【正文】 是當按鍵較多時可降低占用單片機的 I/O 口數(shù)目，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進。 題目要求可進行電流給定值的設(shè)置和步進調(diào)整，需要的按鍵比較多。綜合考慮兩種方案及題目要求，采用方案二， 使用標準 的 4x4 鍵盤， 可以實現(xiàn) 0～ 9 數(shù)字輸入、“ +”、“ ”、“ OK”、“ SET”、“ DEL”、“ RESET/ON”這些功能按鍵。 其電路圖如圖 所示 。 圖 鍵盤與單片機的接線圖 電流源模塊 方案一：采用集成穩(wěn)壓器運放構(gòu)成的線性恒流源。如圖 所示 。 D/A 輸出電壓作為恒流源的參考電壓，運算放大器 U1 與晶體管 Q1,Q2 組成的達林頓電路構(gòu)成電壓跟隨器。利用晶體管平坦的輸出特性即可得到恒流輸出。由于跟隨器是一種深度的電壓負擔虧電路，因此電流源具有較好的穩(wěn)定性。本電流源的穩(wěn)定度優(yōu)于 %。為了提高穩(wěn)定度， Rs 采用大線徑康銅絲制作，康銅絲溫度系數(shù)很小，大線徑可以使其溫度影響減至最小。 U1 采用精密運算放大器 OP37A，該放大器有調(diào)節(jié)零點漂移的功能， Q1 采用 9014大倍數(shù)大約為 采用低頻功率管 3DD15，他的放大倍數(shù)為 10~20 倍，漏電流很小。Q1 的加入是為了增加復(fù)合管的放大倍數(shù)。 圖 穩(wěn)壓器運放線性恒流源模塊電路圖 方案二：采用運放和場效應(yīng)管的壓控恒流源。 電路原理圖如圖 所示。該恒流源電路由運算放大器、大功率場效應(yīng)管 Q采樣電阻 R負載電阻 RL 等組成硬件設(shè)計。采用場效應(yīng)管，更易于實現(xiàn)電壓線性控制電流，既能滿足輸出電流最大達到 2A 的要求，電路簡潔 也能較好地實現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。 此電路中，為了滿足題目的設(shè)計要求，調(diào)整管 采用大功率場效應(yīng)管 IRF640。當場效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時，漏 極 電流 Id 近似為電壓 Ugs 控制的電流。即當 Ud 為常數(shù)時，滿足： Id=f（ Ugs），只要 Ugs 不變， Id就不變。在此電路中， R7 為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較?。┳柚禐?1Ω。運放 OP07 作為電壓跟隨器， Uin=Up=Un，場效應(yīng)管 Id=Is(柵極電流相對很小，可忽略不計 ) 所以 Iout=Is= Un/R7= Uin/R7。正因為 Iout=Uin/R7，電路輸入電壓 Uin控制電流 Iout，即 Iout 不隨 RL的變化而變化，從而實現(xiàn)壓控恒流 。 圖 壓控恒 流源模塊電路圖 18001 )2021021( ??mA mA綜上所述，進行綜合比較，方案二電路較簡單，穩(wěn)定性較高，故采用方案二，使用高精度運放和 大功率場效應(yīng)管 等構(gòu)成一個恒流源電路。 負載模塊 根據(jù)題目要求，設(shè)計了如圖 所示的電路圖。電路綜合各方面的考慮因素在里面，由于 TLC2543 所測電壓值在 5V內(nèi)，而負載一端接 17V電壓源 ， 另一端接功率管，因此采用差分增益電路采樣負載電壓， Va/din1=（ 1+R1/R2） [(R4/R3)/(1+R4/R3)]VaR1/R2Vb,當 R1/R2=R4/R3 時， OP07 輸出電壓 Va/din1=R4/R3(VaVb)，硬件設(shè)置 R4/R3=1/4,軟件還原負載電壓，保證測量精度。而采樣精密電阻 R1 為 1Ω，通過采樣 R7 兩端電壓值換算成電流值即可得到輸出電流。 圖 負載電流、電壓測量 電路圖 D/A、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 D/A、 A/D 模塊是單片機與外部數(shù)據(jù)連接的通道，因此這兩個模塊的選擇與使用應(yīng)當合理。 D/A 轉(zhuǎn)換器 本設(shè)計中應(yīng)采用 DAC 模塊提供高精度的基準電壓，即通過 CPU 發(fā)出的二進制轉(zhuǎn)換為 0~10V 的模擬電壓，送給誤差放大器，實現(xiàn)步進要求。 （ 1） 根據(jù)題目擴展功能要求輸出 mA2021~200 ，以 1mA 為步進，需要的級數(shù) 由公式 （ 1）可見。 1024210? ，故應(yīng)采用 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換器為 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，供選擇的很多，在此選用proteus 元件庫中的 LTC1456 芯片。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖如圖 所示。 