數(shù)控恒流源匯編程序的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　學(xué)士學(xué)位論文</b></p><p>　　題 目 數(shù)控恒流源匯編程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 生 ********</p><p>　　指導(dǎo)教師 ***** 副教授</p><p>　　年 級 2008級</p><p>　　

2、專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù)</p><p>　　系 別 光電信息工程系</p><p>　　學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院</p><p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　題 目 數(shù)控恒流源匯編程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 生 ******</p

3、><p>　　指導(dǎo)教師 ******* 副教授</p><p>　　年 級 2008級</p><p>　　專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù)</p><p>　　系 別 光電信息工程系</p><p>　　學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院</p><p><b

4、>　　2012年5月</b></p><p>　　數(shù)控恒流源匯編程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：恒流源在實(shí)際工程中是一種用途廣泛的檢測設(shè)備。本系統(tǒng)以直流電流源為核心，AT89S52單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級可達(dá)1mA，并可由數(shù)碼管顯示電流設(shè)定值和實(shí)際輸出電流值。本系統(tǒng)由單片機(jī)程控設(shè)定數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器（AD7543）輸出

5、模擬量，再經(jīng)過運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電流。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對恒流源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電流經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換后，通過A/D轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，再經(jīng)單片機(jī)分析處理，通過數(shù)字量形式的反饋環(huán)節(jié)，使電流更加穩(wěn)定，這樣構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電流源。實(shí)際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)能有效應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度的小功率恒流源的領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓控恒流源；自動(dòng)

6、控制；AT89C51；C51編程；</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已經(jīng)成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能、價(jià)格、發(fā)張空間等備受人們的關(guān)注，尤其對電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。性能好的電子設(shè)備，首先離不開穩(wěn)定的電路，電源穩(wěn)定度越高，設(shè)備和外圍條件越有越，那么設(shè)備的壽命更長。基于此，人們對數(shù)控恒定電流器件的需求越來越迫切，當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是恒

7、流方面特別是數(shù)字很留意的技術(shù)剛剛起步且有待發(fā)展，高性能的數(shù)控恒流源器件的開發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間。本課題正是應(yīng)這種發(fā)展需求，開發(fā)研制一種基于單片機(jī)的高性能的直流數(shù)控恒流源。本直流數(shù)控恒流源系統(tǒng)輸出電流穩(wěn)定，輸出電流可在0mA-2000mA范圍內(nèi)任意設(shè)定，不隨負(fù)載和環(huán)境溫度變化，并具有很高的精度，輸出電流誤差范圍±1mA，因而可實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定小功率直流恒流源的領(lǐng)域。</p><p><b&

8、gt;　　系統(tǒng)的性能</b></p><p>　　本系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要由兩大關(guān)系所決定，設(shè)定值與Ａ/Ｄ采樣顯示值（系統(tǒng)內(nèi)部測量值）的關(guān)系。內(nèi)部測量值與實(shí)際測量值的關(guān)系，而后者是所有儀表所存在的誤差。在沒有采用數(shù)字閉環(huán)之前，設(shè)定值與內(nèi)部測量值的關(guān)系只能通過反復(fù)測量來得出它們的關(guān)系（要送多大的數(shù)才能使Ｄ/Ａ輸出與設(shè)定電流值相對應(yīng)的電壓值），再通過單片機(jī)乘除法再實(shí)現(xiàn)這個(gè)關(guān)系，基本實(shí)現(xiàn)設(shè)定值與內(nèi)部測量值相一致

9、。但由于周圍環(huán)境等因素的影響，使設(shè)定值與內(nèi)部測量值的關(guān)系改變，使得設(shè)定值與內(nèi)部測量值不一致，有時(shí)會(huì)相差上百毫安，只能重新測量設(shè)定值與Ａ/Ｄ采樣顯示值的關(guān)系改變Ｄ/Ａ入口數(shù)值的大小才能重新達(dá)到設(shè)定值與內(nèi)部測量值相一致，也就是說還不穩(wěn)定。  在采用數(shù)字閉環(huán)后。通過比較設(shè)定值與Ａ/Ｄ采樣顯示值，得出它們的差值，再調(diào)整Ｄ/Ａ的入口數(shù)值，從而使Ａ/Ｄ采樣顯示值逐步逼近設(shè)定值最終達(dá)到一致。而我們無須關(guān)心Ｄ/Ａ入口數(shù)值的大小，從

