【正文】 機(jī)還有一個(gè)地址鎖存控制信號(hào)ALE，外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào),訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào),復(fù)位信號(hào)RST，地線和+5V的電源。單片機(jī)最小系統(tǒng)圖如圖5所示.圖3 單片機(jī)的時(shí)鐘電路圖圖4 單片機(jī)復(fù)位電路圖圖5 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 自制電源模塊這次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要多個(gè)電源，單片機(jī)使用+穩(wěn)壓電源，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，運(yùn)放等需要穩(wěn)壓電源。電源雖簡(jiǎn)單，但在高精度的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓電源有著非常重要的作用。在進(jìn)行研究后得出以下方案。如圖6所示，本電源先通過變壓器電壓變換隔離，橋式全波整流，電容濾波，再通過三端固定輸出集成穩(wěn)壓器產(chǎn)生穩(wěn)定電壓+15V，15V，+5V，穩(wěn)壓器內(nèi)部電路由恒流源，基準(zhǔn)電壓，取樣電阻，比較放大，調(diào)整管，保護(hù)電路，溫度補(bǔ)償電路等組成。為了改善紋波特性，在輸入端加接電容。為了改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，在輸出端加接電容。采用三端集成穩(wěn)壓器7807817915分別得到+5V和177。15V的穩(wěn)定電壓，再外對(duì)OP07加大功率場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成擴(kuò)流電路,可以提供2000mA的上限電流。利用該方法實(shí)現(xiàn)的電源電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠。穩(wěn)壓電源在實(shí)物上設(shè)計(jì)上是必不可少的部分，但在運(yùn)用Proteus仿真時(shí)為了簡(jiǎn)化電路，此模塊用軟件自帶的勵(lì)磁電壓代替。 顯示模塊方案一：使用LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)。但根據(jù)題目要求，如果需要同時(shí)顯示給定值和測(cè)量值，以及其他輸出特性值，需顯示的內(nèi)容較多，要使用多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，使電路變得復(fù)雜，加大了編程工作量。方案二：使用LCD液晶顯示。LCD具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示數(shù)字，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，HD44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能，LM016L與單片機(jī)MCU通訊能采用4位或者8位并行傳輸?shù)膬煞N方式，HD44780控制器由兩個(gè)8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標(biāo)志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計(jì)數(shù)器RAM(AC)。LM016L液晶模塊的引腳功能如下表1所示。圖6 穩(wěn)壓電源電路圖表1 LM016L引腳功能引腳符號(hào)功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flang）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負(fù)極綜上所述，選擇方案二。采用LM016L液晶顯示模塊同時(shí)顯示電流給定值和實(shí)測(cè)值以及負(fù)載內(nèi)阻。連接電路圖如圖7所示。圖7 LM016L與單片機(jī)的接線圖 鍵盤模塊采用標(biāo)準(zhǔn)44鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)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(jìn)。使用標(biāo)準(zhǔn)的4x4鍵盤，可以實(shí)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8所示。圖8 鍵盤與單片機(jī)的接線圖 電流源模塊采用運(yùn)放和場(chǎng)效應(yīng)管的壓控恒流源。該恒流源電路由運(yùn)算放大器、大功率場(chǎng)效應(yīng)管Q采樣電阻R負(fù)載電阻RL等組成硬件設(shè)計(jì)。采用場(chǎng)效應(yīng)管，更加容易實(shí)現(xiàn)電壓線性控制電流，既滿足輸出電流最大達(dá)到2A的要求，電路簡(jiǎn)潔也能較好地實(shí)現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。該電路中，為了滿足題目的設(shè)計(jì)要求，調(diào)整管用大功率場(chǎng)效應(yīng)管IRF640。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作到飽和區(qū)時(shí)，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當(dāng)Ud為常數(shù)時(shí)，滿足：Id=f（Ugs），只要Ugs不變，Id就不變。在此電路中，R2為取樣電阻，采用康銅絲繞制阻值為1Ω。運(yùn)放OP07作為電壓跟隨器，Uin=Up=Un，場(chǎng)效應(yīng)管Id=Is 所以Iout=Is= Un/R2= Uin/R2。正因?yàn)镮out=Uin/R2，電流Iout被輸入電壓UI控制，即Iout不會(huì)隨RL的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)壓控恒流。電路原理圖如圖9所示圖9 壓控恒流源模塊電路圖 負(fù)載模塊根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)了如圖10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(cè)電壓值在5V內(nèi)，而負(fù)載一端接15V電壓源另一端接功率管，因此采用差分增益電路采樣負(fù)載電壓，當(dāng)Rb/Rc=Rd/Ra時(shí)，OP07輸出電壓ADin=Rb/Rc(VaVb)，硬件設(shè)置Rb/Rc=1/4,軟件還原負(fù)載電壓，保證測(cè)量精度。而采樣精密電阻R1為1Ω，通過采樣R1兩端電壓值換算成電流值即可得到輸出電流。 D/A、A/D轉(zhuǎn)換模塊D/A、A/D模塊是單片機(jī)與外部數(shù)據(jù)連接的通道，因此這兩個(gè)模塊的選擇與使用應(yīng)當(dāng)合理。（1）D/A轉(zhuǎn)換器 采用DAC模塊提供高精度的基準(zhǔn)電壓，即通過CPU發(fā)出的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為的模擬電壓，送給誤差放大器，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)要求。根據(jù)題目擴(kuò)展功能要求輸出，以1mA為步進(jìn)，需要的級(jí)數(shù)由公式（1）可見。 （1），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LTC1456芯片。