【正文】 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 22 謝辭 走的最快的總是時間，來不及感嘆，大學(xué)生活已近尾聲，四年多的努力與付 出，隨著本次論文的完成，將要劃 上 完美的句號。這門語言和我們的實際聯(lián)系很機密，比如說里面很多傳送指令，都是根據(jù)實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。 可以通過溫度補償措施來解決此誤差。第二個就是達林管的是否能夠按照理想的工作狀態(tài)進行相應(yīng)的工作，解決方法可以產(chǎn)生 一個相應(yīng)的 PWM信號控制。 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 誤差可能出現(xiàn)的 2種情況 ，第一個就是換擋電路的電壓基準值是否十分標準，能夠按照所理想設(shè)定的電壓值輸出。 誤差分析： 紋波對電流輸出的影響，采用屏蔽的方法，遠離容易產(chǎn)生脈沖工作方式的器件，減少供電電源的紋波等，對于選擇低噪聲的運放是解決問題的一種方法。 綜上所述，系統(tǒng)仿真實測數(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值≤給定值的 1％ +10 mA。 在改變負載時，誤差在 10mA以下。 步進 10mA時設(shè)定值與實測值在 200~1000mA之間，誤差在 5mA以下。 圖 21 負載電阻為 ? 仿真狀態(tài) 圖 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 表 3 負載 RL= 的數(shù)據(jù)表格 給定值 (mA) 200 300 400 500 800 1000 1500 1980 電流 AD測值（ mA） 201 301 401 501 800 1000 1500 1980 誤差絕對值 1 1 1 1 0 0 1 0 負載電壓 (V) 負載阻值 (Ω ) 運用同樣的仿真步驟，依次仿真負載電阻 為 ? 、 ? 時這兩種狀態(tài)，記錄的仿真數(shù)據(jù)分別如表 表 5所示 。 圖 20 修改設(shè)定的輸出電流值界面圖 輸出電流仿真 下圖 21所示是仿真最低電流 200mA負載電阻為 ? 時候 的狀態(tài)， 依 據(jù) LED顯示內(nèi)容可知，設(shè)定輸出電流值為 200mA，實測電流值為 201mA，輸出電壓為 ，負載電阻為 ? ，都滿足設(shè)計要求。通過鍵盤DEL鍵可以修改上一步輸錯的數(shù)字。如果 發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)字 不在 電流允許范圍，可以按 SET鍵再次輸入數(shù)值。 圖 16 仿真顯示器顯示界面圖 仿真結(jié)果 輸出電流范圍仿真 在程序設(shè)計上限制了電流輸出范圍是 20～ 2020mA，限定了電壓值小于 10V,當給定值在量程內(nèi)時顯示“ OK!”；當給定值超過量程時將顯示“ ERROR! RESET”，如下圖 17所示。操作顯示界面如圖 16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，按 DEL鍵 可以修改已經(jīng)按下的數(shù)值 ，光標返回到上一個數(shù)，重新按某一個數(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。按了復(fù)位鍵之后，液晶顯示屏上也能顯示“ S0200mA。本次設(shè)計比較成功，在按鍵操作中能夠按照預(yù)先給定的功能進行操縱。 圖 12 主控制流程圖 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 圖 13 按鍵掃描子程序流程圖 開 始啟 動 D A 轉(zhuǎn) 換傳 送 數(shù) 據(jù)關(guān) 閉 D A 轉(zhuǎn) 換結(jié) 束 開始啟動AD轉(zhuǎn)換讀取外部數(shù)據(jù)關(guān)閉AD轉(zhuǎn)換結(jié)束 圖 14 D/A轉(zhuǎn)換、 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 開 始保 存 商 1 及 余 數(shù) 1乘 1 0 之 后 除 以 1 6前 一 個 十 進 制 乘 1 0商 1 乘 1 0 存 商 1余 數(shù) 1 乘 1 0 除 1 6保 存 商 2 加 商 1后 十 進 制 數(shù) 除 1 6保 存 商 3 及 余 數(shù) 3商 3 加 商 1 存 商 1余 數(shù) 3 加 余 數(shù) 2 除 1 6保 存 商 4 及 余 數(shù) 4商 4 加 商 1 存 商 1商 1 除 1 6保 存 商 5 及 余 數(shù)結(jié) 束 圖 15 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 程序清單 所設(shè)計的程序清單見附錄。 （ 3） D/A轉(zhuǎn)換、 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 本設(shè)計主要是用到 LTC1456進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，用到 TLC2543進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的流程圖如圖14所示。 （ 2） 按鍵操作流程圖 對于鍵盤的設(shè)計，我專門設(shè)計了一個鍵盤掃描子程序，它的功能是，首先對鍵盤進行處理，給每一個鍵都設(shè)置了一個鍵碼，那么只要判斷鍵盤的鍵碼就可以知道是否有鍵按下，如若有鍵按下也可以判斷是哪一個鍵按下了。因此，在設(shè)計的過程，讓我能夠很輕易的就抓住了主要的設(shè)計核心。 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器 已經(jīng)存儲了 160個不同的點陣字符圖形， 每一個字符都有一個固定的代碼 ，顯示時模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 表 2 寄存器選擇控制表 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器（清除屏等） 0 1 都 busy flag，以及讀取位址計數(shù)器（ DB0~DB6）值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 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，因為進行換擋的轉(zhuǎn)換，在這里我所采用的是做除法，然后再存儲除法得到的商和余數(shù)，這里面我用到了兩個 子程序，一個是將十進制轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，二個是采用移位相減的方法做除法。鍵盤掃描子程序 KEY應(yīng)具有以下功能：判定有無按鍵動作；去抖動；確認是否真正有閉合鍵；計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。 采用查詢的方法對按鍵進行操作，當查詢到按鍵 有動作時，則執(zhí)行相應(yīng)的操作。 （ 2） 按鍵操作模塊 我用到了三個獨立式鍵盤進行按鍵的操作。本設(shè)計中采用的是軟件去抖動的方法，抖動的定時采用的軟件的延時進行定時的。用到的液晶顯示器接到了單片機的 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)要存儲到數(shù)據(jù)存儲器中去，用到了 30H到 50H之間的單元。其系統(tǒng)原理圖見附錄所示。 圖 10 負載電流、電壓測量電路圖 。它具有三個控制器輸入端，采用簡單的 3 線 SPI 串行接口可方便與微機進行連接，是 12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。最大非線性誤差小于 1LSB，轉(zhuǎn)換時間 9181。 TLC2543是一種低功耗、低電壓的 12 位串行開關(guān)電容型 AD轉(zhuǎn)換器。 （ 1） 1024210? ， 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 LTC1456芯片。 （ 1） D/A轉(zhuǎn)換器 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 18001 )2020020( ??mA mA采用 DAC模塊提供高精度的基準電壓，即通過 CPU發(fā)出的二進制轉(zhuǎn)換為 0~10V 的模擬電壓，送給誤差放大器，實現(xiàn)步進要求。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 。 電路原理圖如圖 9所示 圖 9 壓控恒流源模塊電路圖 負載模塊 根據(jù)題目要求，設(shè)計了如圖 10所示的電路圖。運放 OP07作為電壓跟隨器， Uin=Up=Un，場效應(yīng)管 Id=Is 所以 Iout=Is= Un/R2= Uin/R2。即當 Ud為常數(shù)時，滿足： Id=f（ Ugs），只要 Ugs不變， Id 就不變。 該電路中，為了滿足題目的設(shè)計要求，調(diào)整管用大功率場效應(yīng)管 IRF640。 該恒流源電路由運算放大器、大功率場效應(yīng)管 Q采樣電阻 R負載電阻 RL等組成硬件設(shè)計。其電路圖如圖 8所示。 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 圖 7 LM016L與單片機的接線圖 鍵盤模塊 采用標準 4 4 鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當按鍵較多時可降低占用單片機的 I/O口數(shù)目，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進。采用 LM016L液晶顯示模塊同時顯示電流給定值和實測值以及負載內(nèi)阻。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 4 RS RS為寄存器選擇，高電平 1時選擇數(shù) 據(jù)寄存器、低電平 0時選擇指令寄存器。 LM016L液晶模塊的引腳功能如下表 1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，功耗小，且設(shè)計簡單等特點。但根據(jù)題目要求，如果需要同時顯示給 定值和測量值，以及其他輸出特性值，需顯示的內(nèi)容較多，要使用多個數(shù)碼管動態(tài)顯示，使電路變得復(fù)雜，加大了編程工作量。 