【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，： 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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)際電路由于種種原因，實(shí)際輸出電流不會(huì)完全等于理論計(jì)算值，此時(shí)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(shí)際輸出的電流大小，對(duì)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(yùn)算放大器，MOSFET，采樣電阻等組成，： 恒流源電路根據(jù)運(yùn)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(yùn)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(hào)，供A/D轉(zhuǎn)換用。設(shè)計(jì)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=。考慮到系統(tǒng)的步進(jìn)功能，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸入加1時(shí)，其模擬輸出增加量為=1/2565000mV，與此同時(shí)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(jì)算得采樣電阻阻值為：=5000/2564=5。運(yùn)算放大器的輸出控制著MOSFET的VGS，因此運(yùn)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(shí)，運(yùn)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(yùn)算放大器OP07C，OP07是高精度低失調(diào)電壓的精密運(yùn)放集成電路,用于微弱信號(hào)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(shí)現(xiàn)電流的設(shè)計(jì)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(gè)管腳，但是編程用到的主要管腳不過三個(gè)，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(hào)）。以后編程便主要圍繞這三個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)初始化E為0，然后置E為1，再清0。讀取狀態(tài)字時(shí)，注意D7位，D7=1，禁止讀寫操作；D7=0，允許讀寫操作；所以對(duì)控制器每次進(jìn)行讀寫操作前，必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)。（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(duì)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(jì)是整個(gè)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(duì)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(dú)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(dú)立的交流12V電源和一個(gè)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(yùn)算放大器提供正工作電源，又通過7912輸出12V電壓，為運(yùn)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(jì)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(tái)結(jié)構(gòu)。AT89C52單片機(jī)擁有獨(dú)立的時(shí)基發(fā)生器，無需占用定時(shí)器。系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)1024Hz的時(shí)基中斷，為整個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一的運(yùn)行節(jié)拍，保證了各個(gè)任務(wù)能有條不紊的工作。對(duì)時(shí)間沒有實(shí)時(shí)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(yùn)行，放在時(shí)基中斷服務(wù)子程序中運(yùn)行。有效的保證了重要任務(wù)能及時(shí)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(shí)器/計(jì)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(shí)基中斷服務(wù)子程序時(shí)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(shí)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(duì)ADC0804進(jìn)行操作時(shí)需要考慮到時(shí)序問題，： A/D轉(zhuǎn)換程序5 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)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(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(yùn)行。 硬件抗干擾設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾。 軟件抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)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 系統(tǒng)測(cè)試 數(shù)控恒流源實(shí)物圖 測(cè)試使用的儀器測(cè)試使用的儀器如表61： 表61 測(cè)試使用的儀器序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1數(shù)字萬用表DT9203A1240MHz示波器GOS62013滑線變阻器BX 7241 測(cè)試方法測(cè)試方法：采用4位數(shù)字萬用表的電流檔測(cè)試輸出電流IL，用4 位數(shù)字萬用表的電壓檔測(cè)負(fù)載RL兩端的電壓值VL，采用滑線變阻器和定值電阻相結(jié)合的方式設(shè)置負(fù)載電阻值。(1)輸出電流范圍：0mA～2000mA，可以達(dá)到題目要求。(2)輸出電流與給定值偏差，如表62所示：表62 輸出電流與給定值偏差測(cè)試數(shù)據(jù)給定值實(shí)際值偏差絕對(duì)值給定值*1%+10mA152331394654536270789310110918719520321015361624測(cè)試結(jié)果分析：如表62所示，輸出電流滿足題目的誤差精度要求。同時(shí)，電流值小時(shí)，輸出電流更接近給定電流。電流值較大時(shí)，由于系統(tǒng)散熱性能不夠優(yōu)良導(dǎo)致恒流源電源性能下降，引起誤差增大。誤差存在的原因主要是采樣電阻制作誤差，