【正文】 我覺得在這次設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)到了很多，不僅僅是對(duì)匯編語言有了自己的想法，更重要的是培養(yǎng)了一種用于面對(duì)問題，解決問題的精神，在我們以后走向社會(huì)的道路上還不知道會(huì)遇到多少問題，如果有了這種精神的話，我相信無論多么困難的問題，都會(huì)迎刃而解的。談完基本的工具之后，我要談的就是這次的主題，數(shù)控直流電流源可以說是我們非常熟悉的東西，但是沒有學(xué)單片機(jī)這門功課時(shí)，誰也不會(huì)想它是怎么工作的，又是怎么做成的。這門語言和我們的實(shí)際聯(lián)系很機(jī)密，比如說里面很多傳送指令，都是根據(jù)實(shí)際存在的硬件而存在的，還有你面的與或指令、乘法、除法指令，其實(shí)都是和我們從小就學(xué)的數(shù)學(xué)息息相關(guān)的。（3）、受D/A轉(zhuǎn)換器精度，A/D轉(zhuǎn)換器精度，基準(zhǔn)源穩(wěn)定程度等硬件本身的限制，不可避免地帶來一定程度的誤差?？梢酝ㄟ^溫度補(bǔ)償措施來解決此誤差。第二個(gè)就是達(dá)林管的是否能夠按照理想的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的工作，解決方法可以產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的PWM信號(hào)控制。該數(shù)控直流電流源的誤差出現(xiàn)還有可能有幾個(gè)地方，第一個(gè)就是換擋電路的電壓基準(zhǔn)值是否十分標(biāo)準(zhǔn)，能夠按照所理想設(shè)定的電壓值輸出。誤差分析：紋波對(duì)電流輸出的影響，采用屏蔽的方法，遠(yuǎn)離容易產(chǎn)生脈沖工作方式的器件，減少供電電源的紋波等，對(duì)于選擇低噪聲的運(yùn)放是解決問題的一種方法。綜上所述，系統(tǒng)仿真實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)滿足題目的基本要求，能滿足輸出電流與給定值偏差的絕對(duì)值≤給定值的1％+10 mA。在改變負(fù)載時(shí)，誤差在10mA以下。步進(jìn)10mA時(shí)設(shè)定值與實(shí)測(cè)值在200~1000mA之間，誤差在5mA以下。因此，可以讓我在制作實(shí)物時(shí)，先進(jìn)行軟件的調(diào)試和模擬，使得制作實(shí)物時(shí)能夠更加有效的減少錯(cuò)誤。我們還可以單步模擬調(diào)試，點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)人單步調(diào)試狀態(tài)， 在單步模擬調(diào)試狀態(tài)下，點(diǎn)擊菜單欄的“Debug”，點(diǎn)擊Simulation Log會(huì)出現(xiàn)和模擬調(diào)試有關(guān)的信息。單片機(jī)電路的模擬調(diào)試選中單片機(jī)AT89S52，左鍵點(diǎn)擊AT89S52，在出現(xiàn)的對(duì)話框里點(diǎn)擊Program File按鈕，找到剛才編譯得到的HEX文件，然后點(diǎn)擊“OK”按鈕就可以模擬了。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。③提供軟件調(diào)試功能。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。對(duì)于一個(gè)仿真軟件或?qū)嶒?yàn)室， 測(cè)試的儀器儀表的數(shù)量、 類型和質(zhì)量， 是衡量實(shí)驗(yàn)室是否合格的一個(gè)關(guān)鍵因素。Proteus 軟件所提供了30多個(gè)元件庫(kù)，數(shù)千種元件。圖24 表5 負(fù)載RL=給定值(mA)200300400500800100015001980電流AD測(cè)值（mA）201301401501800100015001980誤差絕對(duì)值11110010負(fù)載電壓(V)負(fù)載阻值(Ω)運(yùn)用同樣的仿真步驟，、記錄的仿真數(shù)據(jù)分別如表表7所示。圖23 修改設(shè)定的輸出電流值界面圖 輸出電流仿真，根據(jù)顯示器顯示內(nèi)容可知，設(shè)定輸出電流值為200mA，實(shí)測(cè)電流值為201mA，都滿足設(shè)計(jì)要求。通過鍵盤DEL鍵可以修改上一步輸錯(cuò)的數(shù)字。若發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)字超出電流允許范圍，可以按SET鍵再次輸入數(shù)值。圖19 仿真顯示器顯示界面圖 仿真結(jié)果 輸出電流范圍仿真由于在程序設(shè)計(jì)上限制了電流輸出范圍是20～2000mA，限定了電壓值小于10V,當(dāng)給定值在量程內(nèi)時(shí)顯示“OK!”；當(dāng)給定值超過量程時(shí)將顯示“ERROR! RESET!”，如下圖20所示。操作顯示界面如圖19所示。在設(shè)定電流的過程中，需要有效按四次數(shù)字鍵，如果在設(shè)置的過程中想放棄修改，按下RESET/ON鍵，如果需要修改已經(jīng)按下的數(shù)值，可以按DEL鍵，光標(biāo)返回到上一個(gè)數(shù)，重新按某一個(gè)數(shù)字鍵即完成修改。要設(shè)置電流直接按數(shù)字鍵無效。電流設(shè)定初始值為200mA。具體操作說明：按了復(fù)位鍵之后，液晶顯示屏上也能顯示“S0200mA。本次設(shè)計(jì)比較成功，在按鍵操作中能夠按照預(yù)先給定的功能進(jìn)行操縱。 圖18 LCD顯示子程序流程圖 程序清單所設(shè)計(jì)的程序清單見附錄。 圖16 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換流程圖 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖由于使用的十進(jìn)制數(shù)，而在做除法的時(shí)候，要進(jìn)行數(shù)制的轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的流程圖如圖17所示。