【正文】 ) 誤差電流(mA) 50 76 51 77 52 78 53 79 54 80 55 81 56 82 57 83 58 84 59 85 60 86 61 87 62 88 63 89 64 90 65 91 66 92 67 93 68 94 69 95 70 96 71 97 72 98 73 99 74 100 75 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 37 頁 圖 410 電流設(shè)定值為 10mA 時的仿真截圖 圖 411 電流設(shè)定值為 50mA 時的仿真 截圖 圖 412 電流設(shè)定值為 100mA 時的仿真截圖 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 38 頁 圖 413 電流設(shè)定值為 10mA 時的負(fù)載調(diào)整率（ 負(fù)載電阻為 0?） 圖 414 電流設(shè)定值為 50mA 時的負(fù)載調(diào)整率（負(fù)載電阻為 0?） 圖 415 電流設(shè)定值為 100mA 時的負(fù)載調(diào)整率（負(fù)載電阻為 0?） 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 39 頁 圖 416 電流設(shè)定值為 10mA 時的負(fù)載調(diào)整率 （負(fù)載電阻為 100?） 圖 417 電流設(shè)定值為 50mA 時的負(fù)載調(diào)整 率 （負(fù)載電阻為 100?） 圖 418 電流設(shè)定值為 100mA 時的負(fù)載調(diào)整率 （負(fù)載電阻為 100?） 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 40 頁 本設(shè)計中所采用的 D/A 芯片 DAC0832 的分辨率為 8 位，當(dāng)其基準(zhǔn)電壓為 5V時，則其最小轉(zhuǎn)換電壓 mVVV m )12/( 8 ??? 。通過檢查發(fā)現(xiàn)是自己沒有正確理解 CI2 總線協(xié)議造成的。 在本設(shè)計中，我用 keil51 軟件來編寫匯編程序和初步編譯調(diào)試程序。 首次進入默認(rèn)個位閃爍，閃爍位表示當(dāng)前設(shè)置位，可通過移位鍵 來 改變閃爍位。 D/A 轉(zhuǎn)換程序的 另一 重要組成 部分 是 BCD 碼轉(zhuǎn)成十六進制程序模塊。單片機接收 到 EEPROM 發(fā)回的一個應(yīng)答信號后，才發(fā)送 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)暫存入數(shù)據(jù)緩沖器。 輸入電壓 VVU i 15~? ， VUt ? （典型值）， T? 可達(dá) Co/1010 6?? 。 主程序在循環(huán)過程中， 腳定時發(fā)出清 0 負(fù) 脈沖 使 U108 計數(shù)器 Q4 端輸出為 低電平 ，程序正常運行。 鍵盤 分布 如圖 29 所示。 圖 25 AT24C01 引腳排列 各引腳功能說明如下： ? A0、 A A2：片選或頁面選擇地址輸入； ? WP：寫保護，用于硬件數(shù)據(jù)保護功能 ； ? SDA：串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端； ? SCL：串行時鐘端，用于對輸 入和輸出數(shù)據(jù)的同步。 DAC0832 是 使用較多的一種 8 位 D/A轉(zhuǎn)換芯片 ，其轉(zhuǎn)換時間為 1us，工作電壓為 +5V～ +15V，基準(zhǔn)電壓為 +5V[5]。同時 考慮到恒流源運算放大器 部分的功耗，需要預(yù)留功率余量，因此供電電源要求能輸出 5W 以上。 方案二 ：壓控恒流源， 通過改變恒流源的 控制 電壓，利用電壓的大小來控制輸出電流的大小。 本系統(tǒng)利用 Protel 軟件完成硬件 電路 設(shè)計工作，利用 Keil51 軟 件完成 系統(tǒng)控制軟件的 編譯 調(diào)試工作，通過 Proteus 軟件完成 所有 功能模塊的電路仿真。本設(shè)計結(jié)合單片機的控制技術(shù)、 D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)和集成電路技術(shù)，設(shè)計一種數(shù)控的直流恒流源。 本文介紹了 采用 AT89C51 單片機為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流恒流源的輸出電流， 并 由數(shù)碼管顯示電流設(shè)定值 的數(shù)控 直流 恒流源。在 科學(xué)實驗、電磁學(xué)測量、傳感器供電等領(lǐng)域都需要恒流源提供穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)電流。 軟件設(shè)計主要包括主控程序和中斷服務(wù)程序。 LED 顯示器具有 主動發(fā)光 、 配置簡單及使用壽命長等優(yōu)點， 在本系統(tǒng)中需要顯示 3 位電流值，因此采用 3 個七段 LED 數(shù)碼管 顯示 設(shè)定的電流值 。 