【正文】 位。AT89S52單片機通常采用上電自動復位、按鍵復位、以及上電加按鍵復位等，我們采用的是上電加按鍵復位方式，這樣做的優(yōu)點是上電后可以直接進入復位狀態(tài)，當程序出現(xiàn)錯誤時，可以隨時使電路復位。此單片機共有4個8位的并行雙向I/O口，分別記作P0、PPP3，這4個口除可按字節(jié)尋址以外，還可按位尋址。P1口只能作為通用數(shù)據(jù)I/O口使用，所以在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有些不同。雖然P3口可以作為通用I/O口使用，但在實際應用中它的第二功能信號更為重要。表1 P3口線第二功能 口 線 第二功能信號 第二功能信號名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部中斷0申請 INT1 外部中斷1申請 T0 定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入 T1 定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入 外部RAM寫選通 外部RAM讀選通圖5 單片機最小系統(tǒng)圖 自制電源模塊本系統(tǒng)需要多個電源，單片機使用+穩(wěn)壓電源，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，運放等需要穩(wěn)壓電源。為了改善紋波特性，在輸入端加接電容。利用該方法實現(xiàn)的電源電路簡單，工作穩(wěn)定可靠。但根據(jù)題目要求，如果需要同時顯示給定值和測量值，以及其他輸出特性值，需顯示的內(nèi)容較多，要使用多個數(shù)碼管動態(tài)顯示，使電路變得復雜，加大了編程工作量。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*，CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR，則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM，LM016L液晶模塊的引腳功能如下表2所示。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。圖7 LM016L與單片機的接線圖 鍵盤模塊方案一：采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。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。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。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。電路原理圖如圖10所示。當場效應管工作于飽和區(qū)時，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。正因為Iout=Uin/R2，電路輸入電壓UI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。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。 （1），故應采用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。它使用逐次逼近技術完成A/D轉(zhuǎn)換過程。TLC2543引腳功能如表3所示，其特點如下：
①11個模擬輸入通道；②3路內(nèi)置自測試方式；③采樣率為66kbps；
④線性誤差177。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15I片選端。為高時處于高阻抗狀態(tài)，為低時處于激活狀態(tài)19EOCO轉(zhuǎn)換結(jié)束端。（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。基準電壓的低端（通常為地）被加到REF 20Vcc電源（3）D/A、A/D連接電路D/A 、A/D連接電路如圖13所示。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。本設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。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)行相應的操作。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。表4 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（DB7），以及讀取位址計數(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：關于E=H脈沖——開始時初始化E為0，然后置E為1，再清0。 程序流程圖 主控制流程圖在此次設計的過程中，我是采用模塊的設計方法，一個一個實現(xiàn)功能，可以說如果完成了一個任務的程序框圖，就是完成了整個設計任務的百分之三十左右，在本次課程設計的過程中，我都是采用這種思想進行數(shù)控直流電流源的設計的。這次設計中，鍵盤掃描子程序的代號為KEY，其鍵盤掃描程序設計的流程框圖如圖15所示。 圖18 LCD顯示子程序流程圖 程序清單所設計的程序清單見附錄。具體操作說明：按了復位鍵之后，液晶顯示屏上也能顯示“S0200mA。要設置電流直接按數(shù)字鍵無效。操作顯示界面如圖19所示。若發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)字超出電流允許范圍，可以按SET鍵再次輸入數(shù)值。圖23 修改設定的輸出電流值界面圖 輸出電流仿真，根據(jù)顯示器顯示內(nèi)容可知，設定輸出電流值為200mA，實測電流值為201mA，都滿足設計要求。Proteus 軟件所提供了30多個元件庫，數(shù)千種元件。Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。④具有強大的原理圖繪制功能。我們還可以單步模擬調(diào)試，點擊按鈕，進人單步調(diào)試狀態(tài)， 在單步模擬調(diào)試狀態(tài)下，點擊菜單欄的“Debug”，點擊Simulation Log會出現(xiàn)和模擬調(diào)試有關的信息。步進10mA時設定值與實測值在200~1000mA之間，誤差在5mA以下。綜上所述，系統(tǒng)仿真實測數(shù)據(jù)滿足題目的基本要求，能滿足輸出電流與給定值偏差的絕對值≤給定值的1％+10 mA。該數(shù)控直流電流源的誤差出現(xiàn)還有可能有幾個地方，第一個就是換擋電路的電壓基準值是否十分標準，能夠按照所理想設定的電壓值輸出。