方案与元件的选择及设计基础知识
2.1　方案设计与论证
根据设计的要求：
1、最大输出电流2A，最高输出电压30V。   
2、电压步进0.1V，电流步进0.1A。
3、纹波系数尽可能小，输出稳定。
4、有限按键操作方便，LCD显示界面。
5、闭环控制理论的嵌入式软件实现。
特色及基本技术路线：
1、低成本解决方案。
2、直观的实验效果。
3、经典理论验证平台先硬件后软件，先局部后整体。
我设计出以下几个方案：
方案一：设计开关电源。在前期方案设计中采用PWM脉宽调制。它的功耗小，效率高，稳压范围宽，电路形式灵活多样，功耗小，效率高。在制作过程中发现，PWM占空比的线性变化使相应的电流呈非线性变化，经分析发现滤波电容的存在对占空比很小的PWM波积分效果明显，导致电流的非线性变化更显著，特别是PWM占空比很小时(希望得到输出的电流很小)输出有几十毫伏的电流，PWM脉宽调制会产生高次谐波导致输出电流的纹波电流比较大，加大滤波电容后电流纹波相对减小，但积分作用更加明显。
    方案二：用D/A和运算放大器做电流源，即采用D/A输出调节晶体管的偏值电流（电压）。采用此方案能有效的缩短调节时间，并能提高输出精度。但8位D/A芯片的精度达不到题目所需要的精度（步进10mA）。经计算需要采用12位的D/A芯片，但是12位D/A芯片的价格过于昂贵，并且在短时间内很难到货。
因此，可以采用双D/A芯片来解决此问题。采用两片DAC8032，一路DAC8032作为粗调，另一路DAC8032作为精调，并通过运算放大器对两路D/A转换电压做加法运算，再经过一级运算放大器后推动后级电流驱动电路，通过电流采样电阻两断的电压给单片机，单片机再控制D/A的输出，形成闭环负反馈调节回路。粗调当中DAC8032的基准电压ref=5V，则一个LSB对应的电压调节精度为4.8mV。精调当中DAC8032的ref=1.25V，则一个LSB对应的电压调节精度为1.2mV。此方案原理上把两个八位的DAC当成16位的DAC应用(实际上由于运算放大器有失调电压存在只能实现10位的精度)。这种方案调节电流是靠调节晶体管的偏值电流实现的，理论上是线性调节，不会产生高次谐波。
框图如下：
 
图2-1　方案二原理框图
方案三：用D/A和运算放大器做电流源，即采用D/A输出调节晶体管的偏值电流（电压）。采用此方案能有效的缩短调节时间，并能提高输出精度。但8位D/A芯片的精度达不到题目所需要的精度。经计算需要采用10位的D/A芯片。
为了争取时间，降低成本，我们的解决方案是采用的ATmega8，一路由PWM1的输出，通过积分整形出很平滑的直流电源控制场效应管输出的大小，改变电压的大小，当单片机通过闭环负反馈调节回路的A/D转换检测到电压没达到设定值时，将再次对输出电压进行调制，直到输出电压达到设定值；另一路同样由PWM2的输出，通过积分整形出很平滑的直流电源控制场效应管输出的大小，改变电流的大小，当单片机通过闭环负反馈调节回路的A/D转换检测到电流没达到设定值时，将再次对输出电流进行调制，直到输出电压达到设定值，调节电流是靠调节晶体管的偏值电流实现的，理论上是线性调节，不会产生高次谐波。这种方案易于实现，既保证了调节精度，又降低制作成本。
方案原理示意图见图2-2：

图2-2　方案三原理框图
依据设计要求中说提出的特色及基本技术路线，所以最后选用方案三。
2.2　单片机的选择
 2.2.1　Mega8-8L简介
ATmega8是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega8 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
ATmega8 有如下特点:8K 字节的系统内可编程Flash( 具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节 EEPROM，1K 字节 SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C)，片内/ 外中断，可编程串行USART，面向字节的两线串行接口，10 位6 路 (8 路为TQFP 与MLF 封装)ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及五种可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU 停止工作，而SRAM、T/C、 SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声； Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功 能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力。
本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(Application Flash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW 操作。 通过将8 位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega8 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
2.2.2 引脚说明
引脚图如下所示：
 
