【文章內(nèi)容簡介】 功 率 的 損 耗 和 電 阻 精 度 的 問 題 ， 所 以 利 用 可 編 程 的 數(shù) 字 電 位 器 并 不 是 一 個 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單片機系統(tǒng)D/A 轉(zhuǎn)換 V/I 轉(zhuǎn)換 負載穩(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采樣模塊AT89C51鍵盤 預測/實測顯示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在于穩(wěn)定恒流源的設計和高精度電流檢測電路的設計。特點是可精確的控制電流的步進量，負載變化對電流輸出的影響較小 。方案二由于改變的是電阻，所以就需要一個精準的外加電壓源，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題，所以利用可編程的數(shù)字電位器并不是一個理想的選擇。 綜上分析比較，我們最終采用了方案一來設計題目要求的小功率電流源。3 系統(tǒng)硬件部分設計 系統(tǒng)整體設計思路 在設計的過程中，我所采用的先整體后局部的研究方法。在拿到這個課題之后，首先查閱、收集相關資料，對該課題做一個深入的了解，研究課題所涉及到的內(nèi)容，能夠較好的掌握有關課題的知識。從而能夠輕松地確定系統(tǒng)的設計方案以及系統(tǒng)的各個模塊，理清各個模塊之間的關系，同時加強對單片機、C 語言知識的認識，充分掌握和理解設計各部分的工作原理、設計過程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項知識。小功率電流源設計6模擬電路方案設定器件參數(shù)進行電路仿真電路安裝調(diào)試設計實驗結(jié)束修改電路通過仿真修改電路通過測試否否否 否圖 3 系統(tǒng)設計思路結(jié)構(gòu)圖分析、整理所有資料，并開始進行硬件電路部分的設計。根據(jù)所設計的方案，設計出電路原理圖。該系統(tǒng)的仿真實現(xiàn)采用的是 protuse 仿真軟件，因此將設計出的電路原理圖在 protuse 仿真軟件畫出；并采用 Keil 軟件，進行程序的編寫，并能夠完成各個模塊的作用。根據(jù)所要實現(xiàn)的要求設計系統(tǒng)流程圖，并按照流程圖在 protuse 仿真軟件環(huán)境中進行系統(tǒng)的仿真與調(diào)試，在此過程中很有可能出現(xiàn)一定的問題，但必需要想方設法的去解決，最后完成該課題的設計要求。系統(tǒng)設計思路結(jié)構(gòu)圖如上圖 3 所示。 控制電路設計系統(tǒng)的核心為 AT89C51，AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C51 單片機的基本結(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/計數(shù)器并行接口 串行接口 中斷系統(tǒng)圖 4 AT89C51 單片機的基本結(jié)構(gòu)單片機在該系統(tǒng)中所起到的作用：通過鍵盤模塊輸入給定的電流值或是步進調(diào)整信號傳送給單片機，單片機在接受到信號后馬上進行處理運算，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)動恒流源電路實現(xiàn)電流的輸出，并將采樣電阻上的電壓經(jīng)過 V/I 轉(zhuǎn)換，通過處理，調(diào)整電流輸出，并在電流表中顯示當前的電流值。外形及引腳排列如圖 5 所示： 圖 5 AT89C51外 形 及 引 腳 排 列小功率電流源設計8各引腳的功能介紹：VCC：電源；GND：地；P0：P0 是一個8位漏極開路的雙向I/O口； ST：復位輸入； /VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。EA為了方便單片機引腳的使用，我們將單片機的引腳用接口引出，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)換電路設計為了達到系統(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 個引腳，本系統(tǒng)采用 DAC0832 的直通工作方式。AT89C51 單片機控制它只需要 9 個引腳，分別是 8 個數(shù)據(jù)口和一個片選端，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。