數(shù)控恒流源畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　恒流源在實(shí)際工程中是一種用途廣泛的供電設(shè)備。本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤可以設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)可達(dá)1mA，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電流值和電流設(shè)定值。系統(tǒng)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)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

2、的電流。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)恒流源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電流經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過(guò)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(guò)數(shù)據(jù)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。設(shè)計(jì)出了能精確輸出20mA~2000mA數(shù)控可調(diào)直流恒流源。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒流源的領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵詞：恒流源；AT89S52 ；D/A </p&g

3、t;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Const current source is a widely used power supply equipment in engineering .In this system the DC source is center and 89S52 version single chip microcomp

4、uter (SCM) is main controller, output current of DC power can be set by a keyboard which step level reaches 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LED. In the system, the digitally progr

5、ammable signal from SCM is converted to analog value by DAC , then the analog value which is isolated and amplified by operat</p><p>　　Keywords: constant current source; AT89S52; D/A </p><p><

6、;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)要求及主要工作2</p><p>　　1.3.1 任務(wù)及要求2<

7、;/p><p>　　1.3.2 主要工作3</p><p>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 總體方案的論證與選擇4</p><p>　　2.2 恒流源部分方案選擇5</p><p>　　2.3 供電部分的方案論證7</p><p>　　2.4 電流測(cè)量方案8</

8、p><p>　　3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 恒流源模塊電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3 D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3.1 AD7543引腳及原理18</p><p>　　3.3.2

9、接口電路的設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.4.1 ADC0809引腳及原理22</p><p>　　3.4.2 ADC0809與AT89S52單片機(jī)的接口24</p><p>　　3.5 鍵盤和顯示電路的設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.5.1 8155芯

10、片的介紹27</p><p>　　3.5.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.5.3 顯示接口電路設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.6 供電電源設(shè)計(jì)35</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.1主程序流程圖設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.2閉環(huán)

11、比較子程序37</p><p>　　4.3電流設(shè)置子程序37</p><p>　　4.4鍵盤中斷子程序38</p><p>　　4.5顯示中斷子程序38</p><p>　　5 結(jié)論與展望43</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)44</b></p><p>&

12、lt;b>　　致謝45</b></p><p>　　附錄 部分子程序46</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義</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，現(xiàn)今社會(huì)，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢(shì)，設(shè)備的性能，

13、價(jià)格，發(fā)展空間等備受人們的關(guān)注，尤其對(duì)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(kāi)穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設(shè)備和外圍條件越優(yōu)越，那么設(shè)備的壽命更長(zhǎng)?；诖?，人們對(duì)數(shù)控恒定電流器件的需求越來(lái)越迫切。高性能的數(shù)控恒流器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間。</p><p>　　恒流源是模擬系統(tǒng)中廣泛使用的一種單元電路或測(cè)試平臺(tái),在實(shí)際工程中也有廣泛的用途,是電導(dǎo)測(cè)量、開(kāi)關(guān)電源、功放等場(chǎng)合不可替代的檢

14、測(cè)設(shè)備。本文主要介紹了數(shù)控恒流源的硬件電路和軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了在20mA~2000mA的電流范圍內(nèi),電流恒定為1mA的準(zhǔn)確度。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　在我國(guó)，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)60年代中期開(kāi)始形成，到了90年代以來(lái)，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快；另一方面，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)

15、下，我國(guó)電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)還開(kāi)展了跟蹤國(guó)際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。但是我國(guó)電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在著很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開(kāi)發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10-15年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流恒流源

16、的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。目前國(guó)內(nèi)在這兩方面研究比較多的是成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)，主要是利用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)器件(PSD)來(lái)控制開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓?jiǎn)卧_(dá)到數(shù)控的目的，但和國(guó)外的比較起來(lái)，效果不是很理想，還有很大的差距。目前，全國(guó)的電源及其配件的生產(chǎn)銷售企業(yè)有4000家以上，產(chǎn)值有300~400億元，但國(guó)內(nèi)企業(yè)(著名的如北京</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)要求及主要工作</p

17、><p>　　1.3.1 任務(wù)及要求</p><p>　　設(shè)計(jì)并制作數(shù)控直流電流源。輸入交流電壓200~240V，50HZ；輸出直流電壓≤10V?；疽螅?lt;/p><p>　?、佥敵鲭娏鞣秶?00~2000mA；</p><p>　?、诳稍O(shè)置并顯示電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對(duì)值≤給定值的1%+10mA；</p>&

18、lt;p>　　③設(shè)計(jì)、制作測(cè)量及顯示裝置（可同時(shí)或交替顯示電流的給定值和實(shí)測(cè)值）；</p><p>　?、芫哂小?” 、“-”步進(jìn)調(diào)整功能；</p><p>　　⑤紋波電流≤2mA；</p><p><b>　　⑥自制電源。</b></p><p>　　1.3.2 主要工作</p><p>

19、　?。?）數(shù)控恒流源原理分析及方案設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)控直流恒流源要實(shí)現(xiàn)電流的鍵盤化輸入控制，同時(shí)要具備輸出顯示功能。另外，根據(jù)要求電源還應(yīng)該可以通過(guò)按鍵選擇一些特殊的功能。如何有效的實(shí)現(xiàn)這些功能也是課題所需研究解決的問(wèn)題。</p><p>　?。?）控制部分功能的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心器件，不同器件的選擇直接影響到系統(tǒng)的性能和外

20、圍電路的復(fù)雜程度。因此，選擇什么樣的器件是本課題解決的問(wèn)題之一。</p><p>　　（3）如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的輸出控制</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是要用微處理器來(lái)替代傳統(tǒng)直流穩(wěn)定電源中手動(dòng)旋轉(zhuǎn)電位器，實(shí)現(xiàn)輸出電流的連續(xù)可調(diào)，精度要求高。實(shí)現(xiàn)的途徑很多，可以用DAC的模擬輸出控制電源的基準(zhǔn)電壓或分壓電阻，或者用其它更有效的方法，因此如何選擇簡(jiǎn)單有效的方法是本課題需要解決的首要問(wèn)題。&l

