李首慶 李寒 王藝 陳增旭 謝佳偉
摘要:本文介紹了一些實驗室常用模塊的設(shè)計。對某些模塊的硬件設(shè)計進(jìn)行了較詳細(xì)的論述,并給出了設(shè)計電路圖和部分程序框圖。經(jīng)驗證這些模塊功能穩(wěn)定,具有一定的實用價值。
關(guān)鍵詞:模塊;MSP430;光耦;電機(jī)驅(qū)動目前,在實驗室進(jìn)行的各類設(shè)計通常是較為復(fù)雜的系統(tǒng)。設(shè)計方案通常分兩種: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,但不利于實驗室教學(xué)示范,同時其重復(fù)利用率降低。二是采用模塊化設(shè)計,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,實驗室常用模塊的設(shè)計顯得非常重要。
1方案總體設(shè)計
本設(shè)計以MSP430單片機(jī)系統(tǒng)為核心模塊,開發(fā)一系列外圍實用分模塊,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
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
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)計不同應(yīng)用程序,已單片機(jī)AD采樣程序為例,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)確實現(xiàn)其基本功能。在應(yīng)用中需注意的事項如下:
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,注意根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)參考電壓。
⑷使用PWM模塊時,需先設(shè)置其輸出頻率和死區(qū)時間。
5結(jié)束語
本設(shè)計各個模塊經(jīng)過調(diào)試和修改,已經(jīng)實現(xiàn)基本功能,且做到了利用率高,兼容性好,電路可靠等特點。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)時間,提高系統(tǒng)的可靠性。
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