【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 個(gè) 模 塊 工作，并 進(jìn) 行 簡(jiǎn)單 的 數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 字信 號(hào)處 理。在整 個(gè)數(shù) 控直流恒流源系 統(tǒng) 中，主控器是系 統(tǒng) 的控制中心，其工作效率的高低 關(guān) 系到系 統(tǒng) 效率的高低以及系 統(tǒng)運(yùn) 行的 穩(wěn) 定性。而 51 系列 單 片機(jī)具有成本低， 穩(wěn)定性好，且 運(yùn) 行速度基本能 滿 足 該 系 統(tǒng) 的要求。在本系 統(tǒng) 中， 將 采用 Atmel 公司的AT89S52。 此 單 片機(jī)的 運(yùn) 算能力 強(qiáng) ， 軟 件 編 程 靈 活，自由度大，能 夠?qū)崿F(xiàn)對(duì) 外 圍電 路的智能控制。 供電電 源 通常有 倆 中方案 方案一：采用 線 性恒流 電 路， 該 方案具有噪 聲干 擾小， 電 路 簡(jiǎn)單 ，工作 穩(wěn) 定的特 點(diǎn) ，但是由于功率器件工作于 線 性 狀態(tài) 功率 損 耗大 ，發(fā)熱較 大，在 滿 足 設(shè)計(jì) 要 求時(shí) 在極限下功率管的消耗功率接近 20W。 方案二：采用 開(kāi)關(guān) 恒流方式 進(jìn) 行 電 流控制，由于功率管只工作于 打開(kāi) 或者 關(guān)閉狀態(tài) ，功率管 損 耗 較 低。 發(fā)熱 量很小，但 是由于 開(kāi)關(guān) 管 對(duì)強(qiáng)電 流 進(jìn) 行 開(kāi)關(guān) 操作，干擾大大高于線 性恒流源。 在數(shù) 控直流恒源源中， 對(duì)供電電 源的要求很高，需要大功率的 電 源 來(lái)供電 。而 單純采用一般的 線 性 穩(wěn)壓 器件很 難 完成 該 部分的功能。 隨著開(kāi)關(guān)電 源技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展， 開(kāi)關(guān)電 源的工作效率越 來(lái) 越高，同 時(shí) 能提供高功率大 電 流的 輸 出。在本系 統(tǒng) 中，首先 設(shè)計(jì)一個(gè) 基于支持大 電壓輸 入 輸 出，大 電 流 輸 出的 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓 器的 主電 流，然后利用普通 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓 器 來(lái) 降 壓為單 片機(jī)系 統(tǒng) 提 供電 源。 在系 統(tǒng) 中， 主電 源采用凌特（ Linear）公司的 LT3724， 第二 級(jí)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓 器采用LM25765 來(lái)實(shí)現(xiàn)為單 片機(jī)系 統(tǒng) 的 供 電 。 恒流源 恒流源的 實(shí)現(xiàn) 方式有多種，有 運(yùn) 算放大器 組 成的恒流源，三極管 組 成的 鏡 像 電 流源、運(yùn) 算放大器加 達(dá) 林 頓 管 組 成的恒流源等。 （ 1） 運(yùn) 算放大器 組 成的恒流源 運(yùn) 算放大器 組 成的恒流源主要是利用了 運(yùn) 算放大器 兩個(gè) 基本特性： 虛 短和 虛斷 ，其典型原 理圖 如 圖 所示。 圖 運(yùn) 算放大器 組 成的恒流源典型原 理圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 （ 2） 三極管 組 成的 鏡 像 電 流源 由三極管 組 成的 鏡 像 電 流源的典 型電 路 圖 如 圖 。 圖 三極管 組 成的 鏡 像 電 流源典 型電 路 （ 3） 運(yùn) 算放大器加 達(dá) 林 頓 管 組 成的恒流源 運(yùn) 算放大器加 達(dá) 林 頓 管 組 成 的恒流源的典 型電 路如 圖 所示。 圖 運(yùn) 算放大器加 達(dá) 林 頓 管 組 成的恒流源的典 型電 路 在本 數(shù) 控直流恒流源中，采用了 運(yùn) 算放大器加 達(dá) 林 頓 管 組 成的恒流源 電 路，采用 運(yùn)算放大器 OP07，加 達(dá) 林 頓 管采用 TIP127， TIP122。