10、而省去了原程序中雙字節(jié)乘除的部分，使程序簡單而不受周圍環(huán)境等因素的影響。內(nèi)部測量值與實(shí)際測量值的誤差是由于取樣電阻與負(fù)載電阻和晶體管的放大倍數(shù)受溫度的影響和測量儀表的誤差所造成的，為了減少這種誤差，一定要選用溫度系數(shù)低的電阻來</p><p><b>　　二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理</b></p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543是12位電流輸出型，其中OUT1和OUT2

11、是電流的輸出端。電流的輸出級別可這樣計(jì)算                 式中：DX是控制級數(shù)  電壓由集成運(yùn)算放大器U8A的1腳輸出，根據(jù)T型電阻網(wǎng)絡(luò)型的D/A轉(zhuǎn)換關(guān)系可知，存在如下通式：</p><p><b>　　（1）</b&g

12、t;</p><p>　　式中： ——輸出電壓(V)； ——參考電壓(V)； R ——T網(wǎng)絡(luò)電阻()；——外接反饋電阻()。  電流放大電路存在如下關(guān)系：</p><p>　?。?）              

13、         （3）式中： ——基極電流（mA）；——輸入電壓（V）；——負(fù)載電流（mA）。 </p><p>　　由式（1）、（2）可得到：        （4）  由于電路中的放大系數(shù)值遠(yuǎn)大于1，而與保持恒定，所以可推出負(fù)

14、載電流與輸入電壓存在如下關(guān)系：                     （5）     由式(5) 、（1）可得到:      

15、      （6）其中，k為比例系數(shù)。    式（6）可知，負(fù)載電流不隨外部負(fù)載的變化而改變。當(dāng)保持不變時(shí)(即AD7543的輸入數(shù)字量保持不變)，輸出電流維持不變，能夠達(dá)到恒流的目的。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控的目的，可以通過微處理器控制AD7543的模擬量輸出，從而間接改變電流源的輸出電流。從理論上來說，通過控制AD7543的輸出等級，可以達(dá)到1mA的輸出精度。但是

16、本系統(tǒng)恒流源要求輸出電流范圍是20mA~2000mA，而當(dāng)器件處于2000mA的工作電流時(shí)，屬于工作在大電流狀態(tài)，晶體管長時(shí)間工作在這種狀態(tài)，集電結(jié)發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致晶體管值下降，從而導(dǎo)致電流不能維持恒定。為了克服大電流工作時(shí)電流的波動(dòng)，在輸出部分增加了一個(gè)反饋環(huán)節(jié)來控制電流穩(wěn)定，減小電流的波動(dòng)，此反饋回路采用數(shù)字形式反饋，通過微處理器的</p><p>　　圖1  電流輸出反饋電路原理</p>

17、<p>　　三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　采用AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過改變AD7543的輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電流的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實(shí)際輸出電流值的大小，可以將電流轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)

18、據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。本方案的基本原理如圖2所示。</p><p>　　圖2  系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　模擬電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　壓控恒流源，通過改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，

19、利用單片機(jī)送出數(shù)字量，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成模擬信號，再送到大功率三極管進(jìn)行放大。單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)對輸出電流進(jìn)行監(jiān)控，采用數(shù)字方式作為反饋調(diào)整環(huán)節(jié)，由程序控制調(diào)節(jié)功率管的輸出電流恒定。當(dāng)改變負(fù)載大小時(shí)，基本上不影響電流的輸出，采用這樣一個(gè)閉路環(huán)節(jié)使得系統(tǒng)一直在設(shè)定值維持電流恒定。該方案通過軟件方法實(shí)現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定，易于功能的實(shí)現(xiàn)，便于操作，故選擇此方案。于采樣電阻阻值比較小，在該電阻上的壓降相應(yīng)也小，為了提高系統(tǒng)控制的靈敏度，采用一級運(yùn)算放