可以通過溫度補償措施來解決此誤差。這門語言和我們的實際聯(lián)系很機密，比如說里面很多傳送指令，都是根據(jù)實際存在的硬件而存在的，還有你面的與或指令、乘法、除法指令，其實都是和我們從小就學的數(shù)學息息相關的。我覺得在這次設計過程中，我學到了很多，不僅僅是對匯編語言有了自己的想法，更重要的是培養(yǎng)了一種用于面對問題，解決問題的精神，在我們以后走向社會的道路上還不知道會遇到多少問題，如果有了這種精神的話，我相信無論多么困難的問題，都會迎刃而解的。談完基本的工具之后，我要談的就是這次的主題，數(shù)控直流電流源可以說是我們非常熟悉的東西，但是沒有學單片機這門功課時，誰也不會想它是怎么工作的，又是怎么做成的。（3）、受D/A轉(zhuǎn)換器精度，A/D轉(zhuǎn)換器精度，基準源穩(wěn)定程度等硬件本身的限制，不可避免地帶來一定程度的誤差。第二個就是達林管的是否能夠按照理想的工作狀態(tài)進行相應的工作，解決方法可以產(chǎn)生一個相應的PWM信號控制。誤差分析：紋波對電流輸出的影響，采用屏蔽的方法，遠離容易產(chǎn)生脈沖工作方式的器件，減少供電電源的紋波等，對于選擇低噪聲的運放是解決問題的一種方法。在改變負載時，誤差在10mA以下。因此，可以讓我在制作實物時，先進行軟件的調(diào)試和模擬，使得制作實物時能夠更加有效的減少錯誤。單片機電路的模擬調(diào)試選中單片機AT89S52，左鍵點擊AT89S52，在出現(xiàn)的對話框里點擊Program File按鈕，找到剛才編譯得到的HEX文件，然后點擊“OK”按鈕就可以模擬了。③提供軟件調(diào)試功能。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。對于一個仿真軟件或?qū)嶒炇遥?測試的儀器儀表的數(shù)量、 類型和質(zhì)量， 是衡量實驗室是否合格的一個關鍵因素。圖24 表5 負載RL=給定值(mA)200300400500800100015001980電流AD測值（mA）201301401501800100015001980誤差絕對值11110010負載電壓(V)負載阻值(Ω)運用同樣的仿真步驟，、記錄的仿真數(shù)據(jù)分別如表表7所示。通過鍵盤DEL鍵可以修改上一步輸錯的數(shù)字。圖19 仿真顯示器顯示界面圖 仿真結(jié)果 輸出電流范圍仿真由于在程序設計上限制了電流輸出范圍是20～2000mA，限定了電壓值小于10V,當給定值在量程內(nèi)時顯示“OK!”；當給定值超過量程時將顯示“ERROR! RESET!”，如下圖20所示。在設定電流的過程中，需要有效按四次數(shù)字鍵，如果在設置的過程中想放棄修改，按下RESET/ON鍵，如果需要修改已經(jīng)按下的數(shù)值，可以按DEL鍵，光標返回到上一個數(shù)，重新按某一個數(shù)字鍵即完成修改。電流設定初始值為200mA。本次設計比較成功，在按鍵操作中能夠按照預先給定的功能進行操縱。 圖16 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換流程圖 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖由于使用的十進制數(shù)，而在做除法的時候，要進行數(shù)制的轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的流程圖如圖17所示。主控制流程圖如圖14所示。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中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。然后輸出相應的電流值大小。本設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；恢復閉合鍵鍵碼。 按鍵操作模塊在本次設計中，我用到了三個獨立式鍵盤進行按鍵的操作。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。其系統(tǒng)原理圖見附錄所示。（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14REF+I正基準電壓端。除另有說明外，所有電壓測量都相對GND而言18I/O CLOCKI輸入/輸出時鐘端。由低變高時，在設定時間內(nèi)禁止DATAINPUT和
I/O CLOCK17DATAINPUTI串行數(shù)據(jù)輸入端。表3 LTC2543引腳功能引腳號名稱I/O說明1～9,11,12AIN0～AIN10I模擬量輸入端。s。 圖12 TLC1456內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖（2）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)。（1）D/A轉(zhuǎn)換器 本設計中應采用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)換為的模擬電壓，送給誤差放大器，實現(xiàn)步進要求。 負載模塊根據(jù)題目要求，設計了如圖11所示的電路圖。在此電路中，R2為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較小）阻值為1Ω。采用場效應管，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。Q1的加入是為了增加復合管的放大倍數(shù)。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。圖8 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。方案二：采用標準44鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點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。采用LM016L液晶顯示模塊同時顯示電流給定值和實測值以及負載內(nèi)阻。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。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，功耗小，且設計簡單等特點。圖6 穩(wěn)壓電源電路圖 顯示模塊方案一：使用LED數(shù)碼管顯示。采用三端集成穩(wěn)壓器7807817915分別得到+5V和177。在進行研究后得出以下方案。AT89S52單片機還有一個地址鎖存控制信號ALE，外部程序存儲器讀選通信號,訪問程序存儲器控制信號,復位信號RST，地線和+5V的電源。P2口既可以作為系統(tǒng)高位地址線