21、t;/p><p><b>　?。?）軟件編程</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路，為了有效地減小紋波電流，用軟件方法實(shí)現(xiàn)去峰值數(shù)值濾波，以減小環(huán)境參數(shù)對(duì)輸出控制量的影響。因此要對(duì)電路的部分模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，以達(dá)到課題設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p&

22、gt;　　2.1 總體方案的論證與選擇</p><p>　　由于恒流源已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品，其實(shí)現(xiàn)的方法很多，但結(jié)合到實(shí)際情況和本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和實(shí)現(xiàn)功能，以及器件的性能，本設(shè)計(jì)選用以下三種方案進(jìn)行了論證比較。</p><p>　　方案一：中小規(guī)模集成電路控制方式</p><p>　　采用中小規(guī)模集成電路構(gòu)成的控制電路，進(jìn)行處理數(shù)據(jù)信息。但此方案外圍元器件多，容易出故障

23、，不易實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的功能。</p><p>　　方案二：可編程邏輯器件構(gòu)成的控制方式</p><p>　　采用各類數(shù)字電路來(lái)組成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)處理，如選用FPGA等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)處理比較困難。</p><p>　　方案三：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制方式</p><p>　　采用AT89S52

24、單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變AD7543的輸入數(shù)字量來(lái)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(cè)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(guò)A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)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(lái)解決數(shù)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(jiǎn)潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。</p>&l

25、t;p>　　因方案一外圍元器件較多，容易出故障，方案二價(jià)格較貴，而方案三有外圍元器件不算多，且具有價(jià)格便宜，容易掌握，可靠性高、靈活、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，能達(dá)到題目設(shè)計(jì)要求，故本系統(tǒng)采用方案三，即采用AT89S52為核心的控制器。</p><p>　　2.2 恒流源部分方案選擇</p><p>　　恒流源的實(shí)現(xiàn)可以采用多種方法，比如可以使用恒流二極管或者三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可采用三端可調(diào)集

26、成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源或四端可調(diào)恒流源，也可采用數(shù)控穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源，由于恒流源技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)很成熟，可有多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，此方案選用了以下三種方案進(jìn)行了論證比較。</p><p>　　方案一：三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源</p><p>　　以W350為例，其最大輸出電流為3A，輸出電壓為為1.2~33V。其典型恒流源電路如圖2-1所示。</p><p>　　當(dāng)可

27、調(diào)穩(wěn)壓器W350調(diào)節(jié)在輸出電壓 =1.2V時(shí)，若R固定不變，則不變。因此可以獲得恒流源輸出。例如，R=0.6則 = 。若改變R的值，可時(shí)輸出電流IH改變。例如，R=0.6 時(shí)，則IH=200mA，可滿足要求。若R由60 變到0.6，則為20～2000mA，則滿足發(fā)揮部分的要求。假設(shè)R改為數(shù)控電位器，則輸出電流可以以某一個(gè)步長(zhǎng)進(jìn)行改變。</p><p>　　圖2-1 由W350構(gòu)成的恒流源電路</p>

28、<p>　　此方案的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外圍元件少、調(diào)試方便、價(jià)格便宜。</p><p>　　缺點(diǎn)：精密的大功率的數(shù)控電位器難以購(gòu)買。</p><p>　　方案二：有數(shù)控穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源</p><p>　　方案一是在不變的情況下，通過(guò)改變R的數(shù)值而獲得輸出電流的變化。如果固定R不變，如令R=1,若能改變的數(shù)值，同樣可以構(gòu)成恒流源。也就是說(shuō)將圖2-1中的

29、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓源改為數(shù)控電壓源。其原理方框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 由數(shù)控穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源方框圖</p><p>　　此方案優(yōu)點(diǎn)：原理清楚，若以前做過(guò)這方面的設(shè)計(jì)的話，知識(shí)、器件有儲(chǔ)備，方案容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　缺點(diǎn)：數(shù)控穩(wěn)壓源的地是浮地，與系統(tǒng)不共地線。對(duì)系統(tǒng)而言，地線不便處理。</p><p>&l

30、t;b>　　方案三：壓控恒流源</b></p><p>　　壓控恒流源，通過(guò)改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來(lái)控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機(jī)送出數(shù)字量，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再送到功率三極管進(jìn)行放大。單片機(jī)系</p><p>　　圖2-3 壓控恒流源</p><p>　　統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)輸出電流進(jìn)行監(jiān)控，采用數(shù)字方式

31、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(guò)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。其原理框圖如圖2-3所示。</p><p>　　2.3 供電部分的方案論證</p><p>　　方案一：用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源給整機(jī)供電，此方案能夠完成本作品電流源的供電，但

32、開(kāi)關(guān)電源比較復(fù)雜，而且體積也比較大，制作不便，因而此方案難以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　方案二：?jiǎn)纹瑱C(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(guò)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(cè)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2000mA，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

33、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。</p><p>　　因三端穩(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外圍元器件少、性能優(yōu)良、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，所以供電部分采用方案二，其原理框圖如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 供電部分原理框圖</p><p>　　2.