20、大器對采樣電壓進(jìn)行放大，再送到ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理，為了達(dá)到1mA步進(jìn)，選用12位串行D/A轉(zhuǎn)換器件AD7543可以滿足題目要求，而且該芯片是采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，硬件電路簡單。同時(shí)反饋系統(tǒng)控制靈活，易于達(dá)到1mA的步進(jìn)要求。</p><p>　　控制單元方案：由于要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，至少要有10個(gè)數(shù)字按鍵和兩個(gè)步進(jìn)按鍵，考慮到還要實(shí)現(xiàn)其它的功能鍵，選用16按鍵的鍵盤來完成整個(gè)系

21、統(tǒng)控制。顯示部分采用8位LED數(shù)碼管，而且價(jià)格便宜，易于實(shí)現(xiàn)?？紤]到單片機(jī)的I/O端口有限，為了充分優(yōu)化系統(tǒng)，采用外部擴(kuò)展一片8155來實(shí)現(xiàn)鍵盤接口與顯示功能。。</p><p>　　電源方案：單片機(jī)控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用78系列三端穩(wěn)壓器件，通過全波整流，然后進(jìn)行濾波穩(wěn)壓。電流源部分由于要給外圍測試電路提供比較大的功率，因此必須采用大功率器件?？紤]到該電流源輸出電壓在10V以內(nèi)，最大輸出電流不大于2000

22、mA，由公式P=U*I可以粗略估算電流源的功耗為20W。同時(shí)考慮到恒流源功率管部分的功耗，需要預(yù)留功率余量，因此供電電源要求能輸出30W以上。為了盡量減少輸出電流的紋波，要求供電源要穩(wěn)定，因此采用隔離電源，選用由LM338構(gòu)成的高精度大電流穩(wěn)壓電源。此方案輸出電流精度高，能滿足題目要求，而且簡單實(shí)用，易于自制，故選用方案二。</p><p>　　為了使本數(shù)控直流電流源進(jìn)一步智能化，考慮到要求輸出電壓不大于10V，

23、因此系統(tǒng)測試部分設(shè)計(jì)了一個(gè)過壓報(bào)警電路，用于對電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦有過壓現(xiàn)象，控制器響應(yīng)后會(huì)發(fā)出報(bào)警控制信號。</p><p><b>　　五、軟件程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　數(shù)控恒流源程序:</b></p><p>　　#include <reg52.h>#include <absa

24、cc.h>#include<string.h>#include<intrins.h>#define unit unsigned int#define uchar unsigned char#define DELAY_TIME 60 #define TRUE 1#define FALSE 0</p><p>　　uchar keyup;uchar keydown;uc

25、har keyupstate;uchar keydownstate;</p><p>　　static unsigned int s=0;static unsigned int b=1;static unsigned int q=0;static unsigned int c=0;static unsigned int a;</p><p>　　code unsigned cha

26、r table[19]={11,17,23,28,34,39,45,51,56,62,68,73,79,84,90,96,101,107,113};code unsigned char Seg7Code[11]=</p><p>　　//用十六進(jìn)數(shù)作為數(shù)組下標(biāo)，可直接取得對應(yīng)的七段編碼字節(jié){0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0xBF};<

27、;/p><p>　　sbit SCL=P1^4;sbit SDA=P1^5;</p><p>　　void DELAY(unsigned int t) /*延時(shí)函數(shù)*/    {        while(t!=0)      

28、      t--;    }</p><p>　　void I2C_Start(void)    {        /*啟動(dòng)I2C總線的函數(shù)，當(dāng)SCL為高電平時(shí)使SDA產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變*/   &#

29、160;    SDA=1;        SCL=1;        DELAY(DELAY_TIME);        SDA=0;    

