【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 功 率 的 損 耗 和 電 阻 精 度 的 問(wèn) 題 ， 所 以 利 用 可 編 程 的 數(shù) 字 電 位 器 并 不 是 一 個(gè) 理想 的 選 擇 ， 在 思 路 漸 漸 清 晰 以 后 ， 我 們 排 除 了 這 種 方 案 。液晶顯示器1x4 鍵盤AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)D/A 轉(zhuǎn)換 V/I 轉(zhuǎn)換 負(fù)載穩(wěn)壓電源可 控 電 流 源可編程數(shù)字電位 器比較器模塊電流檢測(cè)采樣模塊AT89C51鍵盤 預(yù)測(cè)/實(shí)測(cè)顯示xxxxxxx2022 屆本科畢業(yè)論文5 圖 2 方案二原理圖 方案的比較與選擇方案一難點(diǎn)在于穩(wěn)定恒流源的設(shè)計(jì)和高精度電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。特點(diǎn)是可精確的控制電流的步進(jìn)量，負(fù)載變化對(duì)電流輸出的影響較小 。方案二由于改變的是電阻，所以就需要一個(gè)精準(zhǔn)的外加電壓源，但由于數(shù)字電阻的電阻變化呈非線性，因此在編程方面的要求就比較高了，再加上功率的損耗和電阻精度的問(wèn)題，所以利用可編程的數(shù)字電位器并不是一個(gè)理想的選擇。 綜上分析比較，我們最終采用了方案一來(lái)設(shè)計(jì)題目要求的小功率電流源。3 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我所采用的先整體后局部的研究方法。在拿到這個(gè)課題之后，首先查閱、收集相關(guān)資料，對(duì)該課題做一個(gè)深入的了解，研究課題所涉及到的內(nèi)容，能夠較好的掌握有關(guān)課題的知識(shí)。從而能夠輕松地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以及系統(tǒng)的各個(gè)模塊，理清各個(gè)模塊之間的關(guān)系，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)、C 語(yǔ)言知識(shí)的認(rèn)識(shí)，充分掌握和理解設(shè)計(jì)各部分的工作原理、設(shè)計(jì)過(guò)程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項(xiàng)知識(shí)。小功率電流源設(shè)計(jì)6模擬電路方案設(shè)定器件參數(shù)進(jìn)行電路仿真電路安裝調(diào)試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束修改電路通過(guò)仿真修改電路通過(guò)測(cè)試否否否 否圖 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路結(jié)構(gòu)圖分析、整理所有資料，并開始進(jìn)行硬件電路部分的設(shè)計(jì)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案，設(shè)計(jì)出電路原理圖。該系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)采用的是 protuse 仿真軟件，因此將設(shè)計(jì)出的電路原理圖在 protuse 仿真軟件畫出；并采用 Keil 軟件，進(jìn)行程序的編寫，并能夠完成各個(gè)模塊的作用。根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖，并按照流程圖在 protuse 仿真軟件環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與調(diào)試，在此過(guò)程中很有可能出現(xiàn)一定的問(wèn)題，但必需要想方設(shè)法的去解決，最后完成該課題的設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路結(jié)構(gòu)圖如上圖 3 所示。 