工程实践与科技创新-第044组设计报告

工程实践与科技创新-第044组设计报告内容摘要：

通大学 电子信息与电气工程学院 图 (1) CD4066 管脚图 如图 (1)所示，在本次设计中 DDV 接＋ 5V， ssV 接地。 当控制 CONTROL 为高电平时，开关处于导通状态，导通电阻约为 270 ；当控制 CONTROL 为低电平 时，开关断开。 运算方大器 LM741： 图 (2) LM741 管脚图 如图 5 所示，在本次设计中 Vin（ +）接地， VCC接 +5V， VEE接 5V，故运放的输出电压不超过5V。 自动增益控制模块 描述 概述 功能描述 1） 增益值随输入信号幅度自动变化。 2） 限制输出信号幅度。 第 10页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 接口定义 该模块可通过检波电路与放大器输出端及比较器连接，通过电平转换电路连接单片机输出与放大器输入。 技 术要求 同。 实现方式 自动增益控制模块原理图如图 3. （ 1）所示。 它是在第一个模块的基础上增加了电平转换以及对输出的一个反馈电路，该反馈电路由检波电路和 741 比较器组成。 检波电路如图 （ 2）所示。 在这个电路中，检波电路的作用是将输入的交流信号变为直流信号输出。 首先，输入的正弦信号经过二极管之后就被滤去了负值部分。 正的信号经过一个 RC 耦合电路，进行充放电，当有信号输入时，电容开始充电，电位升高；无输入时，由于电容需要放电，电位还会维持在原来的电位附近，保持一段时间，这 就要求这个 RC 电路的时间常数较大，所以取电阻一般为千欧级，甚至兆欧，在电容放电过程中若又有信号输入，电容将继续充电，这样的过程不断反复进行，因此，输出信号因为 RC 耦合电路的作用而近似为直流信号。 输出的直流信号将通过电压比较器，这里，我们用的是 uA741。 比较后的结果将被反馈到单片机，再由单片机控制增益值，以此达到自动增益的效果。 第 11页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 图 （ 1）自动增益原理图（摘自科技创新 [2]课程讲座 4） 图 （ 2）检波电路（摘自科技创新 [2]课程讲座 4） 图 （ 3）摘自科技创新 [2]课程讲座 4 电路中还有一个重要的部分是电平转换。 电平转换的电路如图 （ 3）所示。 电平转换电路的功能是将输入范围在 0~5V的信号转换为 5~+5V。 用 LM324 做电压比较器。 电平转换模块 功能描述 输入 (+5V,0V) =输出 (+5V,5V)，使交流信号可顺利通过模拟开关 接口定义 电平转换模块共有两个接口： 输入端：接单片机。 输出端：接基础部分。 实现方式 可变增益放大器电路如图 （ 1） 第 12页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 图 （ 1）可变增益放大器电路原理图（摘自讲义 2） 主要原理：输入端输入 +5V，输出端还是 +5V，输入端输入 0V，输出端变为 5V，目的就是使 4066 工作在 +5V的电压下。 主要元件 —— LM324 LM324 内部结构见图 （ 2） 图 （ 2） LM324 内部结构（摘自 LM324 datasheet） 工作原理： LM324 是由 4 个运算放大器组成。 管脚定义： LM324 的管脚图见图 （ 3） 第 13页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 图 （ 3） LM324 管脚定义图（摘自 LM324 datasheet） 外围电路设计 图 （ 4）电平转换外围电路 第 14页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 电压比较模块 功能描述 比较检波得到的峰值电压与基准电压，使得输出电压变为 0V和 +5V。 接口定义 电压比较模块共有 3 个接口：接口 1 位输入端，通过导线与基础部分相连接，接口 2 和 3 均通过一个 10pin 插座与单片机相连接，连接的是单片机的 ， 接口。 实现方式 电压比较模块电路如图 （ 1）所示。 接口2 接口3 1K 1K 1N 414 8 1N 414 8 V c m i n V c m a x 0. 1uF 2A P 9 4 M Ω 基准电压 V m a x 基准电压 V m i n V c c 接口 1 图 （ 1）电压比较电路图 (1)电路连接 检波电路如图 （ 2），电容器与电阻要接地，二极管的另一端与电平转换电路相连。 检波电路输出端连接到两个 LM741 的正端，基准电压 Vmax 和 Vmin 分别接在两个 LM741 的负端。 LM741再与二极管相连，接 上 1 个接地的 1K 欧的电阻后输出。 图 （ 2）检波电路图 摘自科技创新 [2]课程讲座 4 (2)电路原理 第 15页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 检波电路只取输入正弦交流电的峰值，即输出的是直流电。 这样做的目的是使 LM741 的输入电压与基准电压差距较大，从而在比较电压的时候使 LM741 工作在非线性区。 通过调节变阻器的阻值可以控制 Vmax 和 Vmin。 LM741 对输入电压和基准电压进行比较，如果输入电压比基准电压大，则输出 5V,反之，则输出 5V。 通过二极管时，由于负向电压无法通过， 5V 的电压值不便，而 5V 变为0V。 5V 和 0V 分别在单片机上表现为二进制的 1 和 0，两条电路共有四种组合，分别为 00、 0 10 和 11。 但其中的 10 时不可能的，因为输入电压不可能既比 Vmax 大又比 Vmin 小，所以实际只有00、 0 11 三种情况。 当为 00 时，说明输入电压较小，单片机会控制使增益倍数增大；当为 11时，说明输入电压较大，单片机会控制使增益倍数减小；当为 01 时，无任何动作。 主要原件 LM741，可见基础部分元件介绍。 