【文章內(nèi)容簡介】 ，采用了方案三。 系統(tǒng)組成 根據(jù)題目要求和上述論證，：電流采樣采樣電阻恒流源電路ADC0804DAC0832 AT89C52 單片機(jī) 液晶顯示 按鈕 系統(tǒng)框圖3 單元電路設(shè)計本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī),是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容。功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)適合于多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。： 單片機(jī)控制電路 A/D接口電路A/D轉(zhuǎn)換采用BB公司的ADC0804構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路。ADC0804 為一只具有20引腳8位CMOS 連續(xù)近似的A/D 轉(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下： 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出 。分辨率：8 位(0～255) 。存取時間：135 ms 。轉(zhuǎn)換時間：100 ms 。 總誤差：1～+1 。 工作溫度：ADC0804C為0度～70度,ADC0804L為40 度～85 度 。模擬輸入電壓范圍：0V～5V 。 參考電壓： 。工作電壓：5V。輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)。ADC0804轉(zhuǎn)換器將采樣電阻上的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給單片機(jī)，單片機(jī)將此反饋信號與預(yù)置值比較，根據(jù)兩者間的差值調(diào)整輸出信號大小。這樣就形成了反饋調(diào)節(jié)，提高輸出電流的精度。同時，A/D采樣回來的電流經(jīng)過單片機(jī)處理傳送到LCD，可以顯示當(dāng)前的實際電流值,： A/D轉(zhuǎn)換電路 D/A接口電路D/A轉(zhuǎn)換采用8位分辨率的DAC0832構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路。DAC0832與微處理器完全兼容。D/A轉(zhuǎn)換電路主要負(fù)責(zé)把單片機(jī)輸出的控制信號送給高精度運算放大器，控制電流源輸出電流大小，： D/A接口電路設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓為，按鈕輸入數(shù)字量為D，D/A轉(zhuǎn)換輸出的模擬電壓為選擇參考電壓=5V，采樣電阻5。當(dāng)輸入數(shù)字量加1，模擬增加量 =1/2565000 mV=20mV則輸出電流變化/=20/5=4mA。即D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字輸入量每增加數(shù)值1，恒流源輸出電流增加4mA。因此為實現(xiàn)步進(jìn)功能，每按一次步進(jìn)+鍵，單片機(jī)送給D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量D加2，從而輸出電流加8mA，實現(xiàn)了電流步進(jìn)8mA的要求。步進(jìn)減8mA同理。當(dāng)鍵盤設(shè)置輸出電流大小為I時，單片機(jī)送給D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量為2I，使得電流源電路輸出電流為I。然而這只是理想情況，實際電路由于種種原因，實際輸出電流不會完全等于理論計算值，此時電流反饋控制起了關(guān)鍵作用。單片機(jī)通過分析A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值，得到電路實際輸出的電流大小，對D/A轉(zhuǎn)換器的給定數(shù)字量進(jìn)行調(diào)整，使得輸出電流大小更精確?！?恒流源電路 恒流源電路是系統(tǒng)的重要組成部，主要由高精度運算放大器，MOSFET，采樣電阻等組成，： 恒流源電路根據(jù)運放特性可得： MOSFET的電流：D/A轉(zhuǎn)換器輸出的控制電壓加在運算放大器正輸入端，控制負(fù)載中流過的電流。采樣電阻將輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，供A/D轉(zhuǎn)換用。設(shè)計中A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓都為5V，電路中流過的電流最大值為2000mA，因此正常情況下電阻阻值應(yīng)為5000mV/2000mA=?？紤]到系統(tǒng)的步進(jìn)功能，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸入加1時，其模擬輸出增加量為=1/2565000mV，與此同時采樣電阻上的電壓也相應(yīng)增加相同的數(shù)值，令其輸出電流增加4mA，則計算得采樣電阻阻值為：=5000/2564=5。運算放大器的輸出控制著MOSFET的VGS，因此運算放大器輸出的穩(wěn)定性將直接決定系統(tǒng)輸出電流的穩(wěn)定性。同時，運算放大器還決定著系統(tǒng)輸出電流的精度。為了滿足系統(tǒng)的精度及紋波要求，選用精密運算放大器OP07C，OP07是高精度低失調(diào)電壓的精密運放集成電路,用于微弱信號的放大,如果使用雙電源能達(dá)到最好的放大效果。 LCD顯示電路系統(tǒng)中采用普通按鈕實現(xiàn)電流的設(shè)計和調(diào)節(jié)。 