【導(dǎo)讀】電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各個(gè)行業(yè)。展前景，同時(shí)也給電源技術(shù)提出了更高的要求?，F(xiàn)在市場(chǎng)上數(shù)控電流源的存在輸出精。態(tài)不穩(wěn)定等弊端，因此數(shù)控電源的主要發(fā)展方向是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷改善。致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。所以，高精度的數(shù)控直流。在本設(shè)計(jì)中將采用STM32單片機(jī)為系統(tǒng)的主控制器,能夠?qū)?。STM32片內(nèi)集成的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和PWM發(fā)生模塊降低了系統(tǒng)復(fù)。雜程度，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠，低價(jià)。

　　

【正文】 STM32的最小 系統(tǒng) STM32芯片的外圍電路的優(yōu)劣影響了整個(gè)系統(tǒng)的性能，此電路的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中按照官方典型推薦應(yīng)用設(shè)計(jì)進(jìn)行應(yīng)用， STM32最小系統(tǒng)電路見(jiàn)附錄 A。 鍵盤(pán)及液晶顯示 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶。它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊，它有若干個(gè) 57 或者 511 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間 隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，各 引腳功能如表 所列。 表 LCD1602 引腳功能 引腳 名稱 功能說(shuō)明 1 GND 電源地 2 VCC 5V 電源正極 3 V0 V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端 4 RS RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器 5 RW RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫(xiě)操作 6 EN 使能端 7~14 D0~D7 D0~D7 為 8 位雙向 數(shù)據(jù)端 15 BLA+ 背光正極 16 BLA 背光負(fù)極 LCD1062液晶顯示與 STM32的接口電路如圖 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 GND+5VVCOMRSRWED0D1D2D3D4D5D6D7BLA+BLAP7Header 16HGNDVCC10KR18GND12SE1062 背光VCCGNDRSRWEPD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7 圖 LCD1062液晶顯示 鍵盤(pán)部分采用 4 4 按鍵。具有功能選擇及輸入數(shù)字等功能。鍵盤(pán)部分電路圖如圖 所示。 K11KeyK12KeyK13KeyK14KeyK21KeyK22KeyK23KeyK24KeyK31KeyK32KeyK33KeyK34KeyK41KeyK42KeyK43KeyK44KeyPB0PB1PB2PB3PB4 PB5 PB6 PB7PD8PD9PD10PD11PD12PD13PD14PD15R1910KR2010KR2110KR2210K3V3 圖 數(shù)控模塊鍵盤(pán)部分電路 供電電源 供電電源的職能是滿足各個(gè) 模塊 的供電和穩(wěn)定，需要專門(mén)的供電電路，本設(shè)計(jì)的供電電路主要應(yīng)用到了 固定 集成三端穩(wěn)壓器的典型電路來(lái)為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓。 集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直 流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等顯箸優(yōu)點(diǎn)，在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 三端穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)如圖 所示。 V iV o調(diào) 整 管啟 動(dòng)電 路基 準(zhǔn)電 路比 較 放 大保 護(hù) 電 路取 樣電 路 圖 三端穩(wěn)壓器的內(nèi)部電路 這是一個(gè)輸出正 5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。 IC采用集成穩(wěn)壓器 7805。電路圖如圖 所示。 VoutVinGNDU 7805C2C1輸出電壓輸入直流電壓 圖 固定三端穩(wěn)壓電路 78xx系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出電壓有 5V、 6V、9V、 12V、 15V、 18V、 24V等規(guī)格，最大輸出電流為 。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。78xx系列集成穩(wěn)壓器為三端器件： 1腳為輸入端， 2腳為接地端， 3腳為輸出端，使用十分方便。 供電電源電路 電源部分使用單輸入三輸出變壓器 , 將市電 ( 220V/50Hz) 轉(zhuǎn)換為兩路 17V的交流電源。分別使用通用的三端穩(wěn)壓芯片 781 780 AN1117 將三路交流電源整流為系統(tǒng)所需的三種直流電源 : +15V、 15V、 +5V、 。其 中 +15V 電源為恒流源、運(yùn)算放大器提供正電源 。 