顯示模塊 方案一：使用 LED數(shù)碼管顯示。利用該方法實現(xiàn)的電源電路簡單，工作穩(wěn)定可靠。 采用三端集成穩(wěn)壓器 780 781 7915分別得到 +5V和177。為了改善紋波特性，在輸入端加接電 容。在進行研究后得出以下方案。單片機最小系統(tǒng)圖如圖 5所示 . 圖 3 單片機的時鐘電路圖 圖 4 單片機復(fù)位電路圖 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 圖 5 單片機最小系統(tǒng)圖 自制電源模塊 這次設(shè)計的 系統(tǒng)需要多個電源，單片機 使用 +5V 穩(wěn)壓電源， A/D轉(zhuǎn)換器， D/A轉(zhuǎn)換器，運放等需要 V15? 穩(wěn)壓電源。雖然 P3口可以作為通用 I/O口使用，但在實際應(yīng)用中它的第二功能信號更為重 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立的邏輯電路。 宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 AT89C52共有 4個 8位的并行雙向 I/O 口，分別記作 P0、 P P P3，這 4個口除可按字節(jié)尋 址以外，還可按位尋址。 （ 3） AT89C52單片機 AT89C52是一種帶 8K字節(jié)閃爍可擦除可編程只讀存儲器的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，簡稱單片機。 AT89S52單片機通常采用上電自動復(fù)位、按鍵復(fù)位、以及上電加按鍵復(fù)位等，我們采用的是上電加按鍵復(fù)位方式，這樣做的優(yōu)點是上電后可以直接進入復(fù)位狀態(tài)，當程序出現(xiàn)錯誤時，可以隨時使電路復(fù)位。復(fù)位電路的好壞直接影響單片機系統(tǒng)工作的可靠性，因此，要重視復(fù)位電路的設(shè)計和研究。 復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號，通過 RST 引腳送入單片機，進行復(fù)位。單片機的時鐘電路如圖 3所示。電路中石英晶體振蕩器的頻率為 12MHz， 兩個電容 C C2的作用有兩個 :一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。 一般選用石英晶體振蕩器。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。利用高精度 D/A 轉(zhuǎn)換器在單片機程序控制下提供可變的高精度的基準電壓，該基準電壓經(jīng)過 V/I轉(zhuǎn)換電路得到電流，再通過 A/D 轉(zhuǎn)換器將輸出電流反饋至單片機進行比較，調(diào)整 D/A 的輸入電壓，從而達到數(shù)控的目的。 方案二的數(shù)控直流電源設(shè)計采用單片機作為核心控制，基本原理簡單，實現(xiàn)比較方便，電源的電流值也可以調(diào)整到較精確 的數(shù)值，同樣的也是采用 LCD 進行顯示。從題目的要求來分析，該題目最大的難點在于大電流輸出和高精度控制，所以在具體的方案確定中，大電流、功耗，以及精度、誤差等都是我們所必須要考慮和克服的。 鍵 盤 可 逆 計 數(shù) 器 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換電 壓 電 流 的轉(zhuǎn) 換譯 碼 輸 出 數(shù) 碼 管 顯 示電 路 輸 出 圖 1 方案一的方框圖 方案二：方框圖如圖 2所示，采用改進型的單輸出端單向電流源電路來產(chǎn)生恒定電流。此方法是利用精密電阻取樣得到反饋電壓，將反饋電壓和高精度的參考電壓比較得到誤差電壓，該誤差電壓經(jīng)放大后輸出控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使預(yù)設(shè)電流值和實測電流值的步步逼近，直到相等，從而達到數(shù)控的目的。其原理示意圖如下所示 。 2 設(shè)計任務(wù)及要求 任務(wù) 設(shè)計并制作數(shù)控直流電流源。 該研究解決的主要內(nèi)容 本 次對數(shù)控直流電流源的設(shè)計主要是針對以下方面：如何實現(xiàn)對電源的輸出控制，該系統(tǒng)主要是應(yīng)用單片機，用微處理器來替代傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中手動旋轉(zhuǎn)電位器，實現(xiàn)輸出電壓 的連續(xù)可調(diào)，精度要求高。 數(shù)控 直流電流源的研究意義 數(shù)控直流電流源是我們生活中比較常見的設(shè)備，這次設(shè)計 就是基于單片機為主體所設(shè)計的微機數(shù)字觸發(fā)式直流電 流 源，相比其他以往的電源設(shè)計 ， 此次的課題更新穎，更符合技術(shù)發(fā)展的潮流。隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，恒流源是電路中廣泛使用的一種電路，恒流源的實質(zhì)是利用器件對電流進行反饋，動態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備的供電狀態(tài)