圖 TLC1456 內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖 A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 模塊的是反饋的核心，我們采用 Proteus 元件庫中的 TLC2543 芯片實現(xiàn)。TLC2543 是一種低功耗、低電壓的 12 位串行開關(guān)電容型 AD 轉(zhuǎn)換器。它使用逐次逼近技術(shù)完成 A/D 轉(zhuǎn)換過程。最大線性誤差小于 1LSB，轉(zhuǎn)換時間 10181。s 。它具有三個控制器輸入端，采用簡單的 3 線 SPI 串行接口可方便與微機進行連接，是 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。 TLC2543 引腳功能如表 所示，其 特點 如下： ① 11 個模擬輸入通道； ② 3 路內(nèi)置自測試方式； ③采樣率為 66kbps； ④線性誤差177。 1LSBmax； ⑤有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出 EOC； ⑥具有單、雙極性輸出； ⑦可編 程的 MSB 或 LSB 前導； ⑧可編程輸出數(shù)據(jù)長度。 表 LTC2543 引腳功能 引腳號 名稱 I/O 說明 1～ 9, 11,12 AIN0～ AIN10 I 模擬量輸入端。 11 路輸入信號由內(nèi)部多路器選通。對于 的 I/OCLOCK，驅(qū)動源阻抗必須 小于或等于 50Ω，而且用 60pF 電容來限制模擬輸入電壓的斜率 15 I 片選端。在 端由高變低時，內(nèi)部計數(shù)器復(fù)位。由低變高時，在設(shè)定時間內(nèi)禁止 DATAINPUT 和 I/O CLOCK 17 DATAINPUT I 串行數(shù)據(jù)輸入端。由 4 位的串行地址輸入來選擇模擬量輸入通道 16 DATA OUT O A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端。 為高時處于高阻抗狀態(tài)， 為低時處于激活狀態(tài) 19 EOC O 轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的 I/OCLOCK 下降沿之后，EOC 從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成和數(shù)據(jù)準備傳輸為止 10 GND GND 是內(nèi)部電路的地回路端。除另有說明外，所 有電壓測量都相對 GND 而言 18 I/O CLOCK I 輸入 /輸出時鐘端。 I/OCLOCK 接收串行輸入信號 并完成以下四個功能：（ 1）在 I/O CLOCK的前 8 個上升沿， 8 位輸入數(shù)據(jù)存入輸入數(shù)據(jù)寄存器。（ 2）在 I/OCLOCK 的第 4 個下降沿，被選通的 模擬輸入電壓開始向電容器充電，直到 I/OCLOCK 的最后一個下降沿為止。（ 3）將前一 次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的其余 11 位輸出到 DATA OUT端， 在 I/OCLOCK 的下降沿時數(shù)據(jù)開始變化。（ 4） I/OCLOCK 的最后一個下降沿， 將轉(zhuǎn)換的控制信號傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制位 14 REF+ I 正基準電壓端?；鶞孰妷旱恼耍ㄍǔ?Vcc）被加到 REF+，最大的輸入電壓范圍由加于本端與 REF端的電壓差決定 13 REF I I 負基準電壓端。基準電壓的低端（通常為地）被加到 REF 20 Vcc 電源 轉(zhuǎn)換過程 ： 上電后，片選 CS 必須從高到低，才能開始一次工作周期，此時 EOC 為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為 0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機的。開始時， CS 片選為高，I/O CLOCK、 DATA INPUT 被禁止， DATA OUT 呈高阻狀， EOC 為高。使 CS 變低，I/OCLOCK、 DATAINPUT 使能， DATAOUT 脫離高阻狀態(tài)。 12 個時鐘信號從 I/OCLOCK端依次加入，隨著時鐘信號的加入，控制字從 DATAINPUT 一位一位地在時鐘信號的上升沿時被送入 TLC2543(高位先送入 )，同時上一周期轉(zhuǎn)換的 A/D 數(shù)據(jù)，即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)從 DATAOUT 一位一位地移出。 TLC2543 收到第 4 個時鐘信號后，通道號也已收到，此時 TLC2543 開始對選定通道的模擬量進行采樣，并保持到第 12 個時鐘的下降沿。