控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心為 AT89C51，AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖 4 所示：xxxxxxx2022 屆本科畢業(yè)論文7振蕩電路CPUROM/EPROM RAM 定時(shí)/計(jì)數(shù)器并行接口 串行接口 中斷系統(tǒng)圖 4 AT89C51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)單片機(jī)在該系統(tǒng)中所起到的作用：通過(guò)鍵盤模塊輸入給定的電流值或是步進(jìn)調(diào)整信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)在接受到信號(hào)后馬上進(jìn)行處理運(yùn)算，并且能夠顯示其給定的電流值，然后經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換電路以輸出電壓，接著驅(qū)動(dòng)恒流源電路實(shí)現(xiàn)電流的輸出，并將采樣電阻上的電壓經(jīng)過(guò) V/I 轉(zhuǎn)換，通過(guò)處理，調(diào)整電流輸出，并在電流表中顯示當(dāng)前的電流值。外形及引腳排列如圖 5 所示： 圖 5 AT89C51外 形 及 引 腳 排 列小功率電流源設(shè)計(jì)8各引腳的功能介紹：VCC：電源；GND：地；P0：P0 是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口； ST：復(fù)位輸入； /VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。EA為了方便單片機(jī)引腳的使用，我們將單片機(jī)的引腳用接口引出，電路如圖6所示：～ 接口； P1口作為D/A轉(zhuǎn)換接口；～。圖6 AT89C51引腳圖 D/A 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)為了達(dá)到系統(tǒng)的控制精度，選取 8 位 D/A。具體電路 接口如圖 7 所示。D/A 轉(zhuǎn)換器選用 DAC0832，它是并行輸入可編程雙路 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。該器件僅有 20 個(gè)引腳，本系統(tǒng)采用 DAC0832 的直通工作方式。AT89C51 單片機(jī)控制它只需要 9 個(gè)引腳，分別是 8 個(gè)數(shù)據(jù)口和一個(gè)片選端，非常方便。+5V 單電源工作。選典型參考電壓 +5V，輸出電壓公式為： V0=V REF(n/256) 其輸出電壓范圍為：0～5V。DAC0832 是 8 分辨率地 D/A 轉(zhuǎn)換的集成芯片。能夠與微型處理器完全的兼容。這個(gè)芯片以它的價(jià)格的低廉、接口的簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換的控制容易等等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。它是由 8 位的輸入的鎖存器、8 位的 DAC 的寄存器、8 位的D/A 轉(zhuǎn)換的電路以及轉(zhuǎn)換的控制電路所構(gòu)成。DAC0832 的引腳功能電路的應(yīng)用的原理圖如圖所示，集成電路的內(nèi)部有兩級(jí)輸入的寄存器，使得 DAC0832 芯片能夠具備：雙緩沖、單緩沖以及直通的三種輸入的方式，以適用于各種電路需要。因此這個(gè)芯片應(yīng)用比較廣泛,關(guān)于 DAC0832 的應(yīng)用一些重要xxxxxxx2022 屆本科畢業(yè)論文9的資料如下圖：D/A 轉(zhuǎn)換的結(jié)果是采用電流的形式進(jìn)行輸出的。如果需要相應(yīng)模擬的電壓信號(hào)，可以通過(guò)一個(gè)高輸入的阻抗的線性運(yùn)算的放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖7 DA轉(zhuǎn)換電路 恒流源電路設(shè)計(jì)恒流源電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，恒流源電路原理圖如圖8所示，它采用電壓來(lái)控制電流的變化。為了能產(chǎn)生恒定的電流，我們采用電壓閉環(huán)反饋控制。恒流源電路圖如圖7所示，該電路主要由運(yùn)算放大器、大功率達(dá)林頓管、采樣電阻、負(fù)載等組成。采樣電阻RS由輸出端進(jìn)行采樣，再和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將誤差電壓放大反饋至調(diào)整管，使得輸出電壓在電網(wǎng)的電壓變動(dòng)情況下仍可以保持穩(wěn)定。該電路中調(diào)整管運(yùn)用大功率達(dá)林頓管，既可以滿足輸出電流最大達(dá)到要求，又能較好實(shí)現(xiàn)電壓能近似線性地進(jìn)行控制電流。