图2-3　ATmega8引脚图
1、VCC ：数字电路的电源。
2、GND ：地。
3、端口B(PB7..PB0)XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2：端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。通过时钟选择熔丝位的设置，PB6 可作为反向振荡放大器或时钟操作电路的输入端。通过时钟选择熔丝位的设置PB7 可作为反向振荡放大器的输出端。若将片内标定RC 振荡器作为芯片时钟源，且ASSR 寄存器的AS2 位设置，PB7..6 作为异步 T/C2 的TOSC2..1 输入端。端口B 的其他功能见P 55“ 端口B 的第二功能” 及P 22“ 系统时钟及时钟选项” 。
4、端口C(PC5..PC0) ：端口C 为7 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。
5、PC6/RESET ：若RSTDISBL 熔丝位编程，PC6 作为I/O 引脚使用。注意PC6 的电气特性与端口C 的其他引脚不同若RSTDISBL 熔丝位未编程，PC6 作为复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见P 35Table 15 。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。端口C 的其他功能见后。
6、端口D(PD7..PD0)： 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。端口D 的其他功能见后。
7、RESET ：复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见 P35Table 15 。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。
AVCC：AVCC 是A/D转换器、端口C (3..0) 及ADC (7..6) 的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC 连接。使用ADC 时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。注意，　　　　　端口C (5..4) 为数字电源，VCC。
8、AREF： A/D 的模拟基准输入引脚。
9、ADC7..6(TQFP 与MLF 封装)： TQFP与MLF封装的ADC7..6作为A/D转换器的模拟输入。为模拟电源 且作为10位ADC通道。
2.3　液晶显示屏（1602）显示的选择及串口实现原理
2.3.1　液晶显示屏（1602）简要说明

表2-1  主要技术参数
显示容量 16 2个字符

芯片工作电压 4.5～5.5V
工作电流 2.0mA(5.0V)
模块最佳工作电压 5.0V
字符尺寸 2.95 4.35(WXH)mm

表2-2  接口信号说明
编号 符号 引脚说明
1 VSS 电源地
2 VDD 电源正极
3 VL 液晶显示偏压信号
4 RS 数据/命令选择端（H/L）
5 R/W 读/写选择端（H/L）
6 E 使能信号
7 D0 Data 1/0
8 D1 Data 1/0
9 D2 Data 1/0
10 D3 Data 1/0
11 D4 Data 1/0
12 D5 Data 1/0
13 D6 Data 1/0
14 D7 Data 1/0
15 BLA 背景光源正极
16 BLK 背景光源负极
2.4　电流驱动管的选择
电流驱动管的选择是极其重要的。首先要求该管的功率要大，因为本题要求最大电流是2A，那么至少要选用5A以上的功率管。此时有两种选择：三极管和场效应管。就本题来看，由于缓冲器属于电压驱动，那么最好选用场效应管。但我们采用了IR公司的IRF840，其参数如下：
IRF840 单元绝对最大额定功率 Tc=25oC
1、漏极到源极电压：VDS 500V
2、漏极到门极电压：（RGS=20k）VDGR 500V
3、连续漏极电流：ID 8.0 A
4、TC = 100oC ： ID 5.1 A
5、脉冲漏极电流：IDM 32 A
6、门极到源极电压：VGS 20 V
7、最大功率耗散Dissipation ：PD 125 W
8、线性减额因子：1.0 W/oC
9、单脉冲雪崩能量功率：EAS 510 mJ
10、运行与存储温度：TJ，TSTG -55 to 150 oC
11、最大焊接温度离箱子1.6毫米 10秒：TL，300oC
注意：施加的参数超过在“绝对最大额定功率”里列出的可能会给设备带来永久性的损害。这只是一个设备的运行申明，在这些或任何其他条件高出在这个说明中的操作部分的都没有被包含进来。
如上参数已经满足设计要求，加上按照要求温度对该管子的性能影响很小，静态电流噪声小(有效避免电路产生纹波)，所以选用了IRF840作为方案的电流驱动管。
2.5　运算器的选择
2.5.1　LM358M简介
LM358系列由两个独立的，高增益的，内部频率补偿的运作放大器，它们是特别用来在基于大范围的电压运作的单电源供电上工作的。来自分离式电源的运行也同样可行，而且低电源电流和电源电压的数值是独立的。应用区域包括转换放大器，直流增益阻隔和所有现在能在单电源系统更简单运用的一般运算放大器。比如，LM518系列能直接独立运行于标准的被用在数字系统的+5V电源供电，而且能简易的无需另一个±15V。
电源供电的前提下提供所需的接口电子。基于国家微SMD封装技术的固定封装（8－微SMD）的芯片上的LM358和LM2904已经能够获得。
2.5.2　NE5532AP简介
NE5532AP的基本常数如下：
1、平均输入噪声电压 : 5nV/  Typ at 1kHz
2、联合增益带宽: 10 MHz Typ
3、普通模式电阻率: 100 dB Typ
4、高直流增益: 100V/mV Typ
5、波峰到波峰输出电压摆幅:   = 18 V 和   =600 Typ
6、高回转率: 9 V/ Typ
7、宽供电电压范围:  3V ~ 20 V
NE5532AP的引脚图如下：