34、4 電流測(cè)量方案</p><p>　　要測(cè)量輸出電流，一般用數(shù)字電流表串聯(lián)在輸出回路中，直接讀出的值。要自制一個(gè)測(cè)量輸出電流裝置，這樣做不易實(shí)現(xiàn)，主要是因?yàn)樽灾票淼木纫话氵_(dá)不到要求。此設(shè)計(jì)中選用的是將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)再測(cè)量。方案如下：</p><p>　　從采樣電阻上得到一個(gè)反饋電壓，由于采樣電阻阻值比較小，在該電阻</p><p>　　圖2-5 電流測(cè)量與顯示

35、原理框圖</p><p>　　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(jí)運(yùn)算放大器對(duì)采樣電壓進(jìn)行放大，再送到ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后交給89S52單片機(jī)處理，最后將測(cè)量數(shù)值由LED顯示。這樣硬件電路簡(jiǎn)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。其原理框圖如圖2-5所示。</p><p>　　因此，有上述主要模塊及系統(tǒng)總體方案的論證可得，要實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)的

36、硬件部分主要包括三大部分： D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路、恒流源電路和鍵盤、顯示電路。其總體原理框圖如圖2-6所示。</p><p>　　系統(tǒng)工作流程如下：通過(guò)4×4鍵盤輸入預(yù)定電流值,利用AT89S52將數(shù)據(jù)送入LED顯示當(dāng)前設(shè)定值,同時(shí)將數(shù)據(jù)送入DA, DA輸出的作為數(shù)控電流源輸出電流的控制信號(hào),采用達(dá)林頓管進(jìn)行擴(kuò)流,能精確的輸出20mA~2000mA控可調(diào)直流恒流源。此信號(hào)由AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),單片機(jī)將

37、此數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,再送LED顯示,通過(guò)顯示器看到預(yù)定值和輸出值。</p><p>　　圖2-6 總體原理框圖</p><p><b>　　3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 恒流源模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為了滿足大電流輸出的需要，并顧及器件極限功耗的局限，電流源采用普通功放和功率三極

38、管相結(jié)合，間接控制電流大小。恒流源電路如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 恒流源電路原理圖</p><p>　　該圖本身就是一個(gè)壓控電流源，其最大電流值的選擇，要考慮到所用功率器件的電流極限和功耗極限。負(fù)載端的最高電壓值，決定了負(fù)載的最大電阻值，它又決定了電流源工作電源的最低電壓值以及所用功率器件的極限電壓參數(shù)。在最大輸出電流確定之后，輸入電壓值的選擇又決定了基本電流源的互導(dǎo)增

39、益。由于現(xiàn)有器件為L(zhǎng)M324，其本身是一個(gè)低功耗器件且具有過(guò)流保護(hù)功能，電流不會(huì)達(dá)到最大。所以采用運(yùn)放與功率三極管相結(jié)合的方法。如圖，前級(jí)加一個(gè)反相比例運(yùn)算放大器用以實(shí)現(xiàn)由負(fù)電壓到正電壓的轉(zhuǎn)換。后級(jí)為采樣電阻，不宜太大，且應(yīng)選用大功率電阻。為負(fù)載電阻（0~100歐），也應(yīng)該選用大功率電阻。由此可知負(fù)載，與無(wú)關(guān)。當(dāng)Vi恒定不變時(shí)，改變采樣電阻的阻值大小，可改變的恒定值。集成運(yùn)放輸出端接大功率三極管的基極，由于基極的電流很小，電流極限和功耗

40、極限滿足。同時(shí)大功率三極管能達(dá)到2000mA大電流的要求，電流調(diào)整率小且穩(wěn)定。</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543是12位電流輸出型，其中OUT1和OUT2是電流的輸出端。電流的輸出級(jí)別可這樣計(jì)算</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　式中：是控制級(jí)數(shù)</b></p>

41、<p>　　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></p><p>　　式中： —— 輸出電壓(V)；</p><p>　　—— 參考電壓(V)；</p><p>　　R —— T網(wǎng)絡(luò)電阻()；&l

42、t;/p><p>　　—— 外接反饋電阻()。</p><p>　　電流放大電路存在如下關(guān)系：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中： —— 基極電流（mA）；</p><p

43、>　　—— 輸入電壓（V）；</p><p>　　—— 負(fù)載電流（mA）。</p><p>　　由式（3-1）、（3-2）可得到：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　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)載電流與輸入電壓存在如下關(guān)系：</p>&

44、lt;p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　其中，K為比例系數(shù).</p><p>　　由式(3-5) 、（3-1）可得到:</p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　由式（3-6）可知，負(fù)載電流不隨外部負(fù)載 的變化而改變。當(dāng)n保持不變時(shí)(即AD754

45、3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。</p><p>　　考慮到題目要求最大電流要達(dá)到2000mA，在達(dá)林頓管基極管腳和地之間需接一個(gè)功率電阻，采集其上的電位,一路送到U8D(LM324)的反相輸入端，一路要送到A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)行實(shí)際輸出的電流實(shí)時(shí)檢測(cè)，又考慮到其功率會(huì)影響到電源的功率，故選擇阻值1的錳銅絲電阻，功率要大于P==4W，又考慮到開(kāi)機(jī)時(shí)的沖擊電流和留有余量等因素，為確保產(chǎn)品

46、的工作可靠性，我們?cè)诖诉x用5W的大功率電阻。達(dá)林頓管允許流過(guò)的電流應(yīng)大于2000mA，根據(jù)題目要求其輸出電壓要在10V以內(nèi)變化，則電源電壓可選15V的直流電源，達(dá)林頓管的C極和E極之間的允許壓降要大于3V，因此可達(dá)到題目的要求，即輸出電壓在10V以內(nèi)，故我們選用型號(hào)為3DD15A集電極可流過(guò)最大電流為5A，放大倍數(shù)較大,功率為50W的達(dá)林頓管，由于題目要求測(cè)量的輸出電流為可達(dá)2A的大電流，為確保達(dá)林頓管可靠工作，我們選用了散熱功能良好的

47、散熱片，同時(shí)也提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　AT89系列單片機(jī)和MCS-51單片機(jī)在內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。由于AT89系列單片機(jī)繼承了MCS-51的原有功能，內(nèi)部含有大容量的Flash存儲(chǔ)器，又增加了新的功能，如看門狗定時(shí)器WDT/ISP及SPI串行接口技術(shù)等，并且該系列單片機(jī)在國(guó)內(nèi)資料介紹較多、資料比較