15V電源 為運(yùn)算放大器提供負(fù)電源 。 +5V 電源為數(shù)控部分提供工作電源。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 在完成 15V的供電的時(shí)候用到了 ICL7660，它的作用是將電橋中產(chǎn)生的 +15V電壓轉(zhuǎn)換為 15V電壓，為設(shè)計(jì)中運(yùn)放提供負(fù)電壓。 三種電源都設(shè)計(jì)了必要的保護(hù)電路、指示燈及預(yù)負(fù)載電路 , 以保證其正常、穩(wěn)定地工作。 供電電路圖如圖 所示。 1 2P6變壓器VoutVinGNDU3 7815VoutVinGNDU4 7805D9100pFC24C26C281uFC251uFC275V+15VoutVinGNDU6 AN1117C331uFC311uFC32GND3V3CAP+2NC1OSC7Vout5GND3V+8LV6CAP4U7ICL7660104C3510uFC3610uFC34GND15 圖 基于 STM32的電流源系統(tǒng)的電源部分 本模塊中為單片機(jī)提供恒定的參考電壓的恒定電壓源已經(jīng)在前面介紹過(guò)，此處就不再多介紹了。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)數(shù)控電流源的電路結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法做了簡(jiǎn)明的介紹，列出了關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì)思想和方案，并完成關(guān)鍵電路方案的確定以及電路模塊中重要元件的選型和電路設(shè)計(jì)，并提出了自己的設(shè)計(jì)思想，經(jīng)過(guò)實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的電路達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 第 4 章 基于 STM32 的數(shù)控電流源的程序設(shè)計(jì) 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工 作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源。 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能 “ 懂 ” 的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能 “ 看懂 ” ，然后逐一執(zhí)行。高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的 速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流。 主程序設(shè)計(jì) 主程序流程圖如圖 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 按 步 進(jìn) + 1電 流 設(shè) 定 鍵按 步 進(jìn) 1輸 入 設(shè) 定 值執(zhí) 行初 始 化顯 示有 鍵 操 作 ？確 認(rèn) 操 作 ？NY電 流 取 樣程 序 參 數(shù) 調(diào) 整是 否 為 設(shè)定 值 ？NYNY開(kāi) 始 圖 數(shù)控電流源主程序框圖 主程序構(gòu)成無(wú)限循環(huán)，主要完成單片機(jī)初始化，關(guān)中斷，菜單顯示內(nèi)容初始化，按鍵掃描， 功能切換 ，計(jì)時(shí)等功能。 主程序中，首先由初始化默認(rèn)電流，然后顯示系統(tǒng)所處狀態(tài)；再判斷鍵盤(pán)是否被按下，掃描鍵盤(pán)的操作；根據(jù)鍵盤(pán)的輸入改變輸出電流值。在程序中，控制的是電壓值，需要通過(guò)公式轉(zhuǎn)換成電流值顯示到液晶顯示上。負(fù)載的實(shí)際電流值由單片機(jī)內(nèi)部 D/A采集、處 理、顯示。 負(fù)載電流 取樣子程序設(shè)計(jì) 圖 為取樣中斷子程序流程，該程序段主要實(shí)現(xiàn)采集取樣電阻的電流值，并將數(shù)值送到 LCD顯示模塊中顯示“實(shí)際負(fù)載電流值”。 電流取樣子程序流程圖如圖 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 電 流 取 樣 程 序 入 口A D 初 始 化讀 取 A D C 通 道 值數(shù) 據(jù) 是 否 讀 完 ？數(shù) 據(jù) 處 理返 回等 待是 否 為 設(shè) 定 值 ？ 修 改 程 序 參 數(shù)NYNY 圖 電流取樣子程序流程圖 鍵盤(pán)中斷程序 設(shè)計(jì) 按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或者重復(fù)執(zhí)行?，F(xiàn)在用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開(kāi)抖動(dòng)階段。在判斷是否有鍵閉合后都延時(shí) 5ms，按下鍵后再延時(shí)12ms 就可以避免鍵盤(pán)的抖動(dòng)。然后鍵碼分析，執(zhí)行相應(yīng)的模塊，顯示后返回。 鍵盤(pán)程序流程圖如圖 所示。 鍵 盤(pán) 程 序 入 口調(diào) 用 顯 示 子 程 序 延 時(shí)5 m s有 按 鍵 閉 合 ？2 次 調(diào) 用 顯 示 子 程 序 延時(shí) 1 0 m s有 按 鍵 閉 合 ？鍵 碼 分 析執(zhí) 行 相 應(yīng) 的 模 塊顯 示返 回NYYN 圖 鍵盤(pán)中斷程序流圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 LCD1602顯示程序設(shè)計(jì) 當(dāng) LCD1602 的寄存器選擇信號(hào) RS 為 1 時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器；當(dāng) LCD1602的讀寫(xiě)選擇線 RW 為 0 時(shí)，進(jìn)行寫(xiě)操作；當(dāng) LCD1602 的使能信號(hào) EN 置高電平后再過(guò)兩個(gè)時(shí)鐘周期至低電平，產(chǎn)生一個(gè)下降沿信號(hào)，往 LCD 寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)，LCD 執(zhí)行命令，判斷執(zhí)行是否完畢，如果沒(méi) 有執(zhí)行完畢，返回到選擇指令寄存器。