第 16页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 4. 系统的软件结构 软件总体结构和功能 程序总体可以分为如下几个部分： （ 1）程序头 文件的声明； （ 2）常量定义； （ 3）变量定义； （ 4）功能函数的定义； （ 5）中断函数的定义； （ 6）主函数的定义。 图 程序架构图（来自课程讲义） 具体对应于： （ 1） 键值处理模块 : 获取键值，选择工作模式，针对相应键值改变增益等级 （ 2） 数码管驱动模块 : 对增益等级译码，驱动数码管显示译码结果 （ 3） 增益译码模块 : 将增益等级转化为 I/O 引脚的高低电平状态 （ 4） 本软件完成的功能是利用单片机上的按键选择增益等级和工作模式，分别以手动的方式和自动的方式对放大电路的输出进行调节。 重要的全局变量 1． 按键定义 ：单片 机小系统中的四个按键分别使用了 P1口的四个引脚 sbit KEY1= P1^0。 sbit KEY2= P1^1。 sbit KEY3= P1^2。 sbit KEY4= P1^3。 整个系统中 KEY1 用来对增益功能进行选择，即为可控增益或自动增益。 第 17页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 基础部分中 KEY3 表示的是加一， KEY4 表示的是减一， KEY2 表示的是清零。 拓展部分中， KEY2 表示的是锁定的切换。 拓展部分中， KEY KEY4 实效。 2． 1s 软件定时器计数 unsigned char clock1s。 3． 1s 软件定时器溢出标志 ，位变 量 bit clock1s_flag。 4． 数码管位驱动和指示灯驱动信号输出缓存 定义了一个可位寻址的变量 unsigned char bdata output_sel。 sbit led_1 = output_sel^5。 sbit led_2 = output_sel^6。 sbit led_3 = output_sel^7。 sbit led_4 = output_sel^4。 5．数码管扫描驱动指针 为测试外部存储器（ U3 6264），特使用 xdata 类型 unsigned char xdata digi_scaner。 6． 测试用计数器 为测试外部存储器（ U3 6264），特使用 xdata 类型 unsigned int xdata test_counter。 7． 测试用计数值十进制表示 为测试外部存储器（ U3 6264），特使用 xdata 类型 unsigned char xdata digi[1400]。 float xdata a[30]。 流程逻辑 主要模块描述 〈定时中断 0〉描述 函数名 timer0 ( ) interrupt 1 using 0 功能描述 实现 5ms 秒的硬件定时中断。 主要用于： 1．每 5ms 驱动一次数码管的显示 2．提供 1s 软定时，用于键盘扫描 第 18页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 开机 单片机初始化 中断寄存器初始化 计时寄存器初始化 开计时器 , 开中断 5m s 计时到 ,计时器溢出 ? Y 中断服务子程序 根据 c ur r ent _v al ue 的值设置 D 1_0 ~ D 1_3 根据 c ur r ent _v al ue 的值设置 D 2_0 ~ D 2_3 是否是模是 1（ m ode= 1 ? ） Y N N 图 流程逻辑图（来自 11 年 040 组的实验报告） 定时器初值设定 TH0=V_TH0。 // V_TH0＝ 0xfd TL0=V_TL0。 // V_TL0=0xee。 TR0=1。 EA=0 //关中断 数码管的扫描 在本系统中采用每 5ms 间隔对一个数码管进行驱动， 20ms 一个轮回 digi_scaner 为数码管扫描指针，它的值从 1 到 4 重复变 换，控制数码管逐一驱动。 1s 软件定时的实现 由于硬件定时器只能实现短时间的定时功能，最长定时时间为。 因此要实现长时间的定时功能，就必须利用软件定时实现。 本系统中使用 clock1s 变量进行计数， 20 个 5ms 为 1s，此时输出 1s 溢出标志。 1s 溢出标志由一个位变量 clock1s_flag 来控制， 1s 溢出时， clock1s_flag 置 1，否则为 0。 第 19页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 关中断 重制定时器初值 模式为 1。 按键 1 按下。 按键 2 按下。 按键 3 按下。 按键 4 按下。 C ur r ent _v al ue 加 1 C ur r ent _v al ue 减 1 C ur r ent _v al ue 置为 10 模式变为 2 ( m ode = 2) I N 1 和 I N 2 的值是多少。 10 01 00 Current_value加1 Current_value减1 Current_value不变 按键 4 按下。 C ur r ent _v al ue 的值送 译码器译码 译码结果送数码管显示 开中断 模式变为 2 ( m ode = 2) Y Y Y Y Y Y N N N N N N Y 图 中断函数的流程图（来自 11 年 040 组的实验报告） 实际实现过程不同于前人，具体如下： 主程序 变量初始化 num=15//初始发大倍数 , numtemp1=15。 numtemp=15。 fun=1//模式的切换 , lock=0。 //锁定的切换 P1=0XFF。 P3=0XFF。 管脚高低电平初始化 P35=1。 P32=1。 P34=1。 第 20页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 P33=1。 数码管显示初始化 digi[0]=1。 digi[1]=0。 digi[2]=39。 39。 digi[3]=5。 clock1s=0。 //1s 软件定时器计数。