李首慶 李寒 王藝 陳增旭 謝佳偉

摘要：本文介紹了一些實(shí)驗(yàn)室常用模塊的設(shè)計(jì)。對某些模塊的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了較詳細(xì)的論述，并給出了設(shè)計(jì)電路圖和部分程序框圖。經(jīng)驗(yàn)證這些模塊功能穩(wěn)定，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：模塊；MSP430；光耦；電機(jī)驅(qū)動目前，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的各類設(shè)計(jì)通常是較為復(fù)雜的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)方案通常分兩種：一是將所有元器件集成在一起，使作品節(jié)省大量空間，適合技術(shù)較為成熟的開發(fā)制作，但不利于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)示范，同時(shí)其重復(fù)利用率降低。二是采用模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)拆分成多個模塊，以滿足利用率、誤差、兼容性和維護(hù)等方面的要求。因此，實(shí)驗(yàn)室常用模塊的設(shè)計(jì)顯得非常重要。

1方案總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以MSP430單片機(jī)系統(tǒng)為核心模塊，開發(fā)一系列外圍實(shí)用分模塊，包括多輸出穩(wěn)壓電源模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、光耦隔離模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、PWM調(diào)制模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊。本文給出了部分相關(guān)模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件流程圖，具體的模塊框架圖如圖1所示。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1 MSP430f149單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊

該模塊包含電源電路，程序下載電路，MSP430149單片機(jī)最小系統(tǒng)電路以及LCD、矩陣鍵盤的輸入端口電路等，支持12864和1602兩種常用的LCD顯示器。4*4矩陣鍵盤輸入端口可接入鍵盤電路模塊。下載器采用CH340T芯片為核心連接單片機(jī)和PC機(jī)，以方便使用USB線進(jìn)行程序下載。

2.2 電機(jī)驅(qū)動模塊

此模塊主要利用L298N芯片做直流電機(jī)的驅(qū)動?？梢则?qū)動一臺兩相步進(jìn)電機(jī)和四相步進(jìn)電機(jī)，也可以兩臺直流電機(jī)。

2.3 PWM模塊

本模塊選用TL494芯片來產(chǎn)生PWM波形。模塊輸入為0到3.3V電壓信號，輸出為占空比0%到100%的PWM波。并且有頻率調(diào)節(jié)功能和死區(qū)時(shí)間控制功能。

2.4 線性光耦隔離模塊

此模塊由線性光耦HCNR201和三個高精度單運(yùn)放組成的模擬電壓隔離電路，其輸入和輸出保持較好的線性度，可應(yīng)用于各種模擬電壓檢測電路系統(tǒng)。

3軟件設(shè)計(jì)

由于本文涉及多個模塊的交互使用，需根據(jù)不同需求設(shè)計(jì)不同應(yīng)用程序，已單片機(jī)AD采樣程序?yàn)槔?，典型程序流程如圖2所示。

4模塊測試

經(jīng)過對各模塊的多次調(diào)試，均能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)其基本功能。在應(yīng)用中需注意的事項(xiàng)如下：

⑴液晶顯示需使用電位器對其進(jìn)行對比度調(diào)節(jié)，并注意LCD12864串行/并行的不同使用方法。

⑵光耦隔離模塊需對強(qiáng)弱端使用不同的電源供電以達(dá)到完全電氣分離。

⑶使用DA/AD轉(zhuǎn)換時(shí)，注意根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)參考電壓。

⑷使用PWM模塊時(shí)，需先設(shè)置其輸出頻率和死區(qū)時(shí)間。

5結(jié)束語

本設(shè)計(jì)各個模塊經(jīng)過調(diào)試和修改，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基本功能，且做到了利用率高，兼容性好，電路可靠等特點(diǎn)。建議用于教師課堂教學(xué)示范以及學(xué)科競賽，能縮短作品的開發(fā)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性。

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