48、齊全，其本身性能價(jià)格比較高，所以本設(shè)計(jì)選用AT89S系列單片機(jī)。</p><p>　　由于AT89S52系列單片機(jī)較之51系列單片機(jī)，集成度高、速度快、功耗低。AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在線系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適用于常規(guī)編程器。在

49、單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52單片機(jī)的主要性能如下：</p><p>　　★ 8為字長(zhǎng)的CPU；</p><p>　　★ 可在線ISP編程的8KB片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器；</p><p>　　★ 256B的

50、32根I/O口線（P0~P3）；</p><p>　　★ 4.0~5.5V電壓操作范圍；</p><p>　　★ 三個(gè)可編程16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；</p><p>　　★ 雙數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1；</p><p>　　★ 具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)；</p><p>　　★ 可在“空閑”

51、和“掉電”兩種低功耗方式運(yùn)行；</p><p>　　★ 3級(jí)程序鎖定位；</p><p>　　★ 全雙工的UART串行通信口；</p><p>　　★ 1個(gè)看門狗定時(shí)器WDT；</p><p>　　★ 具有斷電標(biāo)志位POF；</p><p>　　★ 振蕩器和時(shí)鐘電路的全靜態(tài)工作頻率為0~30MHZ；</p>

52、<p>　　★ 與MCS -51單片機(jī)完全兼容。</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心部分，它主要用于鍵盤按鍵管理、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對(duì)各部分反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行整體調(diào)整。單片機(jī)加上適當(dāng)?shù)耐鈬骷蛻?yīng)用程序，構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)成為最小系統(tǒng)。主要包括AT89S52單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、地址鎖存器74LS373、并行I/O口芯片8155等器件。</p><p&g

53、t;<b>　?。?）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　AT89S52單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，振蕩電路較簡(jiǎn)單，只需要</p><p>　　在片外通過(guò)XTAL1 和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。本設(shè)計(jì)選擇的內(nèi)部振蕩電路的外部電路如圖3-2所示。振蕩頻率為12MHz，時(shí)鐘發(fā)生器是一個(gè)2 分頻觸發(fā)器電路，它將

54、振蕩器的信號(hào)頻率fosc除以2，向CPU提供了兩相時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809正常工作需要提供10KHZ~1280KHZ范圍的外部時(shí)鐘，如果單獨(dú)設(shè)計(jì)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，會(huì)增加電路的復(fù)雜程度。AT89S52單片機(jī)的地址鎖存器允許信號(hào)ALE輸出頻率為</p><p><b>　　圖3-2 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　系統(tǒng)頻率的1/6，經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后可獲得1/12系統(tǒng)時(shí)

55、鐘頻率。如果單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用12MHZ，則ALE引腳的輸出頻率為2MHZ，再二分頻后為1MHZ，符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為6MHZ，雖然二分頻后得到的時(shí)鐘頻率滿足要求，但是其單片機(jī)的工作速度較慢，所以單片機(jī)的時(shí)鐘頻率采用12MHZ的。</p><p><b>　?。?）復(fù)位電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作

56、。其主要功能是將程序計(jì)數(shù)器PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在運(yùn)行中，外界干擾等因素可使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或跑飛。為擺脫困境，可將單片機(jī)復(fù)位，以重新啟動(dòng)。復(fù)位也使單片機(jī)退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常工作狀態(tài)。</p><p>　　復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要，一個(gè)單片機(jī)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功，在復(fù)位電路中,RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，

57、其時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期以上，若使用頻率為6MHZ的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)4us才能完成復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)中用到的是12MHZ的晶振。</p><p>　　復(fù)位操作有多種工作方式，此系統(tǒng)采用的是按鍵電平復(fù)位。它通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)過(guò)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3 復(fù)位電路</b></p>&l

58、t;p>　　3.3 D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由（3-6）計(jì)算公式知，輸出電流時(shí)與成比例，因?yàn)镈/A轉(zhuǎn)換器會(huì)引入半個(gè)字到1個(gè)字的量化誤差。若D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)越高，D/A轉(zhuǎn)換時(shí)誤差越小。但D/A轉(zhuǎn)換時(shí)位數(shù)太高，會(huì)影響轉(zhuǎn)換速率并使CPU存儲(chǔ)容量加大。又因本次設(shè)計(jì)的輸出電流范圍是20~2000mA,且步進(jìn)為1mA ,共有2001種狀態(tài)，折中考慮選取12位的D/A轉(zhuǎn)換器。現(xiàn)選取的是12位串行D/A轉(zhuǎn)換

59、器件AD7543可以滿足題目要求。</p><p>　　3.3.1 AD7543引腳及原理</p><p>　　一般的D/A轉(zhuǎn)化芯片都是并行接口，只有AD7543是12位串行D/A轉(zhuǎn)換芯片，它是美國(guó)模擬器件公司(Analog Devices)的產(chǎn)品，屬于特殊用途D/A轉(zhuǎn)換器，和并行接口芯片有很大不同，使用該芯片構(gòu)成的系統(tǒng)具有接線簡(jiǎn)單、使用方便、</p><p>　　

60、圖 3-4 AD7543內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　控制靈活的特點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景和開(kāi)發(fā)價(jià)值。AD7543的邏輯電路由12位串行輸入并行輸出移位寄存器(A)和12位DAC輸入寄存器(B)以及12位DAC單元組成。在選通輸入信號(hào)的前沿或后沿(由用戶選擇)定時(shí)地把SRI引腳上的串行數(shù)據(jù)裝入寄存器A，一旦寄存器A裝滿，在加載脈沖的控制下，寄存器A的數(shù)據(jù)便裝入寄存器B。并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如3-4所示

