设定的功能。2、实现了电阻范围 100100K 的要求。3、实现了电阻精度小于 1%的要求综上所述，本设计达到设计要求。时间设定电阻值（）实测电阻值（）电阻精度（%）Vref17407410.12.4272780780.

14、50.062.30638508520.22.11249009030.31.9935100010070.71.7866108010840.371.6657123012270.241.4668134013360.31.3479159015830.441.1371017601759.50.021.02311243024440.50.73612345034590.260.52.270.272.230.18515500005000000.036附录 1：电路原理图附录 2：源程序#include externincludes.h periph_clk_khz;voidmain(void)Init();

15、LCD_init(); portInit();/IO 端口初始化 LCD_display_full(GREEN); while(1)（PTA15）s siclongfloatnum;icnum1=1,num2=1,num3=1,num4=1,num5=1,num6=1,num7=1,num8=1,num9=1,num10=1,num11=1,num12=1,num13=1,num14=1,num15=1,num16=1;s s s s sic ic ic ic icng=0; ition=0;longfloatzuzhi=0;shuchu=0; flolongala;gpio_ctrl gpi

16、o_ctrl gpio_ctrl gpio_ctrl(PORTC, (PORTC, (PORTC, (PORTC,4,5,6,7,0);1);1);1);if(GPIOD_PDIR)&(1)=0)if(num1=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=0; num1=(GPIOD_PDIR)&(1);if(GPIOD_PDIR)1)&(1)=0)if(num2=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=7;num2=(GPIOD_PDIR)1)&(1);if(GPIOD_PDIR)2)&(1)=0)if(num3=0)ng=0;elseng=1; ition+;n

17、um=4; num3=(GPIOD_PDIR)2)&(1);if(GPIOD_PDIR)3)&(1)=0)if(num4=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=1; num4=(GPIOD_PDIR)3)&(1);gpio_ctrl gpio_ctrl gpio_ctrl gpio_ctrl(PORTC, (PORTC, (PORTC, (PORTC,4,5,6,7,1);0);1);1);if(GPIOD_PDIR)1)&(1)=0)if(num6=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=8; num6=(GPIOD_PDIR)1)&(1);if(GPIOD

18、_PDIR)2)&(1)=0)if(num7=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=5; num7=(GPIOD_PDIR)2)&(1);if(GPIOD_PDIR)3)&(1)=0)if(num8=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=2; num8=(GPIOD_PDIR)3)&(1);gpio_ctrl gpio_ctrl gpio_ctrl gpio_ctrl(PORTC, (PORTC, (PORTC, (PORTC,4,5,6,7,1);1);0);1);if(GPIOD_PDIR)&(1)=0)if(num9=0)ng=0;elseng=1;

19、ition+;num=9; num9=(GPIOD_PDIR)&(1);if(GPIOD_PDIR)1)&(1)=0)if(num10=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=9; num10=(GPIOD_PDIR)10)&(1);if(GPIOD_PDIR)2)&(1)=0)if(num11=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=6; num11=(GPIOD_PDIR)2)&(1);if(GPIOD_PDIR)3)&(1)=0)if(num12=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=3; num12=(GPIOD_PDIR)3)&(1)

20、;gpio_ctrl gpio_ctrl gpio_ctrl gpio_ctrl(PORTC, (PORTC, (PORTC, (PORTC,4,5,6,7,1);1);1);0);if(GPIOD_PDIR)&(1)=0)if(num13=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=4; num13=(GPIOD_PDIR)&(1);if(GPIOD_PDIR)1)&(1)=0)if(num14=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=3; num14=(GPIOD_PDIR)1)&(1);if(GPIOD_PDIR)2)&(1)=0)if(num15=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=2; num15=(GPIOD_PDIR)2)&(1);if(GPIOD_PDIR)3)&(1)=0)if(num16=0)ng=0;elseng=1; ition+;num=1; num16=(GPIOD_PDIR)3)&(1); if(GPIOC_PDIR)2)&(1)=1)ition=10; shuchu=1;elsesh