【正文】 OAD： 數(shù)據 載入。 該芯片的各個引腳功能如下： （ 1） DIN： 串行數(shù)據的輸入端口。 在選擇數(shù)碼管時要注意 ，由于 MAX7219 只能驅動共陰極數(shù)碼管，因此所采用的數(shù)碼管必須是共陰極的。 顯示部分設計 電路設計說明 顯示部分主要采用 MAX7219 芯片對 8 段共陰極數(shù)碼管驅動。 基于單片機控制的直流恒流源設計 15 由于 鍵盤 的 按鍵一般 采用觸點式按鍵 ，因此 當按鍵按下或釋放時， 觸點會產生抖動現(xiàn)象。 TIP122 的管腳圖以及內部電路圖如下： 圖 310 TIP122 管腳圖 圖 311 TIP122 內部電路圖 鍵盤部分設計 電路設計說明 鍵盤是單片機人機接口的一個重 要設計部分之一。單電源時的電壓范圍是 3~30V，雙電源的電壓范圍是177。 本設計的恒流源電路圖如下： Ic=β Ib Ic=β Ib 基于單片機控制的直流恒流源設計 13 圖 38 恒流源電路圖 元器件選擇說明 由于需要運算精度高、溫漂小的集成運放，因此選用常見的高精度運算放大器LM324。 因此 IcIb Ic≈Ie 基于單片機控制的直流恒流源設計 12 通過 改變達林頓 B管腳的電位可 以 改變達林頓管集電極 C管腳的電流。為了執(zhí)行內部程序指令， EA 應該接 VCC。在對 flash 編程時， 該 引腳也 可 用作編程輸入脈沖。在 flash 編程和校驗時， P3 口也 可 接收一些控制信號 。在訪問外部程序存儲器或用 16 位 地址 讀取外部數(shù)據存儲器時， P2 端 口 輸 出高八位地址。 P1口 輸出 緩沖器 可 驅動 4個 TTL邏輯電平。 元器件介紹 AT89S52 的主要性能有： （ 1） 兼容 MCS51 單片機 ； （ 2） 1000 次可擦寫周期 ； （ 3） 32 個 可編程 雙向 I/O 口 線； （ 4） 全靜態(tài) 0Hz~33Hz 操作 ； （ 5） 8 個中斷源； （ 6） 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 ； （ 7） 全雙工 UART 串行中斷口線 ； （ 8）掉電后 中斷 可 喚醒 模式 ； （ 9） 看門狗（ WDT） 定時器； （ 10）具有掉電標識； （ 11） 8k 字節(jié)在線可編程 Flash ROM； （ 12） 低功耗空閑和省電模式 ； （ 13） 3 級加密 程序存儲器； （ 14） 雙數(shù)據寄存器指針 。 圖 22 系統(tǒng)總電路圖 單 片 機 控 制 鍵盤輸入 數(shù)碼管輸出 D/A轉換 恒流源電路 A/D 轉換 負載部分 電源部分 基于單片機控制的直流恒流源設計 5 系統(tǒng) 功能及 性 能概述 本設計可達到的系統(tǒng)基本 功能及 性能有： （ 1） 設定以及輸出電流值可顯示； （ 2） 可通過鍵盤預設電流值； （ 3） 輸出電流范圍可達 20mA~2021mA； （ 4） 具有 “ +”和“ ”的 步進功 能，步進等級≤ 10mA。 這種方法當 負載 在 一定范圍內變化時具有良好的穩(wěn)定性，而且精度較高 ，可對系統(tǒng)進行一定的擴展，具有一定的靈活性，恒流源電路也較為簡單 [10~13]。此外， 還 可以 采用一定的溫度補償和穩(wěn)壓措施 來使電流更加穩(wěn)定。 本章小結 本章主要介紹了恒流源的意義及其應用，并且對它的發(fā)展歷程、國內的發(fā)展狀況做了說明 。并且恒流源不但可為各種放大電路提供偏流來穩(wěn)定其靜態(tài)工作點 ,還可作為其有源負載 ,以提高放大倍數(shù)。 恒流源的 應用 隨著電子技術的不斷發(fā)展，恒流源的應用也越來越廣泛，它通常應 用于各種自動化儀表、標準燈、電真空器件、半導體器件等的參數(shù)測量。