方案二： 單片機控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用 78 系列三端穩(wěn)壓器件，通過全波整流，然后進行濾波穩(wěn)壓。由于本設(shè)計的直流電流源為壓控電流源，因此采用 “單片機＋ D/A”的方式 來 實現(xiàn)數(shù)控功能最為合適。 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 10 頁 略去反饋回路的電流，則有 )5/(/ fiffO RVRVI ?? ，可見當(dāng)運算放大器增益足夠大時，輸出電流 OI 與輸入電壓 iV 成正比，其比值只決定于反饋電阻 fR 而與負(fù)載電阻 LR 的大小無關(guān)，因而具有恒流性能 [8]。 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 12 頁 系統(tǒng)中各擴展芯片的地址見表 21。 [10] 本設(shè)計采用第一種方案， 由兩片 CD4020 計數(shù)器構(gòu)成的“看門狗”電路 如圖212 所示 ，計數(shù)器 CD4020 為 14 位二進制 計數(shù)器。 在本設(shè)計中采用運算放大器 OP07 來產(chǎn)生 所需的 +5V 基準(zhǔn)電壓，而基準(zhǔn)電壓源則采用 MC1403。 串行 EEPROM 寫操作 可分為字節(jié)寫和數(shù)據(jù)塊寫兩種形式。在編寫這部分程序時我考慮了兩種方案，一是采用運算法 ， 二是采用查表法。 正常顯示 時程序 將 熄滅無效零。 圖 41 仿真電路原理圖設(shè)計流程 開始結(jié)束新建設(shè)計文檔設(shè)置編輯環(huán)境放置元器件原理圖布線建立網(wǎng)絡(luò)表電氣檢查是否合格 ?調(diào)整存盤 、 報表輸出YN 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 29 頁 圖 42 電氣規(guī)則檢 測報告 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 30 頁 圖 43 仿真電路 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 31 頁 軟件 的 調(diào)試 軟件調(diào)試 的步驟如下： ? 根據(jù)系統(tǒng)各功能模塊流程圖編寫匯編源程序 ； ? 對各功能模塊進行逐一編譯調(diào)試； ? 各功能模塊調(diào)試正常后，進行聯(lián)合編譯調(diào)試。 D/A 轉(zhuǎn)換程序在開始設(shè)計時是放在主程序的循環(huán)體內(nèi)，這樣系統(tǒng)總是不停地在進行 D/A 轉(zhuǎn)換，然后輸出給 D/A，從而造成輸出電流不夠穩(wěn)定。 另外 我還進行了負(fù)載調(diào)整率測試。 本系統(tǒng)通過優(yōu)化軟硬設(shè)計， 盡量 減少誤差，使輸出電流的誤差 小于 2％ ，提高了系統(tǒng)的精度， 并且 與理論計算 相 吻合。再次 感謝我的老師和同學(xué)們，是他們的 關(guān)心 和幫助，使我順利地度過四年的大學(xué)生活。右移位狀態(tài)標(biāo)志 ENTING BIT 15H 。============================= ORG 0000H 。設(shè)置定時器工作方式為方式 1 MOV TH0,9EH 。十六進制數(shù)低位 BAIWEI EQU 30H 。AT24C01 存儲單元的地址 I2CData EQU 09H 。劉老師還給我提供了許多技術(shù)文檔，介紹了許多資料供我參考， 并給我的設(shè)計提出了許多有益的建議。 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 41 頁 第 5章 結(jié)論 在設(shè)計 數(shù)控直流恒流源的過程中，我深切體會到，實踐是理論運用的最好檢驗。把 EEPROM 讀寫程序使用的工作寄存器改為 3 區(qū)，鍵盤處理程序使用0 區(qū)工作寄存器即可解決問題。 經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn) 如下幾個問題： ? 程序進入鍵盤中斷程序后 LED 數(shù)碼管就沒有顯示 ； ? 進入閃爍顯示時，閃爍頻率沒有按預(yù)定的時間進行閃爍，而 是忽快忽慢 ； ? 系統(tǒng)不能準(zhǔn)確識別每一次按鍵動作。 由于 Proteus 軟件沒有提供 DAC0832 芯片 仿真庫 ，所以仿真時用理想 D／ A 芯片代替。當(dāng)鍵盤上有任一個鍵按下時，均向 CPU 申請中斷， CPU 響應(yīng)中斷請求后，判斷是哪個鍵按下，并置該按鍵的標(biāo)志位，然后退出中斷服務(wù)程序。 在本設(shè)計中，系統(tǒng)退出鍵盤處理子程序前分別調(diào)用一次 D/A 轉(zhuǎn)換子程序和寫EEPROM 子程序。 讀 寫 EEPROM 子程序的設(shè)計 AT24C01 存儲器傳輸時序符合 CI2 總線協(xié)議，要特別說明的是 SCL 要求的頻率范圍 100kHz～ 400kHz， SDA 的起始和停止時間為 s? 。 220V 交流電源經(jīng)過電源變壓器、整流濾波器和集成三端穩(wěn)壓器產(chǎn)生出系統(tǒng)所需的各種電源。 