在第 12 個時鐘下降沿， EOC 變低，開始對本次采樣的模擬量進行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間約需 10μs，轉(zhuǎn)換完成后 EOC 變高，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個工作周期輸出。此后，可以進行新的工作周期。 D/A、 A/D 連接電路 D/A 、 A/D 連接電路如圖 所示。 圖 D/A、 A/D 連接電路圖 4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 單片機資源使用情況 本設(shè)計用到了單片機控制 DA 和 AD 轉(zhuǎn)換的功能，此外用到了單片機的中斷功能，在數(shù)據(jù)的顯示時所采用的是查表的方法，因此需要將表格、數(shù)據(jù)存到單片 機的程序存儲器中去。數(shù)控直流電流源的數(shù)據(jù)要存儲到數(shù)據(jù)存儲器中去，用到了 30H 到 50H 之間的單元。 由于數(shù)控直流電流源需要可以進行調(diào)節(jié)，因此，需要在單片機的 P 口上加上 按鍵，本設(shè)計采用行列式 鍵盤，直接接在 P2 口上。用到的液晶顯示器接到了單片機的 P0 口線上，液晶顯示器的使能端用到了 P3 口線。 軟件系統(tǒng)的模塊 定時模塊 在本設(shè)計中用到了幾個定時模塊，第一個定時是用于定時按鍵的抖動時間，因為當按鍵時都會出現(xiàn)電壓抖動，但對鍵盤工作有影響的是鍵閉合時的抖動，所以為了確保鍵掃描的正確性，每當掃描到有 閉合鍵時，都要進行去抖動處理。本設(shè)計中采用的是軟件去抖動的方法，抖動的定時采用的軟件的延時進行定時的。 第二個定時的功能是在數(shù)碼管顯示時的延時時間，即在數(shù)碼管顯示時是采用查表的方法進行顯示的，因此需要用到一定的延時，使得我們能夠看的清楚所顯示的內(nèi)容，在這里用到的延時也是采用軟件的延時。 按鍵操作模塊 在本次設(shè)計中，用到了三個獨立式鍵盤進行按鍵的操作。因為本數(shù)控直流電流源的操作比較簡單，而只用到了三個鍵，因此在鍵盤的操作時采用的是層層遞進的方法，一步一步往下操作的，設(shè)置了鍵的名稱為 ON/OFF 鍵 、 ADD 鍵、 DEC 鍵，在軟件設(shè)計中是在 ON/OFF 鍵按下了之后才會有 ADD 鍵、 DEC 鍵的操作，鍵與鍵之間的功能采用層層套用使得程序看起來更加清晰明了。 在按鍵的程序掃描中是采用查詢的方法對按鍵進行操作的，當查詢到按鍵有動作時，則執(zhí)行相應(yīng)的操作。 獨立式鍵盤的程序設(shè)計一般把鍵盤掃描程序設(shè)計成子程序，以 便其它各程序調(diào)用。本設(shè)計中的鍵盤掃描子程序的名稱為 KEY，則鍵盤掃描子程序 KEY應(yīng)具有以下功能：判定有無按鍵動作；去抖動；確認是否真正有閉合鍵；計算并保存閉合鍵鍵碼；判定閉合鍵是否釋放；恢復(fù)閉合鍵鍵碼。 D/A 轉(zhuǎn)換模塊 本設(shè)計主要是利用單片機做處理器，然后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進行轉(zhuǎn)換，將單片輸出的二進制代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓輸出，這樣使得所設(shè)計的電流源更加精確。在此模塊中，因為進行換擋的轉(zhuǎn)換，在這里我所采用的是做除法，然后再存儲除法得到的商和余數(shù)，這里面我用到了兩個子程序，一個是將十進制轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，二個是采用移位相減的方法做除法。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 當所設(shè)定的二進制代碼經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出之后，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊進行采樣之后，由單片機進行處理。然后輸出相應(yīng)的電流值大小。 LCD 顯示模塊 寄存器選擇控制表如表 所示。 表 寄存器選擇控制表 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器（清除屏等） 0 1 都 busy flag（ DB7），以及讀取位址計數(shù)器（ DB0~DB6）值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 注：關(guān)于 E=H 脈沖 ——開始時初始化 E 為 0，然后置 E 為 1， 再清 0。 busy flag（ DB7）：在此位為被清除為 0 時， LCD 將無法再處理其他的指令要求。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形