61、。</p><p>　　AD7543為16引腳雙列直插式封裝，其引腳功能見(jiàn)表3-1。出現(xiàn)在AD7543的SRI引腳上的串行數(shù)據(jù)在STB1、STB2和STB4的上升沿或STB3的下降沿作用下，定時(shí)的移到移位寄存器A中，寄存器A和B控制輸入端所要求的各種信號(hào)的邏輯關(guān)系如表3-2所列。</p><p>　　表 3-1 AD7543的引腳功能</p><p>　　基準(zhǔn)電壓的

62、選擇非常重要，即AD7543的15引腳（Vref）的接法，它直接影響恒流源輸出電流的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及紋波系數(shù)等項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。設(shè)計(jì)選擇了通過(guò)接1K的變位器接到+8V的電源上。有（3-6）式得知，輸出電流與基準(zhǔn)電壓成正比?；鶞?zhǔn)電壓源穩(wěn)定性越高，則輸出電流的穩(wěn)定性越高。</p><p>　　3.3.2接口電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電流的實(shí)時(shí)控制，通過(guò)4*4鍵盤輸入預(yù)定電流數(shù)值

63、，通過(guò)AT89S52將數(shù)據(jù)送入LED顯示當(dāng)前設(shè)定值，同時(shí)將數(shù)值送入12位的AD7543對(duì)輸入值進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，其輸出值作為電流源輸出電流的控制信號(hào)，經(jīng)三極管進(jìn)行放大，并輸出顯示，用戶可以在LED顯示器上看見(jiàn)兩個(gè)電流值：其一為預(yù)置的電流值；其二為輸出電流的實(shí)測(cè)值。正常工作時(shí)兩者的相差很小，一旦出現(xiàn)異常狀況，用戶可以看出期望值不符，從而采取相應(yīng)的措施。根據(jù)AD7543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性及本設(shè)計(jì)的性能要求，可得本設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換的硬件電路如圖3-5所

64、示。</p><p>　　圖3-5 D/A轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)</p><p>　　我們知道模擬量在時(shí)間上是連續(xù)變化的，而數(shù)字量在時(shí)間上是離散變化的，所以A/D轉(zhuǎn)換器在模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，只能在一系列離散的時(shí)間點(diǎn)上對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行采集，然后再將這些采樣值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。在本設(shè)計(jì)中，采用ADC0809對(duì)八路模擬信號(hào)進(jìn)行選擇采集并將其

65、轉(zhuǎn)化為八位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)變換電路。用并行碼送入傳輸線路。</p><p>　　3.4.1 ADC0809引腳及原理</p><p>　　ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8位CMOS單片型A/D轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近方法完成A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809是由單一+5V電源供電，片內(nèi)有帶鎖存功能的8路模擬多路開(kāi)關(guān)，可對(duì)8路0~5V的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需要100

66、us；輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。通過(guò)適當(dāng)?shù)耐饨与娐?，ADC0809可對(duì)0~5V雙極性模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此外內(nèi)部還有譯碼器、比較器。</p><p>　　ADC0809是28腳雙列直插式封裝，如圖3-6所示，各引腳功能如下：</p><p>　　★ D7 ~ D0:8位數(shù)字量輸出引腳；</p><p><b>　　★ GND：地

67、；</b></p><p>　　★ REF（+）：參考電壓正端；</p><p>　　★ REF（-）：參考電壓負(fù)端；</p><p>　　★ IN0~IN7:8路模擬量輸入引腳；</p><p>　　★ Vcc：+5V工作電壓；</p><p>　　★ START:A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端；</p&

68、gt;<p>　　★ ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端；</p><p>　?。ㄒ陨蟽尚盘?hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）</p><p>　　★ EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。</p><p>　　★ OE：輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。</p><p>　　★ CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端

69、。</p><p>　　圖 3-6 ADC0809引腳結(jié)構(gòu)</p><p>　　★ A、B、C:地址輸入線，經(jīng)譯碼后可選用IN0~IN7八通道中的一個(gè)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　A、B、C的輸入與選通的通道的關(guān)系如表3-3所示。</p><p>　　表3-3 被選模擬量路數(shù)和地址的關(guān)系</p><p>　　3.

70、4.2 ADC0809與AT89S52單片機(jī)的接口</p><p>　　ADC0809與AT89S52單片機(jī)的硬件接口電路連接主要涉及兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是8路模擬信號(hào)的通道選擇，另一個(gè)是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時(shí)等待方式。</p><p><b>　　延時(shí)等待方式</b></p><p>　　實(shí)際上，

71、對(duì)于每一種A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間是它的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，可以從芯片的說(shuō)明書中獲取，是已知的和和固定的。ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100~130us。當(dāng)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，采用軟件延時(shí)方法等待一段時(shí)間，等待時(shí)間稍大于A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間，以保證A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的時(shí)間完成轉(zhuǎn)換，待延時(shí)結(jié)束，直接讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　查詢方式</b></p><p>　　當(dāng)A

72、/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC轉(zhuǎn)換器輸出一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)EOC</p><p>　　這個(gè)信號(hào)可以作為待檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)I/O口把ADC的狀態(tài)反饋給單片機(jī)。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換之后，CPU就查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，即查詢EOC引腳的狀態(tài)；若EOC為低電平，則表示A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，則單片機(jī)繼續(xù)查詢；當(dāng)CPU查詢到EOC變?yōu)楦唠娖剑瑒t可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p><b>　　中斷方式</b

73、></p><p>　　采用中斷方式控制ADC轉(zhuǎn)換時(shí)，把轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，一旦A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，即可向CPU請(qǐng)求中斷，CPU響應(yīng)中斷后，通過(guò)執(zhí)行中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。采用中斷方式，A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換時(shí)不需要CPU查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束、或等待其結(jié)束，因此，不占用CPU的時(shí)間，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。</p><p>　　所以，本設(shè)計(jì)選用中斷方式。A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)為數(shù)字量，這些數(shù)

74、據(jù)應(yīng)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成之后，才能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如果把表示轉(zhuǎn)換結(jié)束的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，那么便可以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。如圖3-7所示就是本系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換部分的硬件連接電路。</p><p>　　圖3-7 A/D轉(zhuǎn)換硬件電路圖</p><p>　　3.5 鍵盤和顯示電路的設(shè)計(jì)</p>&l

