基于MCU新型智能励磁仪的设计与实现

利用DAC0832组成的电压幅值调节电路如图8所示，该电路在保证输入参考电压的精度的基础上，输出电压的精度也很高。图中，DAC0832采用直通的接法，即控制脚CS、XFER、WR1、WR2接低电平，ILE接高电平。运放LM741起到将DAC0832电流输出转换为电压输出的作用。数据线D0～D7接单片机的P1口。

电路运行时，通过键盘输入改变单片机P1口的输出的8位数字量，就可改变输出电压的幅值，从而实现了对输出电压幅值的控制。
2．3 电压驱动模块
信号输出的最后一级为普通运放LM741，驱动能力有限，其极限电流在十几到几十毫安左右。为了保证励磁效果的正常工作，在电路的最后一级之后增加了功率放大电路，使整个电路具有300 mA的电流输出，增加电路的带负载能力。
功率放大电路如图9所示，采用分立元件三极管等搭建而成。

由R9、Q1、D1、R10、Q5、D2、R11、R12组成了可消除交越失真的OCL(无输出电容功率放大电路)电路，即使输入电压很小，总能保证至少一只晶体管导通，从而消除了交越失真。后两级均采用基本的OCL电路，其中最后一级由两组并联分流。
该方案采用了三级管、二极管等常用器件，大大节约了成本，同时在三极管上添加了散热片，起到了很好的散热效果。
2．4 电阻采样模块
采用两片模拟电子开关CD4051级联构成电阻采样电路，如图10所示，两片芯片公共端相连，控制线A、B、C相连后分别接单片机P2．0、P2．1、P2．2口，第一片芯片的INH端接P2．3口，再经过一个三极管构成的反向器接到第二片的INH端。通过控制P2．0-P2．3口的输出量可以控制采样电阻的大小，芯片供电VCC=+5 V，GND=0，VEE=-12 V，则0～5 V的数字信号可控制-12～5 V的模拟信号，满足电路的要求。

2．5 液晶显示模块
新仪器改用液晶LCD1602显示采样电阻和励磁电压的大小，如图11所示，使得用户界面更加友好。电位器W1可以调整液晶的对比度。

2．6 通信接口
采用RS-232标准串行接口与分析仪(或其他外设，如上位机)进行数据通信，实现智能仪器所具备的控制与拓展功能。
利用单片机内部的串行异步通信口，完成发送前并行到串行的转换；接收后从串行到并行的转换。由于RS232接口标准定义为±15 V的负逻辑信号电平与TTL不能兼容，需选用MAX232电平转换器实现信号对接。MAX232只需一个+5 V的电源供电，内部集成了DC／DC电源转换系统、输出驱动器和接收驱动器；外部只接4个0．1μF的电容就能完成信号电平转换，功耗小，电平转换速度快，最高达1 Mbps。接口电路如图12所示。

采用最简便的9个端子标准接口，可用DB-9型接插件。把单片机TXD与RXD脚分别连接MAX232芯片的11与12脚，加上一根信号地线，就可实现最简单的全双工串行数据通信。
2．7 单片机模块
采用低功耗、高性能8位单片机AT89S52作为控制元件，它具有8K系统可编程Flash存储器，在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。以AT89S52为核心的控制电路如图13所示。

AT89S52的32个可编程的I／O口线中，P1口与DAC0832的数字量输入端相连，通过按键改变P1口输出的数字量，从而控制DAC0832转换得到的模拟量。P2口的P2．0～P2．3与电阻采样模块的两片模拟电子开关相连，实现两片模拟电子开关的级联，两片模拟电子开关的公共端相连，控制线A、B、C相连后分别接单片机P2．0、P2．1、P2．2口，第一片芯片的INH端接P2．3口，再经过一个三极管构成的反向器接到第二片的INH端。通过控制P2．0-P2．3口的输出量可以控制采样电阻的大小。P0口和P2．4～P2．6与液晶LCD1602相连，实现对励磁电压和采样电阻大小的显示。
整套实验仪器的程序流程图如图14所示。