30、0;   DELAY(DELAY_TIME);        SCL=0;        DELAY(DELAY_TIME);    }</p><p>　　void I2C_Stop(void)  

31、;  {        /*終止I2C總線，當(dāng)SCL為高電平時(shí)使SDA產(chǎn)生一個(gè)正跳變*/        SDA=0;        SCL=1;     

32、0;  DELAY(DELAY_TIME);        SDA=1;        DELAY(DELAY_TIME);        SCL=0;     

33、   DELAY(DELAY_TIME);    }</p><p>　　void SEND_0(void)   /* SEND ACK */    {        /*發(fā)送0，在SCL為高電平時(shí)使SDA信號為低*/ 

34、0;      SDA=0;        SCL=1;        DELAY(DELAY_TIME);        SCL=0;   

35、     DELAY(DELAY_TIME);    }</p><p>　　void SEND_1(void)    {        /*發(fā)送1，在SCL為高電平時(shí)使SDA信號為高*/    &

36、#160;   SDA=1;        SCL=1;        DELAY(DELAY_TIME);        SCL=0;     

37、60;  DELAY(DELAY_TIME);    }</p><p>　　bit Check_Acknowledge(void)    {        /*發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后檢驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)答信號*/     

38、0;  SDA=1;        SCL=1;        DELAY(DELAY_TIME/2);        F0=SDA;      

39、60; DELAY(DELAY_TIME/2);        SCL=0;        DELAY(DELAY_TIME);        if(F0==1)     

40、       return FALSE;        return TRUE;    }</p><p>　　void WriteI2CByte(char b)reentrant    {  &#

41、160;     /*向I2C總線寫一個(gè)字節(jié)*/        char i;        for(i=0;i<8;i++)          &

42、#160; if((b<<i)&0x80)                SEND_1();            else  

43、60;             SEND_0();    }</p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)制作數(shù)控直流恒流源的過程中，我們深切體會(huì)到，實(shí)踐是理論運(yùn)用的最好檢驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)是對我

44、們?nèi)晁鶎W(xué)知識的一次綜合性檢測和考驗(yàn)，無論是動(dòng)手能力還是理論知識運(yùn)用能力都得到了提高，同時(shí)加深了我們對網(wǎng)絡(luò)資源認(rèn)識，大大提高了查閱資料的能力和效率，使我們有充足的時(shí)間投入到電路設(shè)計(jì)當(dāng)中。本系統(tǒng)的研制主要應(yīng)用到了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、大功率電源設(shè)計(jì)、電子工藝等多方面的知識，所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)程序控制的壓控式恒流源，達(dá)到了應(yīng)用要求。在數(shù)據(jù)測試和調(diào)試方面，由于儀表存在誤差和電路器件因工作時(shí)間過長溫度升高而產(chǎn)生的誤差，使得

45、測量數(shù)據(jù)不是很精確，本系統(tǒng)就此通過軟件設(shè)計(jì)，減少誤差的存在，使輸出電流的誤差范圍減小到±4mA，大大提高了系統(tǒng)的精度，與理論計(jì)算吻合。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 郭天祥：8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)完全手冊，人民郵電出版社；</p><p>　　[2] 張毅剛：單片機(jī)原理及應(yīng)用，高等

46、教育出版社，2003年12月第一版；</p><p>　　[3] 余錫存、曹國華：單片機(jī)原理及接口技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2000年7月第一版；</p><p>　　[4] 何立民：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京航空航天大學(xué)大學(xué)出版社； </p><p>　　[5] 呂汀 石紅梅：變頻原理與應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年7月；</p><p&g

47、t;　　[6] 求是科技：單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航，人民郵電出版社，2008年7月；</p><p>　　[7] 余永權(quán)：ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社。</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　LIU Feng-long</p><p>　　Abstract

48、: In this system the DC source is center and 89S52 version single chip microcomputer (SCM) is main controller, output current of DC power can be set by a keyboard which step level reaches 1mA, while the set value and the

49、 real output current can be displayed by LED. In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD7543), then the analog value which is isolated and amplified by operational a