這個芯片以它的價格的低廉、接口的簡單、轉(zhuǎn)換的控制容易等等優(yōu)點，在單片機的應用系統(tǒng)中得到了廣泛應用。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用的原理圖如圖所示，集成電路的內(nèi)部有兩級輸入的寄存器，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。因此這個芯片應用比較廣泛,關于 DAC0832 的應用一些重要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行輸出的。如果需要相應模擬的電壓信號，可以通過一個高輸入的阻抗的線性運算的放大器來實現(xiàn)。 圖7 DA轉(zhuǎn)換電路 恒流源電路設計恒流源電路的設計是本系統(tǒng)設計的核心，恒流源電路原理圖如圖8所示，它采用電壓來控制電流的變化。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，該電路主要由運算放大器、大功率達林頓管、采樣電阻、負載等組成。采樣電阻RS由輸出端進行采樣，再和基準電壓進行比較，將誤差電壓放大反饋至調(diào)整管，使得輸出電壓在電網(wǎng)的電壓變動情況下仍可以保持穩(wěn)定。該電路中調(diào)整管運用大功率達林頓管，既可以滿足輸出電流最大達到要求，又能較好實現(xiàn)電壓能近似線性地進行控制電流。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。運算放大器運用高精度地OP27BJ做為電壓跟隨器。 DAOUT為輸入電壓Ui,當Ui為一定值時，運算放大器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小功率電流源設計10圖8 恒流源電路原理圖 鍵盤電路設計在設計中，使用標準的1x4鍵盤，可以實現(xiàn)0～9數(shù)字輸入， “+”、 “”步進設置。其電路圖如圖所9示。仿真時，電路圖中的四個按鍵，它們分別具有不同的功能，從左到右功能分別為“10” 、 “1”、 “+1”、 “+10”。當按下最右邊的按鍵時，顯示器的示數(shù)加十，當按下從右邊數(shù)第二個按鍵時，顯示器示數(shù)加一，當按下最左邊的按鍵時，顯示器的示數(shù)減十，當按下從左邊數(shù)第二個按鍵時示數(shù)減一。其工作過程如下：鍵掃描：CPU 先通過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 的控制一旦進入監(jiān)控程序，將反復不斷的掃描鍵盤，等待輸入命令或數(shù)據(jù)。在初始化程序中對定時器/計數(shù)器進行編程，使之產(chǎn)生 10ms 的定時中斷，執(zhí)行中斷服務程序，對鍵盤掃描一遍，檢查鍵盤的狀態(tài)，實現(xiàn)對鍵盤的定時掃描。當鍵盤上有按鍵按下時，由硬件電路產(chǎn)生中斷請求，CPU 相應中斷，執(zhí)行中斷服務程序，判斷按下的鍵的鍵號，根據(jù)鍵的定義作相應處理。xxxxxxx2022 屆本科畢業(yè)論文11 圖9 鍵盤電路原理圖 顯示電路設計在單片機應用的系統(tǒng)中，常常用 LED 數(shù)碼管用作顯示的輸出設備。LED 顯示器盡管信息相對比較簡單，卻具有顯示較清晰、亮度較高、使用的電壓較低、壽命長、與單片機接口方便等特點，基本可以滿足單片機系統(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)組合起來的顯示器件。單片機的應用的系統(tǒng)至中經(jīng)常使用的是 8 段式 LED 數(shù)碼顯示管，它有共陰極和共陽級兩種結(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，使用時端接地，陽極端分開，需要點亮哪根二極管，則此二極管的陽極端接高電平；圖（b）為共陽極結(jié)構(gòu)，8根二極管的陽極端連接在一起，使用時端接電源，陰極端分開。需要點亮哪根二極管，則此二極管的陰極端接地。本系統(tǒng)所采用的是 7SEGMPX4CA 四個共陽二極管顯示器 1234 是陽公共端。顯示器電路的接口如下圖11所示，在該設計中顯示器的顯示范圍為0～250，在主電路中，當仿真剛開始進行時，示數(shù)為零。當按下最右邊的按鍵時，顯示器的示數(shù)為十，當按下從右邊數(shù)第二個按鍵時，顯示器示數(shù)加一，當按下最左邊的按鍵時，顯示器的示