表 22 共陰極字符段碼表 字符 段碼 字符 段碼 0 3FH 6 7DH 1 06H 7 07H 2 5BH 8 7FH 3 4FH 9 6FH 4 66H ． 80H 5 6DH 熄滅 00H 圖 210 LED 數(shù)碼管引腳排列 圖 211 LED 數(shù)碼管與單片機的接口電路 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計 第 15 頁 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計 看門狗電路的設(shè)計 在實際應(yīng)用 中系統(tǒng)可能由于受到干擾而失控，引起程序 跑 飛，也可能使程序陷入“死循環(huán)”。線選法的特點是連接簡單，不必專門設(shè)計 譯碼 電路，但 芯片占的存儲空間不 連續(xù) ，并且地址空間利用率低，一般用于簡單系統(tǒng) 的 擴展。壓控電流源的核心就是 電壓 /電流（ V/I）轉(zhuǎn)換電路，主要由給定與比較放大單元、功率放大單元組成 [7]。 主控模塊是以單片機為核心的一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)。 EEPROM 適合數(shù)據(jù)交換量較少對速度要求不高的場合。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，能達(dá)到題目的設(shè)計要求， 故本設(shè)計采用方案二來實現(xiàn)。 系統(tǒng)設(shè) 計要求 根據(jù)設(shè)計任務(wù) ，詳細(xì)分析數(shù)控直流恒流源的設(shè)計需求，并進行軟硬 件的總體設(shè)計。所謂恒流源，是指對應(yīng)于一定的負(fù)載變化其所產(chǎn)生的電流變化趨于零。 關(guān)鍵詞 數(shù)控 恒流源 V/I 轉(zhuǎn)換 ABSTRACT Numerical control DC constant current source is to provide a stable DC power devices, and equipment for scientific experiments debugging necessary equipment. This paper instructed the numerical control DC constant current source which makes use of the AT89C51 version single chip microcontroller is the main controller in this system, while the set value and the real output current can be displayed by LED. In this system, the digitally programmable signal from Single Chip Micro controller is converted to analog value by D/A converter, and then transited by voltage/current converter circuit, so adjustable output different current. Output current range of 10~100mA, current set of 1mA step, the output current adjustment rate of less than 2%. This paper analyzes the numerical control DC constant current source system design needs, expounded numericalcontrolled DC constant current source of the hardware and software design principles, instructed the numericalcontrolled DC constant current source circuit of the module function and design ideas, pleted the numericalcontrolled DC current source of all design, and the circuit is plete and procedures. This paper focuses on the design of the control system microcontroller and D/A Conversion Circuit, The difficulty in the design of high linearity, high stability of the voltage/current converter circuit (V/I Conversion Circuit). The test results have showed that it can be applied in need areas of constant current source