毕业设计正文

安徽工程大学毕业设计（论文）

2.5 显示电路设计

方案比较：

方案一：采用LED数码管。LED数码管由8个发光二极管组成，每只数码管轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的时间间隔小于1/16s时人眼感觉不到闪动，看到的是每只数码管常亮。使用数码管显示编程较易，但要显示内容多，而且数码管不能显示字母。

方案二：采用LCD液晶显示器1602。其功率小，效果明显，显示编程容易控制，可以显示字母[8]。

综上所述，本次设计的显示模块采用的是方案二，即液晶显示，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。液晶显示器的显示原理：线段的显示，点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符的显示，用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示，汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5……右边为2、4、6……根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。

本次设计选用的显示芯片为LCD1602。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它有若干个5X7或者 5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以它不能显示图形。该芯片共16个引脚，其中VSS为地电源，VDD接5V正电源， VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读入信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。E为使能端，当E端由高电平跳跃变成低电平时，液晶模块执行命令。D0至D7为8位双向数据线。LCD1602引脚功能及控制命令分别如表2-1、2-2所示。

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张伟：可编程方波信号发生器电路设计

表2-1 LCD1602引脚功能表

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 符号 VCC VDD VL RS R/W E D0 D1 引脚说明 电源地 电源正极 液晶显示偏压 数据/命令选择 读/写选择 使能信号 数据 数据 编号 9 10 11 12 13 14 15 16 符号 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK 引脚说明 数据 数据 数据 数据 数据 数据 背光源正极 背光源负极 表2-2 LCD1602控制命令表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 2指令 清显示 光标显示 置输入模式 显示开/关模式 光标或字符移位 置功能 置字符发生存储器地址 置数据存储器地址 读忙标志或地址 写数到CGRAM 从CGRAM 3RS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 R/W 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 D7 0 0 0 0 0 0 0 1 BF D6 0 0 0 0 0 0 1 D5 0 0 0 0 0 1 D4 0 0 0 0 1 DL D3 0 0 0 1 S/C N D2 0 0 1 D R/L F D1 0 1 I/D C * * D0 1 * S B * * 字符发生存贮器地址 显示数据存贮器地址 计数器地址 要写的数据内容 读出的数据内容 9 10 11 45 在本次设计中：LCD1602的D0至D7引脚与单片机的P0 口相连，VCC接电源，VDD接地，VEE不接，RS、RW、E三个引脚分别与单片机的P2.0、P2.1和P2.2相连。本次设计的显示电路如图2-5所示。 1Kx8 R4 10K5VLCD160212345678910111213141516S0U1S11234567813125VC130pF151431P10/TP11/TP12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR89S52RXDTXDALE/PPSEN10113029P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P275V39383736353433322122232425262728S21234567895V R3 400kOPMA- C230pF10uF5VC3D3191812MHZ91716R010K图2-5 LCD显示电路原理图 R1 100K- 10- R2 100k4136OPMA+Signal-OutIN4148RESET安徽工程大学毕业设计（论文）

2.6 放大电路设计

本次设计采用的放大电路为同相比例放大电路，选用的运算放大器为4136。运算放大器（Operational Amplifier, 简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负回授方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能 连接成正反馈（positive feedback）组态，相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回授组态的运算放大器是很常见的。运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电路。而且种类繁多，在运用方面不但可对微弱信号进行放大，还可做为反相、电压 跟随器，可对电信号做加减法运算，所以被称为运算放大器。不但其他地方应用广泛，在音响方面也使用得最多。例如前级放大、 缓冲，耳机放大器除了有部分使用分立元件，电子管外，绝大部分使用的还是集成运算放大器。而有时候还会用到稳压电路上，制作高精度的稳压滤波电路。各种运放由于其内部结构的不同，产生的失真成分也不同，所以音色特点也有一定的区别。本来我们追求的是高保真，运放应该是失真最低，能真实还原音乐，没有个性的最好。但是由于要配合其他音响部件如数码音源、后级功放管等如果偏干、偏冷则可搭配 音色细腻温暖型的运放，而太过阴柔、偏软的则可搭配音色较冷艳、亮丽的运放，做到与整机配合，取长补短的最佳效果。所以说 并不是选择越贵的运放得到的效果就一定越好，搭配很重要，达到听感上最好才算达到目的。如果是应用在低电压的模拟滤波电路中，还要选择对低电压工作性能良好的运放种类。市面上的运放种类不下五六百种，GBW带宽在5M以上的也有三百多种，最高的已达 300MHZ，转换速率在5V/us以上的也不下几百种，最高达3000V/us。运算放大器在有源滤波器、开关电容电路、数-模和模-数转换器、直流信号放大、波形的产生和变换，以及信号处理等方面得到十分广泛的应用。直流放大电路在工业技术领域中，特别是在一些测量仪器和自动化控制系统中应用非常广泛。如在一些自动控制系统中，首先要把被控制的非电量（如温度、转速、压力、流量、照度等）用传感器转换为电信号，再与给定量比较，得到一个微弱的偏差信号。因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不足以推动显示或者执行机构，所以需要把这个偏差信号放大到需要的程度，再去推动执行机构或送到仪表中去显示，从而达到自动控制和测量的目的。因为被放大的信号多数变化比较缓慢的直流信号，分析交流信号放大的放大器由于存在电容器这样的元件，不能有效地耦合这样的信号，所以也就不能实现对这样信号的放大。能够有效地放大缓慢变化的直流信号的最常用的器件是运算放大器。运算放大器最早被发明作为模拟信号的运算（实现加减乘除比例微分积分等）单元，是模拟电子计算机的基本组成部件，由真空电子管组成。 本次设计的放大电路原理图如图2-6所示。其中R2和R3分别为100K，R4为400K， 和放大器4136一起构成负反馈网络，从而可保证电路的稳定运作。本次设计的放大电路的放大倍数为5，放大电路的同相输入端与单片机的P3.3口相连，经放大电路的放大后，由单片机输出的5V电压信号放大为25V的电压信号，从而在示波器上得到幅值为25V的方波信号。

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张伟：可编程方波信号发生器电路设计

P3.3口 R2 100K 4136 R3 100K R4 400K 图2-6 放大电路原理图

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