【正文】 閉環(huán)子程序 DA轉(zhuǎn)換子程序 AD 轉(zhuǎn)換子程序 基于單片機控制的直流恒流源設(shè)計 29 系統(tǒng)子程序設(shè)計 DA 轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計 本設(shè)計的 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。每個鍵盤的功能均已在 PCB板上標注 ； （ 3） 數(shù)字鍵“ 0~9”是輸入數(shù)值 所 用 ，在輸入 4位數(shù)值時數(shù)碼管不顯示輸入值，如要設(shè)定 值 100mA 則輸入“ 0100” ； （ 4）步進鍵 “ +”、“ ”是在步進時使用 ，即對當前值進行加或減，此時設(shè)定值不改變，但會看到輸出值變化。 詳見附錄 4。 開始 ~ 輸出 0 小延時去抖動 ~ 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 基于單片機控制的直流恒流源設(shè)計 32 圖 46 閉環(huán)子程序流程圖 本章小結(jié) 本章主要對本設(shè) 計的軟件程序總流程圖以及各個子程序流程圖 做了具體詳細的 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，這將使得整個設(shè)計的精度 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 基于單片機控制的直流恒流源設(shè)計 30 圖 43 AD 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 顯示子程序設(shè)計 本設(shè)計的顯示子程序 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)進行轉(zhuǎn)換及處理。布線時頂層和底層應(yīng)該走線互相垂直，避免兩層平行導線的出現(xiàn)。 由于本設(shè)計最大的輸出電流為 2A，大電流會導致導線發(fā)燙，嚴重時會燒斷導線，導致電路失效。其中 +5V 的電源輸出電流達到 5A， +15V 的輸出電流達到 2A， 15V 的輸出電流達到 ，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到要求。當 ________DRDY 為高 電平 時 , 不能進行讀操作 ,也就是說 當數(shù)據(jù)正在更新時 , 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 : 當芯片 的主時鐘信號由晶振提供時 , 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，因此基準電壓的穩(wěn)定性也得到了保障。 MAX532 的時序圖如 下： 圖 318 MAX532 時序圖 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 電路設(shè)計說明 由于 AD7715 是 16 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此可以對輸出地電流進行精確地測量。 [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 和負電源 端 與地之間 加 了兩個濾波電容， 分別是 的 電容 和 10μF 的電解電容 ， 這兩個電容 主要起 穩(wěn)壓 作用 ，使芯片 能更好更穩(wěn)定的 工作。 （ 7） CLK： 時鐘 串行 輸入端。 （ 2） DIG0– DIG7： 八個數(shù)據(jù) 位 驅(qū)動線 。一片 MAX7219就 可 與 微處理器連接 驅(qū)動 8個 7段 LED數(shù)碼管 ， 或者 也可以連接 64個獨立的LED或者 條線圖顯示器。 顯示部分的電路圖 設(shè)計 如下： 基于單片機控制的直流恒流源設(shè)計 16 圖 313 顯示部分電路圖 MAX7219 各個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 個數(shù)碼管的公共端 驅(qū)動線 SEGA~SEGG、 DP 接 8 個數(shù)碼管的 7 段和小數(shù)點 驅(qū)動段 元器件選擇說明 本系統(tǒng)選用 MAX7219 作為 顯示驅(qū)動 芯片 。 按 鍵 的 抖動 現(xiàn)象 會 造成 單片機將一次 操作 誤認 為多次操作， 因此，為了保證 CPU 的正常識別判斷 ，必須 要 消除 按鍵 抖動 的 影響。 鍵盤主要有獨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)存儲器時， 都 會跳過 ALE 脈沖。晶振 在 工作時， RST 引腳 保持 2個機器周期 的高電平可使單片機復位。在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2端 口輸出 P2鎖存器內(nèi)容。 在 作輸入 使用的 時 候 ， 被 外部 信號拉低的引腳由于內(nèi)部上拉電阻的原因， 會 輸出電流。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。并且對本設(shè)計所能達到的功能 及性能做了簡單介紹。 總體概括的說 本設(shè)計是以直流恒流電源為設(shè)計核心 ,以單片機為基本控制器來實現(xiàn)對輸出電流的控制。 （ 3）采用 單片機控制 以及運放構(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，而該 恒流源電路由高精度運算放大器、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 通過平時的觀察發(fā)現(xiàn)，在做某些課程實驗和課程設(shè)計時需要 使用 直流恒流源來供電或測量 ，而在實驗室中有不少的穩(wěn)壓源但通常缺少便攜的直流電流源。