這次設(shè)計(jì)中，鍵盤掃描子程序的代號(hào)為KEY，其鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)的流程框圖如圖15所示。主控制流程圖如圖14所示。 程序流程圖 主控制流程圖在此次設(shè)計(jì)的過程中，我是采用模塊的設(shè)計(jì)方法，一個(gè)一個(gè)實(shí)現(xiàn)功能，可以說如果完成了一個(gè)任務(wù)的程序框圖，就是完成了整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)的百分之三十左右，在本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我都是采用這種思想進(jìn)行數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)的。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。表4 寄存器選擇控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01都busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0~DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(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。然后輸出相應(yīng)的電流值大小。在此模塊中，因?yàn)檫M(jìn)行換擋的轉(zhuǎn)換，在這里我所采用的是做除法，然后再存儲(chǔ)除法得到的商和余數(shù)，這里面我用到了兩個(gè)子程序，一個(gè)是將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，二個(gè)是采用移位相減的方法做除法。本設(shè)計(jì)中的鍵盤掃描子程序的名稱為KEY，則鍵盤掃描子程序KEY應(yīng)具有以下功能：判定有無按鍵動(dòng)作；去抖動(dòng)；確認(rèn)是否真正有閉合鍵；計(jì)算并保存閉合鍵鍵碼；判定閉合鍵是否釋放；恢復(fù)閉合鍵鍵碼。在按鍵的程序掃描中是采用查詢的方法對(duì)按鍵進(jìn)行操作的，當(dāng)查詢到按鍵有動(dòng)作時(shí)，則執(zhí)行相應(yīng)的操作。 按鍵操作模塊在本次設(shè)計(jì)中，我用到了三個(gè)獨(dú)立式鍵盤進(jìn)行按鍵的操作。本設(shè)計(jì)中采用的是軟件去抖動(dòng)的方法，抖動(dòng)的定時(shí)采用的軟件的延時(shí)進(jìn)行定時(shí)的。用到的液晶顯示器接到了單片機(jī)的P0口線上，液晶顯示器的使能端用到了P3口線。數(shù)控直流電流源的數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中去，用到了30H到50H之間的單元。其系統(tǒng)原理圖見附錄所示?；鶞?zhǔn)電壓的低端（通常為地）被加到REF 20Vcc電源（3）D/A、A/D連接電路D/A 、A/D連接電路如圖13所示。（4）I/OCLOCK的最后一個(gè)下降沿，將轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制位14REF+I正基準(zhǔn)電壓端。（2）在I/OCLOCK的第4個(gè)下降沿，被選通的
模擬輸入電壓開始向電容器充電，直到
I/OCLOCK的最后一個(gè)下降沿為止。除另有說明外，所有電壓測(cè)量都相對(duì)GND而言18I/O CLOCKI輸入/輸出時(shí)鐘端。為高時(shí)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，為低時(shí)處于激活狀態(tài)19EOCO轉(zhuǎn)換結(jié)束端。由低變高時(shí)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)禁止DATAINPUT和
I/O CLOCK17DATAINPUTI串行數(shù)據(jù)輸入端。驅(qū)動(dòng)源阻抗必須
小于或等于50Ω，而且用60pF電容來限制模擬輸入電壓的斜率15I片選端。表3 LTC2543引腳功能引腳號(hào)名稱I/O說明1～9,11,12AIN0～AIN10I模擬量輸入端。TLC2543引腳功能如表3所示，其特點(diǎn)如下：
①11個(gè)模擬輸入通道；②3路內(nèi)置自測(cè)試方式；③采樣率為66kbps；
④線性誤差177。s。它使用逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。 圖12 TLC1456內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖（2）A/D轉(zhuǎn)換器A/D模塊的是反饋的核心，我們采用Proteus元件庫(kù)中的TLC2543芯片實(shí)現(xiàn)。 （1），故應(yīng)采用12位D/A轉(zhuǎn)換器為D/A轉(zhuǎn)換芯片，供選擇的很多，在此選用proteus元件庫(kù)中的LTC1456芯片。（1）D/A轉(zhuǎn)換器 本設(shè)計(jì)中應(yīng)采用DAC模塊提供高精度的基準(zhǔn)電壓，即通過CPU發(fā)出的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為的模擬電壓，送給誤差放大器，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)要求。而采樣精密電阻R1為1Ω，通過采樣R1兩端電壓值換算成電流值即可得到輸出電流。 負(fù)載模塊根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)了如圖11所示的電路圖。正因?yàn)镮out=Uin/R2，電路輸入電壓UI控制電流Iout，即Iout不隨RL的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)壓控恒流。