（2）A/D轉(zhuǎn)換器A/D模塊的是反饋的核心，我采用Proteus元件庫(kù)中的TLC2543芯片實(shí)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。最大非線性誤差小于1LSB，轉(zhuǎn)換時(shí)間9181。s。它具有三個(gè)控制器輸入端，采用簡(jiǎn)單的3線SPI串行接口可方便與微機(jī)進(jìn)行連接，是12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。（3）D/A、A/D連接電路D/A 、A/D連接電路如圖11所示。圖10 負(fù)載電流、電壓測(cè)量電路圖。 系統(tǒng)的原理圖 所繪制的系統(tǒng)原理圖采用的是Proteus軟件。其系統(tǒng)原理圖見附錄所示。圖11 D/A、A/D連接電路圖4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)資源使用情況本設(shè)計(jì)用到了單片機(jī)控制DA和AD轉(zhuǎn)換功能，另外用到了單片機(jī)的中斷功能，在數(shù)據(jù)的顯示時(shí)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(jī)的程序存儲(chǔ)器中去。數(shù)控直流電流源的數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，需要在單片機(jī)的P口上加上按鍵，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(jī)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（1）定時(shí)模塊在本設(shè)計(jì)中用到了幾個(gè)定時(shí)模塊，第一個(gè)定時(shí)是用于定時(shí)按鍵的抖動(dòng)時(shí)間，因?yàn)楫?dāng)按鍵時(shí)都會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)，但對(duì)鍵盤工作有影響的是鍵閉合時(shí)的抖動(dòng)，所以為了確保鍵掃描的正確性，每當(dāng)掃描到有閉合鍵時(shí)，都要進(jìn)行去抖動(dòng)處理。本設(shè)計(jì)中采用的是軟件去抖動(dòng)的方法，抖動(dòng)的定時(shí)采用的軟件的延時(shí)進(jìn)行定時(shí)的。第二個(gè)定時(shí)的功能是在數(shù)碼管顯示時(shí)的延時(shí)時(shí)間，即在數(shù)碼管顯示時(shí)是采用查表的方法進(jìn)行顯示的，因此需要用到一定的延時(shí)，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(shí)也是采用軟件的延時(shí)。（2）按鍵操作模塊我用到了三個(gè)獨(dú)立式鍵盤進(jìn)行按鍵的操作。因?yàn)楸緮?shù)控直流電流源的操作簡(jiǎn)單，而只用到了三個(gè)鍵，因此在鍵盤的操作時(shí)采用的是一步步遞進(jìn)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(jì)中是在ON/OFF鍵按下了之后才會(huì)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。采用查詢的方法對(duì)按鍵進(jìn)行操作，當(dāng)查詢到按鍵有動(dòng)作時(shí)，則執(zhí)行相應(yīng)的操作。獨(dú)立式鍵盤的程序設(shè)計(jì)一般把鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)成子程序，以便其它各程序調(diào)用。鍵盤掃描子程序KEY應(yīng)具有以下功能：判定有無按鍵動(dòng)作；去抖動(dòng)；確認(rèn)是否真正有閉合鍵；計(jì)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。（3） D/A轉(zhuǎn)換模塊主要是利用單片機(jī)做處理器，然后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將單片輸出的二進(jìn)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(jì)的電流源更加精確。在此模塊中，因?yàn)檫M(jìn)行換擋的轉(zhuǎn)換，在這里我所采用的是做除法，然后再存儲(chǔ)除法得到的商和余數(shù)，這里面我用到了兩個(gè)子程序，一個(gè)是將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，二個(gè)是采用移位相減的方法做除法。（4）A/D轉(zhuǎn)換模塊當(dāng)所設(shè)定的二進(jìn)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(jìn)行采樣之后，由單片機(jī)進(jìn)行處理。然后輸出相應(yīng)的電流值大小。（5） LCD顯示模塊寄存器選擇控制表如表2所示。表2 寄存器選擇控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01都busy flag，以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0~DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11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(shí)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(shí)，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(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。因?yàn)?602識(shí)別的是ASCII碼，試驗(yàn)可以用ASCII碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值， 程序流程圖（1）主控制流程圖在此次設(shè)計(jì)的過程中，我是采用模塊的設(shè)計(jì)方法，一個(gè)一個(gè)實(shí)現(xiàn)功能，在本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我都是采用這種思想進(jìn)行數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)的。因此，在設(shè)計(jì)的過程，讓我能夠很輕易的就抓住了主要的設(shè)計(jì)核心。主控制流程圖如圖12所示。（2）按鍵操作流程圖對(duì)于鍵盤的設(shè)計(jì)，我專門設(shè)計(jì)了一個(gè)鍵盤掃描子程序，它的功能是，首先對(duì)鍵盤進(jìn)行處理，給每一個(gè)鍵都設(shè)置了一個(gè)鍵碼，那么只要判斷鍵盤的鍵碼就可以知道是否有鍵按下，如若有鍵按下也可以判斷是哪一個(gè)鍵按下了。這次設(shè)計(jì)中，鍵盤掃描子程序的代號(hào)為KEY，其鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)的流程框圖如圖13所示。（3）D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換流程圖本設(shè)計(jì)主要是用到LTC1456進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，用到TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的流程圖如圖14所示。（4） 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程