【正文】 閉環(huán)子程序 DA轉(zhuǎn)換子程序 AD 轉(zhuǎn)換子程序 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 29 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) DA 轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的 DA 轉(zhuǎn)換子程序 流程圖如下，通過主程序的調(diào)用使用該子程序。 圖 44 顯示子程序流程圖 鍵盤子程序 矩陣式鍵盤的軟件掃描方式主要有 兩種，一種是逐行掃描法，另一種是反線法。每個(gè)鍵盤的功能均已在 PCB板上標(biāo)注 ； （ 3） 數(shù)字鍵“ 0~9”是輸入數(shù)值 所 用 ，在輸入 4位數(shù)值時(shí)數(shù)碼管不顯示輸入值，如要設(shè)定 值 100mA 則輸入“ 0100” ； （ 4）步進(jìn)鍵 “ +”、“ ”是在步進(jìn)時(shí)使用 ，即對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行加或減，此時(shí)設(shè)定值不改變，但會(huì)看到輸出值變化。 詳見附錄 4。 開始 ~ 輸出 0 小延時(shí)去抖動(dòng) ~ 1 ~ 是否全為 1 ~ 輸出 0，讀 ~ ~ 輸出 0，讀 ~ P0口的高 4 位和低 4 位相或得到鍵盤編碼 返回鍵盤編碼 Y N Y N 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 32 圖 46 閉環(huán)子程序流程圖 本章小結(jié) 本章主要對(duì)本設(shè) 計(jì)的軟件程序總流程圖以及各個(gè)子程序流程圖 做了具體詳細(xì)的 說明 ， 子程序 主要有模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換 子程序 、 LED 顯示及鍵盤 子程序、以及閉環(huán)子程序，這將使得整個(gè)設(shè)計(jì)的精度 大為提高 。 開始 發(fā)送數(shù)據(jù)高 8 位，最高位先發(fā)送 發(fā)送數(shù)據(jù)低 4 位 返回 上電初始化 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 30 圖 43 AD 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 顯示子程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的顯示子程序 流程圖如下，通過主程序的調(diào)用使用該子程序。該部分程序主要 完成各部分子 程序調(diào)用以及根據(jù)鍵盤所接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換及處理。布線時(shí)頂層和底層應(yīng)該走線互相垂直，避免兩層平行導(dǎo)線的出現(xiàn)。 由于本設(shè)計(jì)最大的輸出電流為 2A，大電流會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)燙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒斷導(dǎo)線，導(dǎo)致電路失效。其中 +5V 的電源輸出電流達(dá)到 5A， +15V 的輸出電流達(dá)到 2A， 15V 的輸出電流達(dá)到 ，這樣不僅可以保證電路正常工作，而且輸出的電流以及功率均可達(dá)到要求。當(dāng) ________DRDY 為高 電平 時(shí) , 不能進(jìn)行讀操作 ,也就是說 當(dāng)數(shù)據(jù)正在更新時(shí) , 不能 從數(shù)據(jù)寄存器中讀 出 數(shù)據(jù) 。此輸出移位寄存器可以包含 設(shè)定寄存器、通訊寄存器或數(shù)據(jù)寄存器 的信息 , 至于 具體是哪一個(gè)寄存器 ,則由 通訊寄存器中的寄存器設(shè)定位 決定 。 （ 2） MCLK OUT : 當(dāng)芯片 的主時(shí)鐘信號(hào)由晶振提供時(shí) , 此引腳與 MCLK IN引腳及晶振 引腳相連。由于 AD587 是一種超高精度的電源芯片，因此基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性也得到了保障。 MAX532 的時(shí)序圖如 下： 圖 318 MAX532 時(shí)序圖 AD587 是一款高精度的 10V 參考電源芯片，它的引腳圖如下： 圖 319 AD587 引腳圖 AD 轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)說明 由于 AD7715 是 16 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此可以對(duì)輸出地電流進(jìn)行精確地測(cè)量。 [23~26] MAX532 的引腳圖如下： 圖 317 MAX532 的引腳圖 MAX532 有如下 功能特性 ： （ 1） 電壓輸出范圍： 177。 由下 面的電路圖可見，電路分別 在正電源 端 和負(fù)電源 端 與地之間 加 了兩個(gè)濾波電容， 分別是 的 電容 和 10μF 的電解電容 ， 這兩個(gè)電容 主要起 穩(wěn)壓 作用 ，使芯片 能更好更穩(wěn)定的 工作。 （ 7） CLK： 時(shí)鐘 串行 輸入端。 （ 2） DIG0– DIG7： 八個(gè)數(shù)據(jù) 位 驅(qū)動(dòng)線 。一片 MAX7219就 可 與 微處理器連接 驅(qū)動(dòng) 8個(gè) 7段 LED數(shù)碼管 ， 或者 也可以連接 64個(gè)獨(dú)立的LED或者 條線圖顯示器。 