在此電路中，R2為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較?。┳柚禐?Ω。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時(shí)，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。采用場(chǎng)效應(yīng)管，更易于實(shí)現(xiàn)電壓線性控制電流，既能滿足輸出電流最大達(dá)到2A的要求，電路簡(jiǎn)潔也能較好地實(shí)現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。電路原理圖如圖10所示。Q1的加入是為了增加復(fù)合管的放大倍數(shù)。為了提高穩(wěn)定度，Rs采用大線徑康銅絲制作，康銅絲溫度系數(shù)很小，大線徑可以使其溫度影響減至最小。由于跟隨器是一種深度的電壓負(fù)擔(dān)虧電路，因此電流源具有較好的穩(wěn)定性。D/A輸出電壓作為恒流源的參考電壓，運(yùn)算放大器U1與晶體管Q1,Q2組成的達(dá)林頓電路構(gòu)成電壓跟隨器。圖8 鍵盤與單片機(jī)的接線圖 電流源模塊方案一：采用集成穩(wěn)壓器運(yùn)放構(gòu)成的線性恒流源。綜合考慮兩種方案及題目要求，采用方案二，使用標(biāo)準(zhǔn)的4x4鍵盤，可以實(shí)現(xiàn)0～9數(shù)字輸入、“+”、“”、“OK”、“SET”、“DEL”、“RESET/ON”這些功能按鍵。方案二：采用標(biāo)準(zhǔn)44鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進(jìn)。圖7 LM016L與單片機(jī)的接線圖 鍵盤模塊方案一：采用獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O接口線,每個(gè)I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。采用LM016L液晶顯示模塊同時(shí)顯示電流給定值和實(shí)測(cè)值以及負(fù)載內(nèi)阻。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。4RSRS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。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80個(gè)字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*，CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量?jī)H64字節(jié)，可以自定義8個(gè)5*7點(diǎn)陣字符或者4個(gè)5*10點(diǎn)陣字符，AC可以存儲(chǔ)DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR，則IR自動(dòng)把地址碼裝入AC，同時(shí)選擇DDRAM或CGRAM，LM016L液晶模塊的引腳功能如下表2所示。LCD具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示數(shù)字，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但根據(jù)題目要求，如果需要同時(shí)顯示給定值和測(cè)量值，以及其他輸出特性值，需顯示的內(nèi)容較多，要使用多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，使電路變得復(fù)雜，加大了編程工作量。圖6 穩(wěn)壓電源電路圖 顯示模塊方案一：使用LED數(shù)碼管顯示。利用該方法實(shí)現(xiàn)的電源電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠。采用三端集成穩(wěn)壓器7807817915分別得到+5V和177。為了改善紋波特性，在輸入端加接電容。在進(jìn)行研究后得出以下方案。表1 P3口線第二功能 口 線 第二功能信號(hào) 第二功能信號(hào)名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部中斷0申請(qǐng) INT1 外部中斷1申請(qǐng) T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入 外部RAM寫選通 外部RAM讀選通圖5 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 自制電源模塊本系統(tǒng)需要多個(gè)電源，單片機(jī)使用+穩(wěn)壓電源，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，運(yùn)放等需要穩(wěn)壓電源。AT89S52單片機(jī)還有一個(gè)地址鎖存控制信號(hào)ALE，外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào),訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào),復(fù)位信號(hào)RST，地線和+5V的電源。雖然P3口可以作為通用I/O口使用，但在實(shí)際應(yīng)用中它的第二功能信號(hào)更為重要。P2口既可以作為系統(tǒng)高位地址線使用，也可以為通用I/O口使用，所以P2口電路邏輯與P0口類似。P1口只能作為通用數(shù)據(jù)I/O口使用，所以在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有些不同。各位口線具有完全相同但又相互獨(dú)立的邏輯電路。此單片機(jī)共有4個(gè)8位的并行雙向I/O口，分別記作P0、PPP3，這4個(gè)口除可按字節(jié)尋址以外，還可按位尋址。圖4 單片機(jī)復(fù)位電路圖（3） AT89S52單片機(jī)AT89S52