75、t;p>　　對(duì)鍵盤/顯示器接口的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足兩個(gè)要求：</p><p><b>　?、俟δ芗夹g(shù)要求；</b></p><p><b>　?、诳煽啃愿?。</b></p><p>　　但系統(tǒng)不同，要求就不同，接口設(shè)計(jì)也就不同。對(duì)一個(gè)鍵盤/顯示器接口設(shè)計(jì)應(yīng)從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，綜合考慮軟、硬件的特點(diǎn)，合理分配軟、硬件的比重。在應(yīng)用

76、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示放在一起考慮。此系統(tǒng)采用對(duì)AT89S52單片機(jī)進(jìn)行并行I/O口擴(kuò)展一片8155芯片作為鍵盤、顯示器的接口。</p><p>　　3.5.1 8155芯片的介紹</p><p>　　8155 RAM和I/O擴(kuò)展器。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有256B的靜態(tài)RAM，有3個(gè)通用的I/O端口，其中兩個(gè)端口為8位，一個(gè)端口為6位。3個(gè)端口均可編程工作于不同的方式下。與AT89S52

77、單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。8155的邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 8155的邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1)地址和數(shù)據(jù)端口</p><p>　　AD7~AD0：是三態(tài)地址/數(shù)據(jù)線，與單片機(jī)的低8位數(shù)據(jù)/地址線相連。8155與單片機(jī)之間的地址、數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)信息都由此傳送。</p><p>

78、;<b>　?。?）控制線</b></p><p>　　RESET：復(fù)位信號(hào)線，高電平復(fù)位，命令寄存器被清除，并置3個(gè)I/O端口為輸入方式。</p><p>　　/CE:片選信號(hào)線，低電平有效。</p><p>　　/RD:存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)線，低電平有效。</p><p>　　/WR:存儲(chǔ)器寫控制信號(hào)線，低電平有效。&l

79、t;/p><p>　　ALE:地址及片選信號(hào)鎖存信號(hào)線，在ALE的下降沿把AD0~AD7總線上的地址、芯片允許的狀態(tài)及IO/M鎖存到片內(nèi)。</p><p>　　IO/M：I/O與存儲(chǔ)器選擇信號(hào)線，IO/M=1時(shí)，選擇I/O，I/O，IO/M=0時(shí)，選擇存儲(chǔ)器。</p><p>　?。?）其他輸入輸出端口</p><p>　　PA7~PA0：A口輸

80、入、輸出引出線。</p><p>　　PB7~PB0：B口輸入、輸出引出線。</p><p>　　PC7~PC0：C口輸入、輸出引線或控制信號(hào)線。</p><p>　　TIMER IN：定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸入端。</p><p>　　TIMEOUT：定時(shí)、計(jì)數(shù)器輸出端。</p><p>　　當(dāng)/CS為低電平時(shí)，8155芯片被

81、選中，在這種情況下，若IO/M為高電平，則8155芯片上的3個(gè)并行I/O口、1個(gè)14位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器等資源處于可用狀態(tài)，其地址分別為（未用線默認(rèn)為1），命令/狀態(tài)寄存器地址為：7FF8H，PA口的為：7FF9H，PB口的是：7FFAH，PC口的為：7FFBH。</p><p>　　3.5.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)</p><p>　　鍵盤用以人工預(yù)置各適宜環(huán)境參數(shù)值。鍵盤是一種最簡(jiǎn)單的人工干預(yù)系統(tǒng)

82、運(yùn)行的途徑，利用鍵盤可以很方便的實(shí)現(xiàn)向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或讓系統(tǒng)去執(zhí)行某一項(xiàng)命令。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)及要求， 由于要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)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(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)控制，本設(shè)計(jì)選擇矩陣式4*4 鍵盤。鍵盤</p><p>　　占用了外部擴(kuò)展的8155的PA0~PA3（輸入口）和PC0~PC3口（輸出口），S1-S10為0到9十個(gè)數(shù)字鍵；S11為“+”、S12為“

83、-”；S13為清除鍵，其硬件電路如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 鍵盤硬件電路</p><p>　　鍵盤按鍵一般都采用觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時(shí)，按鍵</p><p>　　觸點(diǎn)的彈性會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)不會(huì)迅速可靠地接通；當(dāng)按鍵釋放時(shí)，觸點(diǎn)也不會(huì)立即斷開(kāi)，而是要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的抖動(dòng)才能穩(wěn)定下來(lái)，抖動(dòng)時(shí)間視按鍵材料的不同一般在5m

84、s~10ms之間，圖3-10是按鍵閉合及斷開(kāi)時(shí)的電壓波動(dòng)圖。</p><p>　　圖3-10 按鍵閉合及斷開(kāi)時(shí)的電壓波動(dòng)圖</p><p>　　鍵抖動(dòng)可能導(dǎo)致單片機(jī)將一次按鍵操作識(shí)別為多次操作，為了保證CPU對(duì)鍵的一次閉合僅作一次鍵輸入處理，必須消除抖動(dòng)影響。通常消除抖動(dòng)影響的措施有硬、軟件兩種。本設(shè)計(jì)是采用的軟件消抖，采取的措施是：在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms左右的延時(shí)程序后，再

85、確認(rèn)該鍵電平是否保持閉合狀態(tài)電平。若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。</p><p>　　3.5.3 顯示接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)的顯示器件多采用發(fā)光二極管LED和液晶顯示器LCD，LED顯示器價(jià)格低廉，發(fā)光較強(qiáng)、機(jī)械性能好，在普通單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，用于顯示各種數(shù)字或符號(hào)。我們采用發(fā)光二極管LED作為系統(tǒng)的顯示器件。</p>