顯示部分的電路圖 設(shè)計(jì) 如下： 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 16 圖 313 顯示部分電路圖 MAX7219 各個(gè)口線分布及使用功能如下 ： 表 MAX7219 口線分布及使用功能表 MAX7219 接線 功能 CLK 與 AT89S52 的 腳相接 串行時(shí)鐘輸入 DIN 與 AT89S52 的 腳相接 接收串行數(shù)據(jù) LOAD 與 AT89S52 的 腳相接 鎖存數(shù)據(jù) V+ 接 +5V 電源 電源 GND 接地 接地 ISET 接 20K 電阻 限制段電流峰值 DOUT 懸 空 不使用 DIG0~DIG7 接 8 個(gè)數(shù)碼管的公共端 驅(qū)動(dòng)線 SEGA~SEGG、 DP 接 8 個(gè)數(shù)碼管的 7 段和小數(shù)點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)段 元器件選擇說明 本系統(tǒng)選用 MAX7219 作為 顯示驅(qū)動(dòng) 芯片 。 按 鍵 的 抖動(dòng) 現(xiàn)象 會(huì) 造成 單片機(jī)將一次 操作 誤認(rèn) 為多次操作， 因此，為了保證 CPU 的正常識(shí)別判斷 ，必須 要 消除 按鍵 抖動(dòng) 的 影響。 鍵盤主要有獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 15V[17~19]。 由于 LM324 的輸出較小而要求的輸出電流要 2A，因此采用可通過大電流，電流增益大，輸入電阻高的達(dá)林頓管來放大電流。采用 1Ω 8W 的 鎳鎘銅絲 電阻為采樣電阻。 （ 12） XTAL2：振蕩器反相放大器 輸出端。但是 在 每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 都 會(huì)跳過 ALE 脈沖。晶振 在 工作時(shí)， RST 引腳 保持 2個(gè)機(jī)器周期 的高電平可使單片機(jī)復(fù)位。在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2端 口輸出 P2鎖存器內(nèi)容。 在 作輸入 使用的 時(shí) 候 ， 被 外部 信號(hào)拉低的引腳由于內(nèi)部上拉電阻的原因， 會(huì) 輸出電流。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。并且對(duì)本設(shè)計(jì)所能達(dá)到的功能 及性能做了簡單介紹。 總體概括的說 本設(shè)計(jì)是以直流恒流電源為設(shè)計(jì)核心 ,以單片機(jī)為基本控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的控制。 （ 3）采用 單片機(jī)控制 以及運(yùn)放構(gòu)成 恒 流源 以上兩種方法均為主要采用模擬電路完成恒流輸出，存在著較多缺點(diǎn)，而該 恒流源電路由高精度運(yùn)算放大器、采樣電阻 、 等組成 。在后面的章節(jié)中將具體介紹本課題的研究成果。 本文的研究內(nèi)容 通過平時(shí)的觀察發(fā)現(xiàn)，在做某些課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)時(shí)需要 使用 直流恒流源來供電或測(cè)量 ，而在實(shí)驗(yàn)室中有不少的穩(wěn)壓源但通常缺少便攜的直流電流源。將被校驗(yàn)的多個(gè)電流表串聯(lián)于恒流源電路，調(diào)節(jié)其電流大小使電流值達(dá)到電流基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 2 表的滿度值和零值，觀察各個(gè)電流表顯示是否正確。 如今恒流源作為一種不可缺少的電源在國內(nèi)已從 過去 的 高能耗、低效率輸出的電源轉(zhuǎn)變?yōu)?迎合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展潮流的高效節(jié)能、高可靠性 、低噪音、 質(zhì)量穩(wěn)定的電源產(chǎn)品 。 恒流源最早大約出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 50年代早期。高新能的恒流源不但可以提高電子器件以及科學(xué)儀器的使用效率，同時(shí)還可以減少產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，具有較高的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價(jià)值。通過不同的組合 可設(shè)計(jì)出 可輸出的電流小到幾十毫安大到十幾安培的電流源 。 恒流源 發(fā)展 概述 恒流源顧名思義是指“輸入”或“輸出”在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定、高效、持續(xù)的電流輸出，它在電源中有著極其重要的地位 [3,4]。在這一時(shí)期我國涌現(xiàn)出了一大批技術(shù)難度大，水平先進(jìn)的恒流源產(chǎn)品 [7]。比如，在校驗(yàn)電流表時(shí)要使用恒流源。恒流源同 時(shí)在差動(dòng)放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中也有廣泛的應(yīng)用。明確了本課題的研究方向及其意義。但是這種控制方法 也存在 靈活性較差，電路較為復(fù)雜 ，效率低下，對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)展不利，對(duì)信號(hào)處理較為困難等問題 ，若使用不恰當(dāng)還會(huì)引起較大的誤差。 因此，基于以上 各種恒流源電路 的優(yōu)缺點(diǎn)分析，本設(shè)計(jì)將采 第三種 方法 用 單片機(jī)控制 以及運(yùn)放構(gòu)成 恒 流源 電路及其控制系統(tǒng) 。 