常用模块的设计

李首庆 李寒 王艺 陈增旭 谢佳伟

摘要：本文介绍了一些实验室常用模块的设计。对某些模块的硬件设计进行了较详细的论述，并给出了设计电路图和部分程序框图。经验证这些模块功能稳定，具有一定的实用价值。

关键词：模块；MSP430；光耦；电机驱动目前，在实验室进行的各类设计通常是较为复杂的系统。设计方案通常分两种：一是将所有元器件集成在一起，使作品节省大量空间，适合技术较为成熟的开发制作，但不利于实验室教学示范，同时其重复利用率降低。二是采用模块化设计，将系统拆分成多个模块，以满足利用率、误差、兼容性和维护等方面的要求。因此，实验室常用模块的设计显得非常重要。

1方案总体设计

本设计以MSP430单片机系统为核心模块，开发一系列外围实用分模块，包括多输出稳压电源模块、键盘输入模块、液晶显示模块、光耦隔离模块、DA转换模块、PWM调制模块、电机驱动模块。本文给出了部分相关模块的硬件设计和软件流程图，具体的模块框架图如图1所示。

2硬件设计

2.1 MSP430f149单片机最小系统模块

该模块包含电源电路，程序下载电路，MSP430149单片机最小系统电路以及LCD、矩阵键盘的输入端口电路等，支持12864和1602两种常用的LCD显示器。4*4矩阵键盘输入端口可接入键盘电路模块。下载器采用CH340T芯片为核心连接单片机和PC机，以方便使用USB线进行程序下载。

2.2 电机驱动模块

此模块主要利用L298N芯片做直流电机的驱动。可以驱动一台两相步进电机和四相步进电机，也可以两台直流电机。

2.3 PWM模块

本模块选用TL494芯片来产生PWM波形。模块输入为0到3.3V电压信号，输出为占空比0%到100%的PWM波。并且有频率调节功能和死区时间控制功能。

2.4 线性光耦隔离模块

此模块由线性光耦HCNR201和三个高精度单运放组成的模拟电压隔离电路，其输入和输出保持较好的线性度，可应用于各种模拟电压检测电路系统。

3软件设计

由于本文涉及多个模块的交互使用，需根据不同需求设计不同应用程序，已单片机AD采样程序为例，典型程序流程如图2所示。

4模块测试

经过对各模块的多次调试，均能准确实现其基本功能。在应用中需注意的事项如下：

⑴液晶显示需使用电位器对其进行对比度调节，并注意LCD12864串行/并行的不同使用方法。

⑵光耦隔离模块需对强弱端使用不同的电源供电以达到完全电气分离。

⑶使用DA/AD转换时，注意根据实际需求调节参考电压。

⑷使用PWM模块时，需先设置其输出频率和死区时间。

5结束语

本设计各个模块经过调试和修改，已经实现基本功能，且做到了利用率高，兼容性好，電路可靠等特点。建议用于教师课堂教学示范以及学科竞赛，能缩短作品的开发时间，提高系统的可靠性。

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