同 時(shí) 利用 D/A 轉(zhuǎn)換 器 TLV5638 作為電壓輸 入控制。 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換 器的 選 取 數(shù)模轉(zhuǎn)換 和模 數(shù)轉(zhuǎn)換 一般有串口和并口。如并口芯片 ADC0809 和 DAC0832,但并口芯片所占的端口 資 源 較 多， 對(duì) 埠的利用率低，其優(yōu) 點(diǎn) 是 轉(zhuǎn)換 速度快。串口芯片由于接口簡(jiǎn)單 ，控制方便，系 統(tǒng)穩(wěn) 定性好， 得到 廣泛 的 應(yīng) 用。 D/A 轉(zhuǎn)換 芯片 DAC0832：典型的 D/A 轉(zhuǎn)換 芯片 DAC0832，是采用 CMOS 工藝制 造的 8 位 單 片 D/A 轉(zhuǎn)換 器。 8 位 D/A，分辨率 為 1/256，不能 夠滿 足本 設(shè)計(jì) 的要求。 A/D 轉(zhuǎn)換 芯片： ADC0809 是采 樣頻 率 為 8 位的、以逐次逼近原理 進(jìn) 行模 —數(shù)轉(zhuǎn)換 的器件。其 內(nèi) 部有一 個(gè) 8 通道多路 開(kāi)關(guān)， 它可以根據(jù)地址 碼鎖 存 譯碼后的 信 號(hào) ，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 只 選 通 8 個(gè)單斷 模 擬輸 入信 號(hào) 中的一 個(gè)進(jìn) 行 A/D 轉(zhuǎn)換 。 由于本 設(shè)計(jì) 只有 輸 出 電 流的采集， 8 路 輸 入通道，但不能 夠滿 足本系 統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 精度要求。 本文采用 TLV5638 和 AD977A 都是采用串 口的 ADC 和 DAC 芯片，在 設(shè)計(jì) 中利用上 兩 種芯片 不僅節(jié)約單 片機(jī)端口 資 源，而且分辨率 較 高，能 滿 足 設(shè)計(jì) 要求。所以本系 統(tǒng)采 用。 下面 詳細(xì) 的介 紹 下 TLV5638 和 AD977A 串口芯片。 D/A 轉(zhuǎn)換 芯片 TLV5638： TLV5638 是 TI 公司的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換 器，具 有兩個(gè)輸 出信道， 數(shù) 據(jù) 傳輸 接 口為 3 線 的串行接口， 該 接口能 夠 與常用的微控制器或者微 處 理器直接相 連 。每次 傳輸數(shù) 據(jù)由 16 位的 數(shù) 據(jù) 組成一幀 ，其中 4 位控制命令字， 12 位 輸 出 數(shù) 據(jù) 。TLV5638 輸 出 經(jīng)過(guò)兩個(gè)緩沖 器， DAC 的可 編 程建立 時(shí)間 使得 設(shè)計(jì) 人 員 能 夠 優(yōu)化速度與功耗分配 的關(guān) 系。同 時(shí)內(nèi) 置片上 電壓參考 源， 該參考 源最大能 達(dá) 到 1mA 的 電 流，因此也可以 將 其作 為 整 個(gè)系統(tǒng) 的 參考 源， 減 少了系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 的復(fù) 雜 性，完全能 夠滿 足本 設(shè)計(jì) 的要求。 12345678D I NS C L K/ C SO U T AA G N DR E FO U T BV D D 圖 tlv5638 引 腳 配 置圖 （ 1） DIN：串 行數(shù) 據(jù) 輸 入 （ 2） SCLK：串行接 口時(shí)鐘輸 入 （ 3） /CS：片 選 信 號(hào)輸 入，低 電平 效 （ 4） OUTA： A 信道模 擬電壓輸 出 （ 5） AGND：模 擬 地 （ 6） REF：模 擬電壓參考輸 入 /輸 出 （ 7） OUTB： B 信道模 擬電壓輸 出 （ 8） VDD： 供電電 源（ ～ ） A/D 轉(zhuǎn)換 芯片 AD977A： AD977A 是一款逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換 器， AD977A 具有以下主要特 點(diǎn) ： 單電 源 5V供電； 最高采 樣 速率 為 200Ks/s； 內(nèi) 部 參數(shù)電 源可 選 ；高速串 行數(shù) 據(jù)接口； 內(nèi) 部 時(shí)鐘 可 選 ；低功耗，最大功率 100MW，省 電 模式下 50Uw ；熟人 電壓 范 圍 ： 單 極性 0~4V， 0~5V 和 0~10V； 雙 極性 ~+， 5~+5V 和 10~+10V；采用 20 針 DIP 或者 SOIC 封 裝 。 