本章小結(jié) 本章主要介紹了幾種恒流源 設(shè)計(jì) 方案，通過對(duì)各個(gè)方案的分析選擇，最終確定了通過單片機(jī) AT89S52 進(jìn)行控制， 用運(yùn)放及達(dá)林頓管作為恒流源電路主要器件的方案。 該單片機(jī)的引腳圖如下： 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 9 圖 34 單片機(jī)引腳圖 AT89S52 引腳說明： （ 1） P0 口 (～ )： P0口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 向 P1 口寫 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻 會(huì) 把端口拉高， 這 時(shí)可以作為輸入口使用。在這種 情況下 中， P2 端 口使用 十分強(qiáng) 的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 表 P3 口 第二功能 表 端口 第二功能 RXD（ 串行輸入 ） TXD（ 串行輸出 ） _______0INT （ 外部中斷 0） _______1INT （ 外部中斷 1） T0（ 定時(shí)器 0 外部輸入 ） T1（ 定時(shí)器 1 外部輸入 ） ___WR （ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ） ____RD （ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ） （ 5） RST：復(fù)位輸入 口 。在 這時(shí) ， ALE 以晶振 1/6 的固定頻率輸出脈沖，可 作為 外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。 （ 9） VCC： 接正電源 （ 10） GND：接地 （ 11） XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路 輸入端。達(dá)林頓管 的E 管腳和地之間接 采樣電阻。它具有低輸入失調(diào)電壓，低噪聲、低溫漂、低時(shí)漂等優(yōu)點(diǎn)。 ~177。人們通過鍵盤輸入數(shù)值，從而達(dá)到期望的效果。即當(dāng)按鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)不會(huì) 立即 接通；當(dāng)按鍵釋放時(shí)，觸點(diǎn)也不會(huì)立即斷開， 它們都 是要經(jīng)過一段時(shí)間的抖動(dòng)才能穩(wěn)定 狀態(tài) ，抖動(dòng) 的 時(shí)間 則由 按鍵材料 決定 ，但通常 在5ms ~10ms 的范圍內(nèi)。由于 MAX7219 是針對(duì)共陰極數(shù)碼管 設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片，因此 本設(shè)計(jì) 采用的數(shù)碼管是共陰極的。 元器件介紹 MAX7219是美國 MAXIM公司生產(chǎn)的 一種集成化的串行輸入 /輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器 。當(dāng)時(shí)鐘上升沿出現(xiàn)時(shí)數(shù)據(jù)被載入內(nèi)部的 16 位寄存器。連續(xù)數(shù)據(jù)的后 16 位在 LOAD 端的上升沿時(shí) 將 被鎖定。 MAX7219的時(shí)序圖如下： 圖 315 MAX7219的時(shí)序圖 DA 轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)說明 MAX532 是一個(gè) 12 位的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，因此它可以輸出 4096 級(jí)電壓。 元器件介紹 MAX532 是一種帶有輸出放大器的雙路串行 12 位電壓輸出數(shù)字 — 模擬轉(zhuǎn)換器 ,其接口能與標(biāo)準(zhǔn)的 SPI、 QSPI 和 MICROWIRE 接口標(biāo)準(zhǔn)兼容， 輸入電源電壓在 1215V 之間，所有輸入端口與 TTL和 CMOS 兼容。在 低電平 時(shí)選中芯片 ； （ 8） ________LDAC ：異步加載 數(shù)據(jù) 輸入，低電平 時(shí) 有 效 ； 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 21 （ 9） RFBA： A通道 的反饋電阻 ； （ 10） VREFA： A 通道 的參考電壓 輸入 ； （ 11） VOUTA： A 通道的 電壓輸出 ； （ 12） AGNDA： A 通道的 模擬地 ； （ 13） RFBB： B通道 的反饋電阻 ； （ 14） VREFB： B 通道 的參考電壓輸入 ； （ 15） VOUTB： B 通道的 電壓輸出 ； （ 16） AGNDB： B 通道的 模擬地 。同時(shí)， AD780 的輸入電源電壓是 +15V，可利用 已有的電壓資源來提供電源，十分方便。 但 無論采用哪一種時(shí)鐘 方式 ,它的頻率必須為 1MHz 或 。 （ 7） DOUT :由芯 片內(nèi)輸出移位寄存器中讀出串行數(shù)據(jù) 的串行輸出端。在輸出 的更新時(shí)間內(nèi) , 如果沒有數(shù)據(jù)被讀出 , 此引腳將持續(xù) 500 倍 Tclk in 時(shí)鐘周期 , 然后返回高電平。 15V 電源均采用市面上常見的開關(guān)電源。 其次考慮的是 大電流問題。 最后是整個(gè)電路的布線問題。 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 28 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的主程序流程圖如下所示。具體程序見附錄 6。閉環(huán)控制的程序流程圖如下，具體程序見附錄 6。實(shí)物電路如下圖所示。