將被校驗的多個電流表串聯(lián)于恒流源電路，調(diào)節(jié)其電流大小使電流值達到電流基于單片機控制的直流恒流源設(shè)計 2 表的滿度值和零值，觀察各個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)?迎合當今社會發(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 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儀器的使用效率，同時還可以減少產(chǎn)品的開發(fā)時間，具有較高的經(jīng)濟和實用價值。通過不同的組合 可設(shè)計出 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)變動時保持穩(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]。在這一時期我國涌現(xiàn)出了一大批技術(shù)難度大，水平先進的恒流源產(chǎn)品 [7]。比如，在校驗電流表時要使用恒流源。恒流源同 時在差動放大電路、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，電路較為復雜 ，效率低下，對系統(tǒng)擴展不利，對信號處理較為困難等問題 ，若使用不恰當還會引起較大的誤差。 因此，基于以上 各種恒流源電路 的優(yōu)缺點分析，本設(shè)計將采 第三種 方法 用 單片機控制 以及運放構(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 方案，通過對各個方案的分析選擇，最終確定了通過單片機 AT89S52 進行控制， 用運放及達林頓管作為恒流源電路主要器件的方案。 該單片機的引腳圖如下： 基于單片機控制的直流恒流源設(shè)計 9 圖 34 單片機引腳圖 AT89S52 引腳說明： （ 1） P0 口 (～ )： P0口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 向 P1 口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻 會 把端口拉高， 這 時可以作為輸入口使用。在這種 情況下 中， P2 端 口使用 十分強 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（ 定時器 0 外部輸入 ） T1（ 定時器 1 外部輸入 ） ___WR （ 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ） ____RD （ 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ） （ 5） RST：復位輸入 口 。在 這時 ， ALE 以晶振 1/6 的固定頻率輸出脈沖，可 作為 外部定時器或時鐘使用。 （ 9） VCC： 接正電源 （ 10） GND：接地 （ 11） XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路 輸入端。達林頓管 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、低時漂等優(yōu)點。 ~177。人們通過鍵盤輸入數(shù)值，從而達到期望的效果。即當按鍵按下時，觸點不會 立即 接通；當按鍵釋放時，觸點也不會立即斷開， 它們都 是要經(jīng)過一段時間的抖動才能穩(wěn)定 狀態(tài) ，抖動 的 時間 則由 按鍵材料 決定 ，但通常 在5ms ~10ms 的范圍內(nèi)。由于 MAX7219 是針對共陰極數(shù)碼管 設(shè)計的驅(qū)動芯片，因此 本設(shè)計 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)動器 。當時鐘上升沿出現(xiàn)時數(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 將 被鎖定。 MAX7219的時序圖如下： 圖 315 MAX7219的時序圖 DA 轉(zhuǎn)換部分設(shè)計 電路設(shè)計說明 MAX532 是一個 12 位的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，因此它可以輸出 4096 級電壓。 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 ,其接口能與標準的 SPI、 QSPI 和 MICROWIRE 接口標準兼容， 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 時選中芯片 ； （ 8） ________LDAC ：異步加載 數(shù)據(jù) 輸入，低電平 時 有 效 ； 基于單片機控制的直流恒流源設(shè)計 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， 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。 最后是整個電路的布線問題。 基于單片機控制的直流恒流源設(shè)計 28 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序設(shè)計 本設(shè)計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。實物電路如下圖所示。