一．方案设计与比较

1.1控制芯片选择

方案一：采用8031芯片，其内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，这给电路增加了复杂度。

方案二：采用2051芯片，其内部有2KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器。但由于系统用到较多的I/O口，因此此芯片资源不够用。

方案三：采用AT89C52单片机，其内部有4KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器，而且它的I/O口也足够本次设计的要求。

比较这三种方案，综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用方案三。

1.2键盘显示部分

控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观部分，所以此部分电路设计的好坏直接影响到电路的好坏。

方案一：采用可编程控制器8279与数码管及地址译码器74LS138组成，可编程/显示器件8279实现对按键的扫描、消除抖动、提供LED的显示信号，并对LED显示控制。用8279和键盘组成的人机控制平台，能够方便的进行控制单片机的输出。

方案二：采用单片机AT89C52与4X4矩阵组成控制和扫描系统，并将键盘接成总线形式进行分时扫描，同样采用总线的方式在P0口接1602液晶来显示实际输出电压和设定值，这种方案既能很好的控制键盘及显示，又为主单片机大大的减少了程序的复杂性，而且具有体积小，价格便宜的特点。

对比两种方案可知，方案一虽然也能很好的实现电路的要求，但考虑到电路设计的成本电路整体的性能，我采用方案二。

1.3 AD/DA模块部分

方案一：AD采用MAX196，MAX196S是美信公司的一款具有多个输入范围，12位的数据采集系统，它不仅具有转换时间短，采样速率快的优点，还具有两种可编程的掉电模式。DA采用TLV5638, TLV5638是TI公司的12位DA转换器，具有两个输出通道，数据传输接口为3线制的串行接口并且兼容SPI串行接口。

方案二：AD和DA 分别采用TLC1543和 TLC5615。TLC1543和 TLC5615均是TI公司生产的10位串行接口芯片。它们不仅抗干扰性强，稳定性好，还具有低功耗和性价比高特点。

按照设计要求实现输出电压10mv步进的要求，AD和DA至少要求10位（最好是12位），但考虑到I/O口和操作方便以及功耗和性价比的问题，因此选择方案二。

1.4调理电路和报警模块

因为51单片机最多只能输出5V的电压，而设计要求能最多输出9.99V的电压，因此我选择了将输出电压通过同向放大电路放大2倍，并且再外加电路进行调理以便能电压能精确输出。报警模块则可以采用一个PNP三极管和蜂鸣器串联来实现设计要求。

二．理论分析与计算

2.1AD/DA模块的分析

由于设计基本要求输出电压范围为0～4.99V，实现10mV步进。即精度要求达到0.01V，8位的AD/DA显然达不到要求，因此必须选择10位以上的AD/DA考虑到性价比的问题选择10位的AD/DA。又由于TI公司生产的10位串行接口芯片TLC1543和 TLC5615不仅抗干扰性强而且具有很低的功耗，加上串行接口还能缓解接口紧张的局面。因此AD/DA芯片选择了TLC1543和 TLC5615。

2.2模拟接口和调理模块的分析

由于设计发挥部分要求进一步扩大输出电压范围到0～9.99V，而基本单片机模块最多只能提供不超过5V的电压，因此想到将输出电压放大2倍，再在软件中实现调整即可达到要求。调理部分的电路作用是为了稳定输出增加电路的带阻能力，此部分可用基本的模拟放大调节模块来实现，具体模块将在后面进行说明。

2.3键盘显示模块分析

在本次设计中，由于要随意输入0～9.99V范围内的电压值，并且还要求能实现10mV步进，因此采用4X4矩阵键盘来输入0-9十个数和小数点，再用两个按键来实现10 mV步进。显示模块采用1602分两行来显示设定值和实际电压输出即可达到基本设计要求。

三．总体方案原理分析

3. 1 系统总体框图如图3-1所示。

系统模块分为：键盘输入模块，ADC模块，DAC模块，1602液晶显示模块，蜂鸣器报警模块，模拟接口和调理电路模块。键盘模块输入电压设定值，ADC实现实际输出电压值的测量，DAC实现设定值输出，蜂鸣器在按键输入时发提示音并且当设定值和实际测量值超过1V以上时报警，1602液晶显示电压设定值和实测值，模拟接口和调理电路模块调节电路和增加输出的带阻能力。

图3-1 系统结构框图

3. 2各模块设计

3.2.1键盘模块

键盘模块通过74HC573与单片机进行总线连接，单片机通过分时扫描来对设定值进行采样，键盘中取消和确认键用于取消和确定设定值，减和增用于实现10mV步进。

图3-2-1 键盘设计电路图