如果執(zhí)行命令完畢，顯示數(shù)據(jù)，子程序返回。 寫(xiě)數(shù)據(jù)到 LCD 子程序流程圖如圖 所示。 子 程 序 入 口選 擇 指 令 寄 存 器寫(xiě) 操 作指 令 數(shù) 據(jù) 送 入 數(shù) 據(jù)口L C D 執(zhí) 行 命 令執(zhí) 行 完 畢 ？顯 示子 程 序 返 回YN刷 新 L C D 圖 寫(xiě)數(shù)據(jù)到 LCD子程序流程圖 本章小結(jié) 本章主要完成了設(shè)計(jì)的程序流程，完成主程序、電流取樣、鍵盤(pán)和顯示部分的程序流程圖的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中程序的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵之一，系統(tǒng)的控制和顯示部分都需要系統(tǒng)程序來(lái)完成。好的程序能讓系統(tǒng)功能更加完善，運(yùn)行速度更快，操作更加簡(jiǎn)便。完成程序流程后將要繼續(xù)完成系統(tǒng)程序的編寫(xiě)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 結(jié) 束 語(yǔ) 現(xiàn)在市場(chǎng)上數(shù)控電流源的存在輸出精度不高，功率密度比較低，帶負(fù)載能力不強(qiáng)，體積大，價(jià)格較高，操作繁瑣，工作狀態(tài)不穩(wěn)定等弊端，因此數(shù)控電源的主要發(fā)展方向是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷改善。 本設(shè)計(jì)是基于 STM32 的數(shù)控電流源的設(shè)計(jì)，即是針對(duì)以上的不足進(jìn)行部分的改進(jìn)，在設(shè)計(jì)中通過(guò)了解電流源的相關(guān)發(fā)展?fàn)顩r知道了數(shù)控電流源研究的目的和意義、數(shù)控電流源在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r等資料的收集；系統(tǒng)方案和主控芯片的確定、模塊電路的設(shè)計(jì)和模塊電路中關(guān)鍵元器件的選型、系統(tǒng)主程序和子程序的設(shè)計(jì)等。實(shí)現(xiàn)了輸出精度為 1％ 范圍 100mA2020mA 的直流電流，具有良好的人機(jī)界面，恒流源中可對(duì)輸出的電流進(jìn)行放大、反饋測(cè)量并與設(shè)定值進(jìn)行比較完成恒流控制， 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，恒流源部分要保證電流的恒流，在電路設(shè)計(jì)和元器件的選擇上都要要求嚴(yán)格，恒流源部分選用 LM350A 穩(wěn)壓器 通過(guò)在調(diào)節(jié)點(diǎn)和輸出之間接一個(gè)固定電阻， LM350 能被用作精密的穩(wěn)流器來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的恒流電路，通過(guò)小阻值的檢測(cè)電阻完成負(fù)載電流的反饋檢測(cè)經(jīng)過(guò)低噪聲運(yùn)放 AD797 的第一次反饋放大電路和精密運(yùn)放 OP07 與單片機(jī)設(shè)定值的比較調(diào)節(jié)的電路。這樣就能保證輸出負(fù)載實(shí)際電流與設(shè)定值相符。輸出電流的步進(jìn) 操作和設(shè)定操作都由鍵盤(pán)操作完成，二者采取分立的方式：通過(guò)兩個(gè)鍵的 +/操作完成步進(jìn) /步減的操作；通過(guò)鍵盤(pán)將數(shù)值輸入到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換和片內(nèi) A/D 進(jìn)行對(duì)恒流源的電流值設(shè)定操作。這樣就完成對(duì)電流的步進(jìn)和設(shè)定操作。 完成系統(tǒng)的全部設(shè)計(jì)，硬件電路和主程序的編寫(xiě)設(shè)計(jì)是兩大重點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中都已完成，并已經(jīng)完成檢測(cè)，效果良好，系統(tǒng)能夠完成既定目標(biāo)，可完成輸出寬范圍的可調(diào)的穩(wěn)定電流。 此次設(shè)計(jì)過(guò)程中， 我對(duì) STM32 單片機(jī)的功能有了更深入的了解和認(rèn)識(shí)到精密元器件的功能特性對(duì)電路設(shè)計(jì)的重要性。 在完成設(shè)計(jì)任務(wù)之外也讓我系統(tǒng)性地認(rèn) 識(shí)和全面地掌握了單片機(jī)相關(guān)技術(shù)，從本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我更加深刻地認(rèn)識(shí)到理念來(lái)源于實(shí)際的含義。在和同學(xué)以及老師的就相關(guān)問(wèn)題的互相討論交流中，我認(rèn)識(shí)到自己的很多不足，但在這些不足中我又學(xué)到了很多知識(shí)，使我的綜合應(yīng)用能力有了很大提高。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 參考文獻(xiàn) [1]羅耀華 .電子測(cè)量?jī)x器原理及應(yīng)用 ( II ) 智能儀器 [M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社， 2020. 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