86、<p>　　現(xiàn)在對(duì)LED做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。LED數(shù)碼管有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)管有8段字型和7段字型兩種，與7段比8段字型多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，本</p><p>　　圖3-11 共陽(yáng)極LED的結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)采用的是共陽(yáng)極LED，被選中的段為低電平時(shí)有效，熄滅的段碼為高電平。由程序控制其點(diǎn)亮與熄滅。如圖3-11所示。每段負(fù)載電流為l0mA為好，即保證高亮，又不會(huì)

87、燒壞。發(fā)光二極管LED能在低壓小電流驅(qū)動(dòng)下發(fā)光，并能與CMOS和TTL電路兼容。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)光亮度高，可視性好；響應(yīng)時(shí)間短，高頻性能高；體積小，重量輕，抗沖擊性能好；使用壽命在10萬(wàn)小時(shí)甚至達(dá)到100萬(wàn)小時(shí)；成本低廉。 </p><p>　　LED 顯示器與單片機(jī)的接口采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示接口兩種中的動(dòng)態(tài)顯示方法，這種動(dòng)態(tài)LED 顯示接口由于所有數(shù)碼管共用同一個(gè)段碼輸出口，分時(shí)輪流通電，從而大大簡(jiǎn)化硬件線路，

88、降低成本。由于此設(shè)計(jì)用到的LED 位數(shù)較多，為提高顯示亮度，現(xiàn)采用增加驅(qū)動(dòng)，所選驅(qū)動(dòng)為74LS247。其硬件電路如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 顯示電路原理圖</p><p>　　3.6 供電電源設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是三端穩(wěn)壓器制成的電源，此方案輸出電流精度高，能滿足題目要求，且簡(jiǎn)單實(shí)用，易于自制，其電路原理如圖3-13所示。&

89、lt;/p><p>　　圖3-13 電源原理圖</p><p>　?。?）供電部分的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　+8V，額定電流1.5A，紋波電壓≤10V；</p><p>　　+15V，額定電流1.5A，紋波電壓≤10V；</p><p>　　+ 5V， 額定電流1.5A，紋波電壓≤10V。</p>&l

90、t;p>　　注：輸出額定電流量均有富裕量，目的在于提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。</p><p><b>　?。?）電路組成</b></p><p>　　供電部分有三組電壓輸出，其電路結(jié)構(gòu)是一樣的。有變壓器、橋式整流、濾波和穩(wěn)壓等部分組成。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><

91、p>　　根據(jù)實(shí)際的硬件電路，為了有效地減小紋波電流，用軟件方法實(shí)現(xiàn)去峰值數(shù)值濾波，以減小環(huán)境參數(shù)對(duì)輸出控制量的影響。軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖和閉環(huán)比較子程序流程圖，電流設(shè)置子程序流程圖，鍵盤中斷子程序流程圖　顯示中斷子程序流程圖，分別如下圖所示。</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際要求軟件設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)功能模塊：</p><p>　　4.1主程序流程圖設(shè)計(jì)</p>&

92、lt;p>　　主程序首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后讀入預(yù)置電流值，輸出相應(yīng)的電流控制字，等待鍵盤輸入。根據(jù)鍵盤值不同，用散轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)入相應(yīng)的應(yīng)用子程序，執(zhí)行后，若用戶輸入“清楚”，則輸出電流控制字。返回初始狀態(tài)，等待下一次按鍵。其流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　4.2閉環(huán)比較子程序</p><p>　　通過(guò)調(diào)用閉環(huán)比較子程序得出實(shí)際值與設(shè)定值的差值，如果是實(shí)際值大于設(shè)定值則將原來(lái)

93、的D/A的入口數(shù)值減去這個(gè)差值再送去D/A轉(zhuǎn)換，如果是實(shí)際值小于設(shè)定值則把原來(lái)的D/A的入口數(shù)值加上這個(gè)差值再送去轉(zhuǎn)換。如果輸出值與設(shè)定值仍然不一致，再將差值和設(shè)定值相加送D/A轉(zhuǎn)換，以逐步逼近的形式使實(shí)際值和設(shè)定值相一致后通過(guò)LED把穩(wěn)定的實(shí)際值顯示出來(lái)。而逐步逼近過(guò)程中的實(shí)際值不送顯示因此減少了實(shí)際顯示值的不穩(wěn)定。這也是結(jié)構(gòu)化程序的要點(diǎn)（合理設(shè)置程序的順序結(jié)構(gòu)），流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　4

94、.3電流設(shè)置子程序</p><p>　　通過(guò)鍵盤設(shè)置電流的大小，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)最大輸出電流是2000mA，所以該子程序兼有電流設(shè)置合法性，也就是說(shuō)設(shè)置電流不能大于2000mA，流程圖如圖4-3所示。</p><p>　　4.4鍵盤中斷子程序</p><p>　　本系統(tǒng)采用外部中斷1來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掃描，使程序及時(shí)響應(yīng)按鍵請(qǐng)求而無(wú)需顧慮其它程序模塊運(yùn)行情況，流程圖如圖4-4所示

95、。 </p><p>　　4.5顯示中斷子程序</p><p>　　本系統(tǒng)采用定時(shí)中斷0來(lái)實(shí)現(xiàn)逐位動(dòng)態(tài)顯示，每位顯示間隔固定為2ms，使LED輸出非常穩(wěn)定，無(wú)法考慮定時(shí)刷新顯示，使得該顯示子程序簡(jiǎn)單靈活，適用性廣，流程圖如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　圖4-2 閉環(huán)比較子程序流程圖</p

96、><p>　　圖4-3 電流設(shè)置子程序流程圖</p><p>　　圖4-4 鍵盤中斷子程序流程圖 圖4-5 顯示中斷子程序流程圖</p><p><b>　　5 結(jié)論與展望</b></p><p>　　本文結(jié)合各種新技術(shù)設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)芯片AT89S52的數(shù)控直流恒流源。該恒流源具有較高的精度和穩(wěn)定度，基本