AD977A 內(nèi) 部功 能 框圖 如 圖 下； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 C A PR 1 I NR 2 I NR 3 I NA G N D 2V D I GR E F4 K2 . 5 V參 考 電 壓V A N A4 R4 R2 RRR = 2 . 5 KD G N DP W R DR / CC S T A GS B / B T CE X T / I N TS Y N CB U S YD A T A C L KD A T A串 行數(shù) 據(jù)接 口A D 9 7 7 AA G N D 1時(shí) 鐘控 制 邏 輯 amp。 內(nèi) 部校 準(zhǔn) 電 路開(kāi) 關(guān)C A P A / D轉(zhuǎn) 換 AD977A 的控制引 腳 的功能描述如下： （ 1） R1IN、 R2IN、 R3IN 為 模 擬 信 號(hào)輸 入端； （ 2） AGND AGND2 為 模 擬 地； （ 3） DGND 為數(shù) 字地： （ 4） CAP 為緩沖輸 出 參考 端； （ 5） REF 為基 準(zhǔn) 電壓； （ 6） SB／ BTC 用于 選擇輸 出 數(shù) 據(jù)格式，高 電平為 二 進(jìn) 制 代碼 ，低 電平為 二 進(jìn) 制 補(bǔ)碼 ； （ 7） EXT／ INT 用于 選擇 DATACLK 時(shí)鐘 模式，高 電平選擇 外部 時(shí)鐘 ，低 電平選擇內(nèi) 部 時(shí)鐘 ； （ 8） SYNC 是外部 時(shí)鐘 模式下 幀 同步信 號(hào)輸 出： DATACLK 為串行數(shù) 據(jù) 時(shí)鐘 端； （ 9） DATA 用于 輸 出 轉(zhuǎn)換結(jié) 果； （ 10） TAG 為級(jí)聯(lián)輸 入端； （ 11） R/C 用于 讀 取／ 轉(zhuǎn)換 控制信 號(hào) ，低 電平時(shí)啟動(dòng) A／ D 轉(zhuǎn)換 ，高 電平時(shí)讀 取A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié) 果； （ 12） CS 是片 選 信 號(hào) ； （ 13） BUSY 是工作 狀態(tài)輸 出， 當(dāng) AD977A 進(jìn) 行模 數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)為 低 電平 ， 轉(zhuǎn)換結(jié) 束后恢復(fù)高 電平； （ 14） PWRD 為 低 電平輸 入端； （ 15） VANA 為 模 擬電壓輸 出端； （ 16） VDIC 為數(shù) 字 電壓輸 出端； 輸 出 電 流 檢測(cè) 產(chǎn) 生 電 流可以采用在 電阻兩 端加 電壓 的方法 ，測(cè) 量 電 流一般采用的方法 是 測(cè) 量 電 流畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 流 經(jīng)電阻兩 端的 電壓進(jìn) 行 間 接 計(jì) 算得到的。因此在 產(chǎn) 生 電 流或者 測(cè) 量 電 流值 時(shí) ，取 樣電阻 的 選擇 非常重要。 方案一：采用普通 電阻 。 在 電 流比 較 小的情 況 下，普通的 1/4W 或者 1/8W 的 電阻 可以被用作 電 流 測(cè) 量，但是 本題 需要 測(cè) 量的是 電 流源的 輸 出 電 流，最大需要 達(dá) 到 2A。因此即使是比 較 小的 電阻 ，如 1Ω 電阻 ，通 過(guò) 2A 電 流 時(shí) 功率也已 經(jīng)達(dá) 到 4W，大大超 過(guò)普 通 電阻 的 額 定功率， 電阻將 被 燒斷 。因此在本系 統(tǒng) 中 ，測(cè) 量 電 流的取 樣電阻 不能使用普通 電阻 。 