在九十年代恒流源進入了快速發(fā)展時期。在這些實驗中通常對電流大小、通電時間以及動態(tài)指標有著特別的要求，因此高性能、高精度、高穩(wěn)定性和輸出可預置的直流電流源成為必不可少的實驗基本設備 [1,2] 。 恒流源常用的實現(xiàn)方法有晶體管、集成運放、可調集成穩(wěn)壓模塊等。 本文所設計的基于單片機控制的直流恒流源 采用 AT89S52單片機 為控制器，由 運算放大器 LM324以及達林頓管 TIP122構成恒流源 主電路，并 配以 12位 的 D/A、 16位的 A/D轉換 芯片 完成輸出 20mA～ 2021mA范圍內步進等級 小于 10mA的 恒定電流。當時采用的電真空器件是鎮(zhèn)流管，由于鎮(zhèn)流管的穩(wěn)定電流功能好，因此大多用于交流電路，常被用來穩(wěn)定電子管的燈絲電流。一般國內制造的 直流恒流源 能 輸入 較寬的 交流電壓范圍，輸出 較高的 電流精度，恒定電流值可通過按鍵或旋鈕或者通過接口預設。在示波管、顯像管等真空器件中也需要使用恒流源。因此為了方便在校學生的實驗與研究，本課題設計了可供學生使用的直流恒流源?；趩纹瑱C控制的直流恒流源設計 3 2 系統(tǒng)整體設計 整體方案的選擇 恒流源亦稱電流源或穩(wěn)流源，它是一種可以向負載提供恒定不變電流的電源。再 結合單片機 、 AD、 DA 芯片等 構成數(shù)控電 流源。為了實現(xiàn)對輸出電流的精確控制首先將采用 12 位的 D/A 輸出，并且可以通過鍵盤實現(xiàn)電流可預置效果 ,再通過精密運算放大器以及達林頓管組成的恒流源電路輸出電流。 基于單片機控制的直流恒流源設計 6 3 系統(tǒng)硬件設計 單片機最小系統(tǒng)設計 電路設計說明 在本設計中單片機主要完成數(shù)字控制的功能，它從鍵盤讀入鍵值，將鍵值通過程序處理后輸出給 DA 轉換器 MAX532， DA 轉換器將該值輸出給恒流源電路，恒流源電路輸出的值通過 AD 轉換器 AD7715 給單片機， 因此單片機又從 AD 轉換器中讀入數(shù)值進行內部程序運算后輸出顯示，并通過閉環(huán)控制 調 節(jié) 電流達到更精確恒流的目的。 對 P0 口寫 入 “1” 時，引腳 作為 高阻抗輸入。 另外， 和 分別 作為 定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），具體 見下 表。在 flash 編程和校驗時， P2 口 同樣也 接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號?？撮T狗計時完成后， RST 引腳輸出 96 個晶振周期的高電平。 若有需要 ，可 通過 將地址為8EH 的 SFR 寄存器的第 0位置 “1” ， 這可使 ALE操作變?yōu)闊o效 。 [14~16] AT89S52 時序圖如下： 圖 35 AT89S52 時序圖 恒流源部分設計 電路設計說明 本設計中 所采用的 恒流源 基本電路 是 由 運放 LM324 和達林頓管 TIP122 構成恒流源主體，并由電容濾波，通過采樣電阻確定 輸出點電位。 把達林頓管的 E管腳和 LM324 的反相 輸入端相連，使 采樣 電阻的電位送到 LM324， 通過它來 鉗位達林頓管基極 B管腳的電位。本設計采用 TIP122 達林頓管 來實現(xiàn) ，它最大可以通過 5A的直流電流，放大倍數(shù)為 1000 左右，功率為 65W。并且該芯片具有以下特點： （ 1） 輸出電壓振幅大； （ 2）電源功耗小； （ 3）偏置電流低； （ 4）具有內部補償?shù)墓δ埽? （ 5）輸入端具有靜電保護功能； 基于單片機控制的直流恒流源設計 14 （ 6）短路保護輸出。