97、滿足設(shè)計(jì)要求。具體的研究成果和結(jié)論如下：完成了硬件電路的設(shè)計(jì)，具體包括±5V、+15V、±8V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，鍵盤輸入及輸出顯示等。該恒流源實(shí)現(xiàn)了鍵盤輸入預(yù)置值，LED顯示輸出預(yù)置值和實(shí)際輸出值的功能。并具步進(jìn)+、-2mA，紋波電流小于0.2mA，精度和穩(wěn)定度都比較高。</p><p>　　由于自己專業(yè)知識(shí)的限制，部分接線和擴(kuò)展需要進(jìn)一步完善。由于自己軟件編程能力

98、的限制，沒(méi)能使其運(yùn)行出結(jié)果，更是有待完善。系統(tǒng)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，及程序的實(shí)現(xiàn)都需要進(jìn)一步改進(jìn)，以求達(dá)到更好。</p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)，隨著信息技術(shù)一日千里的發(fā)展，恒流源也必將經(jīng)歷由模擬恒流源向數(shù)字恒流源過(guò)渡的這一歷程。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展必將出現(xiàn)智能化技術(shù)。因此，如何把數(shù)字技術(shù)和智能化技術(shù)用于制作高穩(wěn)定度的恒流源就將成為21世紀(jì)的新課題。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，或許還

99、存在一些問(wèn)題，還請(qǐng)審閱老師批評(píng)指證。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.12</p><p>　　[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分、數(shù)字部分）.高等教育出版社,1998</p><p>　　[3] 段晨東.單片機(jī)原理

100、及接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2008.7</p><p>　　[5] 高吉祥.模擬電子線路設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2007.5 (全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程)</p><p>　　[6] 馬淑華，王風(fēng)文，張美金.單片機(jī)原理及接口技術(shù)，北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[7] 楊振江.A/D，D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù).西安：西安電

101、子科技大學(xué)出版社，1996</p><p>　　[8] 余家春.Prote199SE電路設(shè)計(jì)實(shí)用教程.北京：中國(guó)鐵道出版社，2003</p><p>　　[9] 馬忠梅，籍順心.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.10</p><p>　　[10]穆云田.基于單片機(jī)控制的直流恒流源的設(shè)計(jì)：[碩士學(xué)位論文].河北工業(yè)大學(xué)，2007.01

102、.01</p><p>　　[11]吳志祥、徐磊、方曉毅等.數(shù)控恒流源設(shè)計(jì).Journal of Changzhou Institute of Technology Vol.19 No.4 Aug.2006</p><p>　　[12]熊建.數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).2008.03[第1期]</p><p>　　[14]陳小忠，黃寧，趙

103、小俠.單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序.北京：人民郵電出版社，2005.9</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文由老師指導(dǎo)完成,在我設(shè)計(jì)的過(guò)程中，老師提出了很多寶貴的意見(jiàn)和建議,同時(shí)提供許多有用的資料,在此對(duì)老師的幫助表示衷心的感謝!在本文的編寫過(guò)程中,也得到同組同學(xué)和同宿舍同學(xué)們的有力支持,他們給予我許多建議和一些寶貴的資料,在此也對(duì)他們表示衷

104、心的感謝!</p><p>　　通過(guò)一個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì),我明確了在無(wú)論是在學(xué)習(xí)還是在工作的過(guò)程中應(yīng)認(rèn)真踏實(shí)的一步一步的完成,為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。通過(guò)這次設(shè)計(jì),使我在理論和動(dòng)手能力上都有了進(jìn)一步的提高。在本次設(shè)計(jì)中翻閱了大量相關(guān)書籍資料，通過(guò)認(rèn)真的閱讀和理解，我提取到了很多的知識(shí)，為我能完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了和大的幫助。</p><p>　　最后向百忙中審閱本文的各位尊敬的老師表

105、示誠(chéng)摯的謝意!</p><p><b>　　附錄 部分子程序</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include<ABSACC.H></p><p>　　/*************8155寄存器地址定義***************/</

106、p><p>　　#define a8155_CON XBYTE[0x7FF8] /*控制字地址*/</p><p>　　#define a8155_PA XBYTE[0x7FF9] /*PA口地址*/</p><p>　　#define a8155_PB XBYTE[0x7FFA] /*PB口地址*/</p><

107、;p>　　#define a8155_PC XBYTE[0x7FFB] /*PC口地址*/</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define ulong unsig

108、ned long</p><p>　　#define NOP _nop_();_nop_()</p><p>　　/*****************鍵值定義**************/</p><p>　　#define NUM_S1 0XEE</p><p>　　#define NUM_S2

109、 0XED</p><p>　　#define NUM_S3 0XEB</p><p>　　#define NUM_S4 0XE7</p><p>　　#define NUM_S5 0XDE</p><p>　　#define NUM_S6 0XDD</p>&

110、lt;p>　　#define NUM_S7 0XDB</p><p>　　#define NUM_S8 0XD7</p><p>　　#define NUM_S9 0XBE</p><p>　　#define NUM_S10 0XBD</p><p>　　#define ZIMU

111、_S11 0XBB</p><p>　　#define ZIMU_S12 0XB7</p><p>　　#define ZIMU_S13 0X7E</p><p>　　#define ZIMU_S14 0X7D</p><p>　　#define ZIMU_S15 0X7B</p>

112、;<p>　　#define ZIMU_S16 0X77</p><p>　　/************************/</p><p>　　sbit a8155_CS=P2^1;</p><p>　　sbit a8155_IO=P2^7;</p><p>　　sbit INT1_IO=P3^3;</p

113、><p>　　uchar KEY_BUF[5] ; //按鍵緩沖區(qū)</p><p>　　bit KEY_OK_Flag=0; //有鍵被按下的標(biāo)志</p><p>　　/*********************************/</p><p>　　/***********延時(shí)子程序X*ms***************/</p&