RS采用熱穩(wěn)定性較好的康銅絲，并選擇較大阻值（2Ω） ，使在電流較低的情況下也可以獲得較大電壓值。運(yùn)算放大器運(yùn)用高精度地OP27BJ做為電壓跟隨器。 DAOUT為輸入電壓Ui,當(dāng)Ui為一定值時(shí)，運(yùn)算放大器Ui=US，I 0=IL=IS=Ui/RS,即I 0不隨R L變化而發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)壓控及恒流。由此得到恒流源輸出電流的大小為：I 0= Ui/RS小功率電流源設(shè)計(jì)10圖8 恒流源電路原理圖 鍵盤電路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中，使用標(biāo)準(zhǔn)的1x4鍵盤，可以實(shí)現(xiàn)0～9數(shù)字輸入， “+”、 “”步進(jìn)設(shè)置。其電路圖如圖所9示。仿真時(shí)，電路圖中的四個(gè)按鍵，它們分別具有不同的功能，從左到右功能分別為“10” 、 “1”、 “+1”、 “+10”。當(dāng)按下最右邊的按鍵時(shí)，顯示器的示數(shù)加十，當(dāng)按下從右邊數(shù)第二個(gè)按鍵時(shí)，顯示器示數(shù)加一，當(dāng)按下最左邊的按鍵時(shí)，顯示器的示數(shù)減十，當(dāng)按下從左邊數(shù)第二個(gè)按鍵時(shí)示數(shù)減一。其工作過(guò)程如下：鍵掃描：CPU 先通過(guò)輸出口使所有列線輸出為低電平，然后從輸入口讀入所有行線的狀態(tài)。若行線狀態(tài)都為高電平，則說(shuō)明沒有鍵按下，若行線中有低電平，則表明有鍵被按下。鍵掃描的方式：CPU 的控制一旦進(jìn)入監(jiān)控程序，將反復(fù)不斷的掃描鍵盤，等待輸入命令或數(shù)據(jù)。在初始化程序中對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器進(jìn)行編程，使之產(chǎn)生 10ms 的定時(shí)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，對(duì)鍵盤掃描一遍，檢查鍵盤的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤的定時(shí)掃描。當(dāng)鍵盤上有按鍵按下時(shí)，由硬件電路產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU 相應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，判斷按下的鍵的鍵號(hào)，根據(jù)鍵的定義作相應(yīng)處理。xxxxxxx2022 屆本科畢業(yè)論文11 圖9 鍵盤電路原理圖 顯示電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用的系統(tǒng)中，常常用 LED 數(shù)碼管用作顯示的輸出設(shè)備。LED 顯示器盡管信息相對(duì)比較簡(jiǎn)單，卻具有顯示較清晰、亮度較高、使用的電壓較低、壽命長(zhǎng)、與單片機(jī)接口方便等特點(diǎn)，基本可以滿足單片機(jī)系統(tǒng)的要求。LED 數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二極管按一定的結(jié)構(gòu)組合起來(lái)的顯示器件。單片機(jī)的應(yīng)用的系統(tǒng)至中經(jīng)常使用的是 8 段式 LED 數(shù)碼顯示管，它有共陰極和共陽(yáng)級(jí)兩種結(jié)構(gòu)。如圖 10 所示。其中，圖（a ）為共陰極結(jié)構(gòu)， 8根二極管的陰極端連接在一起，使用時(shí)端接地，陽(yáng)極端分開，需要點(diǎn)亮哪根二極管，則此二極管的陽(yáng)極端接高電平；圖（b）為共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，8根二極管的陽(yáng)極端連接在一起，使用時(shí)端接電源，陰極端分開。需要點(diǎn)亮哪根二極管，則此二極管的陰極端接地。本系統(tǒng)所采用的是 7SEGMPX4CA 四個(gè)共陽(yáng)二極管顯示器 1234 是陽(yáng)公共端。顯示器電路的接口如下圖11所示，在該設(shè)計(jì)中顯示器的顯示范圍為0～250，在主電路中，當(dāng)仿真剛開始進(jìn)行時(shí)，示數(shù)為零。當(dāng)按下最右邊的按鍵時(shí)，顯示器的示數(shù)為十，當(dāng)按下從右邊數(shù)第二個(gè)按鍵時(shí)，顯示器示數(shù)加一，當(dāng)按下最左邊的按鍵時(shí)，顯示器的示