按鍵包括下列功能：+ ：電流上調(diào)；－：電流下調(diào)；通過按鍵預(yù)置電流值，確認(rèn)后便可通過液晶顯示出預(yù)置電流值。上調(diào)鍵 +和下調(diào)鍵 －分別用來控制電流以步進(jìn)8mA增減，電流變化通過液晶顯示出來。 液晶顯示采用1602模塊，它共16個管腳，但是編程用到的主要管腳不過三個，分別為：RS(數(shù)據(jù)命令選擇端),R/W（讀寫選擇端）,E（使能信號）。以后編程便主要圍繞這三個管腳展開進(jìn)行初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)。以下具體闡述這三個管腳：RS為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。R/W為讀寫選擇，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作。E端為使能端，后面和時序聯(lián)系在一起。除此外，D0~D7分別為8位雙向數(shù)據(jù)線。操作時序： 　　RSR/W操作說明00寫入指令碼D0~D701讀取輸出的D0~D7狀態(tài)字10寫入數(shù)據(jù)D0~D711從D0~D7讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖——開始時初始化E為0，然后置E為1，再清0。讀取狀態(tài)字時，注意D7位，D7=1，禁止讀寫操作；D7=0，允許讀寫操作；所以對控制器每次進(jìn)行讀寫操作前，必須進(jìn)行讀寫檢測。（即后面的讀忙子程序）。： 液晶接口電路 系統(tǒng)電源電路由于系統(tǒng)對電流的精度及紋波要求較高，而系統(tǒng)電源的精度及穩(wěn)定度在很大程度上決定了系統(tǒng)的性能，因此系統(tǒng)電源的設(shè)計是整個系統(tǒng)中的重要部分。為了防止恒流源電路中的較大電流對控制部分產(chǎn)生干擾，將控制部分的電源和恒流源電路電源分成獨立的部分，分別由不同的穩(wěn)壓芯片供電，： 自制電源原理圖控制部分：220V電壓經(jīng)變壓器輸出兩組獨立的交流12V電源和一個交流20V電源。其中一路交流20V電源經(jīng)整流、濾波、7805穩(wěn)壓后輸出+5V電壓，給CPU和LCD供電；第二路交流20V電源經(jīng)整流、濾波、7905穩(wěn)壓后輸出5V（正端接地）電壓為0832提供參考電壓。交流20V輸出電壓經(jīng)整流、濾波、7812穩(wěn)壓輸出+12V電壓，為運算放大器提供正工作電源，又通過7912輸出12V電壓，為運算放大器提供負(fù)工作電源。恒流源電路電源：220V電源經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過整流、濾波、7824穩(wěn)壓后輸出+24V電壓，直接作為恒流源電路電源。4 軟件設(shè)計軟件系統(tǒng)的任務(wù)主要有A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、步進(jìn)加減、按鍵掃描、液晶顯示。為了將所有任務(wù)有序的組織起來，軟件系統(tǒng)采用前后臺結(jié)構(gòu)。AT89C52單片機(jī)擁有獨立的時基發(fā)生器，無需占用定時器。系統(tǒng)設(shè)置了一個1024Hz的時基中斷，為整個系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的運行節(jié)拍，保證了各個任務(wù)能有條不紊的工作。對時間沒有實時要求的任務(wù)如按鍵掃描、液晶顯示，放在主循環(huán)中。A/D，D/A轉(zhuǎn)換任務(wù)需要定周期運行，放在時基中斷服務(wù)子程序中運行。有效的保證了重要任務(wù)能及時被執(zhí)行。系統(tǒng)加電后，主程序首先完成系統(tǒng)初始化，其中包括I/O口，中斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)器等工作狀態(tài)的設(shè)置，系統(tǒng)變量賦初值等工作，完成系統(tǒng)初始化后打開中斷，隨之進(jìn)入按鍵掃描程序。按鍵掃描獲取鍵值后根據(jù)鍵值，完成設(shè)定預(yù)置電流值，步進(jìn)加減，并通過LCD顯示輸出電流值。： 主程序流程圖 時基中斷服務(wù)子程序時基中斷服務(wù)子程序流程圖如下，在此中斷服務(wù)程序中控制進(jìn)行A/D和D/A轉(zhuǎn)換，： 時基中斷服務(wù)子程序 A/D轉(zhuǎn)換程序A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804的接口形式為位串行接口，因此在對ADC0804進(jìn)行操作時需要考慮到時序問題，： A/D轉(zhuǎn)換程序5 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計系統(tǒng)工作于較強(qiáng)的電磁輻射環(huán)境中，容易受到各種干擾的影響。輕則使電流輸出不穩(wěn)定，紋波電流增加，嚴(yán)重時會導(dǎo)致整個系統(tǒng)工作不正常。因此，本系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面采取抗干擾的措施，以保證系統(tǒng)的可靠運行。 硬件抗干擾設(shè)計主電路和控制電路的電源由不同的穩(wěn)壓芯片供電，消除了主電路對控制電路的電源干擾。在220V電源進(jìn)線端設(shè)置電源濾波器，消除電網(wǎng)上的各類高頻干擾，防止電網(wǎng)電壓突變對系統(tǒng)造成沖擊。合理布置接地系統(tǒng)中的數(shù)字地與模擬地，避免了數(shù)字信號對模擬信號的干擾。 軟件抗干擾設(shè)計對A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果采用數(shù)字濾波技術(shù)，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。6