方案二：采用大功率 電阻 。 為 了 滿 足流 過(guò) 大 電 流的要求，可以采用大功率 電阻 ，如 1Ω/10W 的 電阻 ，通 過(guò) 2A電 流 時(shí) 一定不 會(huì)被燒斷 。但是此 時(shí) 流 過(guò) 的大 電 流 將會(huì) 使 電阻 大量 發(fā)熱 ， 導(dǎo) 致 電阻溫 度急劇 上升。一般的大功率 電阻 在 溫 度很高 時(shí) ， 將產(chǎn) 生比 較嚴(yán) 重的阻值 溫 度漂移。在 產(chǎn) 生 電流的情 況 下，由于 電壓 值與 實(shí)際 的 電 流值并非一一 對(duì)應(yīng) ， 將產(chǎn)生錯(cuò)誤的電 流；在 測(cè) 量 電流的情 況 下 ，測(cè) 量 電 流也 會(huì)隨著 阻值的 溫 度漂移而 產(chǎn) 生 嚴(yán) 重的 變 化， 將產(chǎn) 生很大 的測(cè) 量誤 差。因此用于 這 些情 況 下的取 樣電阻 也不能使用 溫 度漂移 嚴(yán) 重的普通大功率 電阻 。 方案三：采用康 錳銅電阻絲。 康 錳銅電阻絲 是 電 流 測(cè) 量中很常用取 樣電阻 ，其特 點(diǎn) 在于 溫 度漂移量非常 小。 經(jīng)過(guò)測(cè)試 ，在 1Ω 的康 錳銅電阻絲上通過(guò)約 2A 電 流，由于 產(chǎn) 生的 熱 量引起的升 溫 ，只 會(huì) 引起 左右的阻值 變 化， 對(duì)電 流的 穩(wěn) 定起了很重要的作用。另一方面， 1Ω 的康 錳銅電阻絲約長(zhǎng) 1m，由于和外界接觸面 積 大，即使通 過(guò) 大 電 流也能很快的散 熱 ， 進(jìn) 一步的減 小 溫 度漂移 帶來(lái) 的影 響 。 在本 數(shù) 控直流恒流源系 統(tǒng) 中， 鑒 于上面分析，本 設(shè)計(jì) 采用方案三。 采用 ADI 公司生產(chǎn) 的 AD977A 對(duì) 恒流源的采 樣電阻兩 端的 電壓進(jìn) 行采 樣來(lái)實(shí)現(xiàn) ，采 樣電阻 采用阻值收 溫度影 響 很小的康 銅絲電阻 。 鍵盤(pán) 比 較 常用的 鍵盤(pán)有兩 種，一種是矩 陣 式 鍵盤(pán)， 另一 種是采 用專用 的按 鍵掃 面控制芯片 實(shí)現(xiàn) 的 鍵盤(pán) 。下面 將 分 別 介 紹矩陣 式 鍵盤(pán) 和 專用 按 鍵掃 描控制芯片 鍵盤(pán) 。 （ 1）矩 陣 式 鍵盤(pán) 矩 陣 式 鍵盤(pán)， 其 將鍵盤(pán) 排列成矩 陣 形式，需要通 過(guò)軟 件 對(duì) 按 鍵進(jìn) 行判 斷 和定 義 ，且接口 電 路由 單 片機(jī)系 統(tǒng) 直接 訪問(wèn) 和控制， 鍵盤(pán)的掃 描、去抖 動(dòng) 、判 斷 和 編碼 等操作都需要 單 片機(jī)完成， 這樣會(huì) 使得 單 片機(jī)的工作量非常大，使 單 片機(jī)的效率降低。 （ 2） 專用 按 鍵掃 描控制芯片 鍵盤(pán) 專用 的按 鍵掃 描控制芯片能 夠獨(dú) 立的完成 對(duì)鍵盤(pán) 中按 鍵 的 掃 描與管理，并且通 過(guò)簡(jiǎn)單 接口與微控制器 進(jìn) 行 連 接。使用按 鍵掃 描控制芯片 來(lái) 完成微控制器的 鍵盤(pán) 管理，可以大 大的提高微控制器的工作效率。 在本 數(shù) 控直流恒流源中，采用周立功公司生 產(chǎn) 的 ZLG7289 鍵盤(pán)掃 描控制集成芯片。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 顯 示 一般情 況 下， 顯 示 單 元可以采用一般的 數(shù)碼 管 顯 示，因 為數(shù)碼 管具有接 線簡(jiǎn)單 ，成本低廉，配置 簡(jiǎn)單靈 活， 編 程容易， 對(duì) 外界 環(huán) 境要求 較 低，易于 維護(hù) 等特 點(diǎn) 。但是，考慮 到普通 數(shù)碼 管能 夠顯 示的信息量有限，并且一般情 況 下要 顯 示 較 多的信息所占用的系統(tǒng) I/O 資 源 較 多。 在本系 統(tǒng) 中，考 慮 到 顯 示的 內(nèi) 容以及系 統(tǒng) 的 實(shí) 用性，采用液晶 顯 示（ LCD）。液晶顯 示具有功耗低、體 積 小 、質(zhì) 量 輕、無(wú)輻 射危害、平面直角 顯