常用模塊的設計

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計。對某些模塊的硬件設計進行了較詳細的論述，并給出了設計電路圖和部分程序框圖。經驗證這些模塊功能穩定，具有一定的實用價值。

關鍵詞：模塊；MSP430；光耦；電機驅動目前，在實驗室進行的各類設計通常是較為復雜的系統。設計方案通常分兩種：一是將所有元器件集成在一起，使作品節省大量空間，適合技術較為成熟的開發制作，但不利于實驗室教學示范，同時其重復利用率降低。二是采用模塊化設計，將系統拆分成多個模塊，以滿足利用率、誤差、兼容性和維護等方面的要求。因此，實驗室常用模塊的設計顯得非常重要。

1方案總體設計

本設計以MSP430單片機系統為核心模塊，開發一系列外圍實用分模塊，包括多輸出穩壓電源模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、光耦隔離模塊、DA轉換模塊、PWM調制模塊、電機驅動模塊。本文給出了部分相關模塊的硬件設計和軟件流程圖，具體的模塊框架圖如圖1所示。

2硬件設計

2.1 MSP430f149單片機最小系統模塊

該模塊包含電源電路，程序下載電路，MSP430149單片機最小系統電路以及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和PC機，以方便使用USB線進行程序下載。

2.2 電機驅動模塊

此模塊主要利用L298N芯片做直流電機的驅動?？梢则寗右慌_兩相步進電機和四相步進電機，也可以兩臺直流電機。

2.3 PWM模塊

本模塊選用TL494芯片來產生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。并且有頻率調節功能和死區時間控制功能。

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，可應用于各種模擬電壓檢測電路系統。

3軟件設計

由于本文涉及多個模塊的交互使用，需根據不同需求設計不同應用程序，已單片機AD采樣程序為例，典型程序流程如圖2所示。

4模塊測試

經過對各模塊的多次調試，均能準確實現其基本功能。在應用中需注意的事項如下：

⑴液晶顯示需使用電位器對其進行對比度調節，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弱端使用不同的電源供電以達到完全電氣分離。

⑶使用DA/AD轉換時，注意根據實際需求調節參考電壓。

⑷使用PWM模塊時，需先設置其輸出頻率和死區時間。

5結束語

本設計各個模塊經過調試和修改，已經實現基本功能，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示范以及學科競賽，能縮短作品的開發時間，提高系統的可靠性。

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