本設計采用的是 4 4 的矩陣式鍵盤。 通常消除抖動影響的措施有硬 件和 軟件兩種 方式 。 由于本系統(tǒng)顯示的是預置電流值（ 4 位）和輸出電流測量值（ 4 位），因此一共需要 8 個數(shù)碼管，若使用普通的驅動芯片則要耗費單片機大量的 I/O口線，并且加大了軟件編程的難度。 其片內包含有一個 B型 BCD編碼器 、多路 掃描電路、段和 位 驅動器 以 及 一個 存貯每個 數(shù)據 的 88 靜 態(tài) RAM。在正常使用時 顯示器共陰極為低電平 ， 關基于單片機控制的直流恒流源設計 18 閉時此 端口 輸 出高電平。 當 時鐘上升沿 出現(xiàn)時 ，數(shù)據移入內部移位寄存器。本設計中的 MAX532 采用三線接口方式，即使用 CS、 DIN、 SCLK 三個端口與單片機的任意 3個 I/O口相連 ， 而 LDAC 始終接低電平， 這樣數(shù)據將在 片選信號 CS 為 高電平時更新 ，這種方法在使用一片 MAX532 時較 為 常見 。12V ； （ 2） 電流輸出范圍： 177。測量出的值將傳給單片機，并通過 LED 數(shù)碼管顯示出來。 AD轉換的分辨率為： 分辨 率 = 162? ≈ （ 34） 元器件介紹 AD7715 模數(shù)轉換器是美國模擬器件公司推出 的 16 位 采用和差轉換技術（∑ Δ 技術） 系列 ADC 之一。 基于單片機控制的直流恒流源設計 24 （ 3） SCLK:串行時鐘 的 邏輯輸入 。 （ 8） AIN +： 片內可編程增益放大器差動模擬輸入的正端 。 當數(shù)據更新完成 后 , ________DRDY 返回低電平 ； （ 13） AVDD :模擬正電源 ； （ 14） DVDD :數(shù)字電源。 開關 電源圖如下： 圖 325 開關電源圖 PCB 電路板制作 在設計 PCB電路板時，首先考慮 電磁干擾問題。所以在布線時，要合理計算導線寬度使之可以承受正常工作時的大電流。對于地線的連接通常是 一點接地法。 具體程序見附錄 6。具體程序見附錄 6。 開始 |設定值 — 顯示值 |＞ 3mA 設定值是否大于顯示值 補償值 =0 補償值 =補償值 +1 補償值 =補償值 1 顯示值 =顯示值 +補償值 N Y Y N 返回 基于單片機控制的直流恒流源設計 33 5 系統(tǒng)實驗測試 與分析 系統(tǒng)使用方法說明 該系統(tǒng)的使用方法為： （ 1）按下 +5V 電源、 +15V 電源、 15V 電源的按鈕 （ PCB 板上有標識） ； （ 2）看見 8 個數(shù)碼管亮起后（初始值為 0），可通過 14 個鍵盤進行輸入 操作 。 圖 51 實物電路 基于單片機控制的直流恒流源設計 34 系統(tǒng)實驗測試數(shù)據 空載試驗 表 空載試驗表 序號 設定值（ mA） LED 顯示值（ mA） 萬用表實測值（ mA） 1 0 0 0 2 20 18 3 50 51 4 100 100 5 200 199 6 400 402 7 600 601 8 800 799 9 1000 998 10 1200 1198 1186 11 1400 1398 1383 12 1600 1596 1582 13 1800 1801 1789 14 2021 1995 1984 誤差分析： 平均絕對誤差： （ 1） 絕對誤差 2? =測量值 2xA 真 值 02A == （ 51） （ 2） 絕對誤差 3? =測量值 3xA 真 值 03A == （ 3） 絕對誤差 4? =測量值 4xA 真 值 04A == （ 4） 絕對誤差 5? =測量值 5xA 真 值 05A == （ 5） 絕對誤差 6? =測量值