【正文】 動A/D 轉換后, 檢測到DOUT 有效( μs 以上) , 才能發(fā)SCLK 移位脈沖讀數(shù)據(jù), SCLK 至少為13 個。這時可在SCLK 端輸入一串脈沖將結果從DOUT 端移出, 讀入單片機中處理。 置為高電平或懸空進入正常操作模式 [13]。 當片選信號CS 來一個上升沿時，將使D/ A 轉換器開始進行數(shù)模轉換,轉換結果以電壓的方式從Vout 端口輸出。因為數(shù)據(jù)中的每一位，都在各個時鐘上升沿之后輸入寄存器。從 圖42 可以看出，當片選信號CS 來一個下降沿時，將開始進行數(shù)據(jù)輸入。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結構，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調度關系。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義 [12]。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質性的功能如輸入、控制、采樣、報警、顯示等。第四章 軟件設計 概述整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從24C16輸出的數(shù)據(jù)按順序由N 到N+1 輸出讀操作時地址計數(shù)器在24C16整個地址內增加，這樣整個寄存器區(qū)域在可在一個讀操作內全部讀出。在24C16發(fā)送完一個8 位字節(jié)數(shù)據(jù)后，主器件產生一個應答信號來響應，告知24C16主器件要求更多的數(shù)據(jù)，對應每個主機產生的應答信號24C16將發(fā)送一個8 位數(shù)據(jù)字節(jié)。在AT24C16 應答之后，主器件重新發(fā)送起始信號和從器件地址，此時R/W 位置1 ，AT24C16 響應并發(fā)送應答信號，然后輸出所要求的一個8 位字節(jié)數(shù)據(jù)，主器件不發(fā)送應答信號但產生一個停止信號。主器件不需發(fā)送一個應答信號，但要產生一個停止信號。如果N=2047 則計數(shù)器將翻轉到0 且繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)。立即地址讀24C16的地址計數(shù)器內容為最后操作字節(jié)的地址加1。AT24C16 可以接收從器件地址和字節(jié)地址，但是裝置在接收到第一個數(shù)據(jù)字節(jié)后不發(fā)送應答信號從而避免寄存器區(qū)域被編程改寫。如果AT24C16 已經完成了內部自寫周期，將發(fā)送一個應答信號，主器件可以繼續(xù)進行下一次讀寫操作。一旦主器件發(fā)送停止位指示主器件操作結束時，AT24C16 啟動內部寫周期，應答查詢立即啟動，包括發(fā)送一個起始信號和進行寫操作的從器件地址。所有接收的數(shù)據(jù)在一個寫周期內寫入AT24C16。如果在發(fā)送停止信號之前主器件發(fā)送超過16個字節(jié)地址計數(shù)器將自動翻轉先前寫入的數(shù)據(jù)被覆蓋。主器件被允許發(fā)送15個額外的字節(jié)。頁寫用頁寫AT24C16 可以一次寫入16個字節(jié)的數(shù)據(jù)。寫操作字節(jié)寫在字節(jié)寫模式下，主器件發(fā)送起始命令和從器件地址信息（R/W 位置零）給從器件在從器件產生應答信號后，主器件發(fā)送AT24C16 的字節(jié)地址，主器件在收到從器件的另一個應答信號后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲單元。AT24C16 在接收到起始信號和從器件地址之后響應一個應答信號，如果器件已選擇了寫操作，則在每接收一個8位字節(jié)之后響應一個應答信號。應答信號I2C 總線數(shù)據(jù)傳送時，每成功地傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須產生一個應答信號。I2C總線時序圖如下:圖35 I 2C時序總圖起始信號時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為I 2C總線的起始信號。（2）在數(shù)據(jù)傳送過程中，當時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許有跳變。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。 AT24C16CAT24C16 是一個16K 位串行CMOS E 2PROM 內部含有2048 個8 位字節(jié)CATALYST 公司的先進CMOS 技術實質上減少了器件的功耗，AT24C16 有一個16 字節(jié)頁寫緩沖器該器件通過I 2C 總線接口進行操作有一個專門的寫保護功能 [11]。應用范圍：移動式數(shù)據(jù)處理（Portable Data Logging）遠程數(shù)字信號處理（Remote Digital Signal Processing）隔離數(shù)據(jù)獲取（Isolated Data Acquisition）高精度處理控制（HighAccuracy Process Control）特性：◆　12 位精度◆　177。在關斷模式下可以減少至10uW。MAX187 有內部基準，MAX189 則需要一個外部基準。通過一個外部時鐘從內部讀取數(shù)據(jù)，并可省卻外部硬件而與絕大多數(shù)的數(shù)字信號處理器或微控制器通訊。MAX187為逐次逼近式ADC，快速采樣/保持（），片內時鐘，高速3 線串行接口 [10]。主要技術性能：● 只要調整零點和滿度就可確定其線性度● 分辨率：12位二進制數(shù)● 電源電壓：+5V，177。內置單電源CMOS運算放大器，其最大工作電流僅為260μA，具有很好的電壓偏移，增益和線性度。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 [8]。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產品指令和引腳完全兼容。但本系統(tǒng)輸出是如上圖所示的P1，它并不是對地電壓，所以在軟件編程時須用所測得的電壓值減去我們輸入的電壓值（即為 R1 兩端的電壓），經理論和實驗證實，此方法可以運用在此系統(tǒng)中。即當輸出為 4V 時 A/D 采到的電壓值即為1V，只要在進行顯示時再給采樣得回數(shù)據(jù)乘以 4 就可以得回原來的數(shù)據(jù)。經過跟隨器后可用 A/D 對采樣信號進行數(shù)字化，但我們知道，系統(tǒng)的的輸出功率會隨著輸出電流和負載的變化而變化，輸出電壓有可能大于 10V，所用 A/D（MAX187）無法直接輸入這么高的電壓，因此必須采取一定的降壓措施。再由 I=U/R 可知，流經 R1 的電流即為一恒定的值，由于運算放大器具有高阻抗，所以電流只能由 Q1 來提供，因為 R1 兩端的電壓恒定，運放放大提供給 Q1 的基極，使其在一定的導通狀態(tài)下，當負載變化時，雖然反饋也是變化，導致 Q1 的導通狀態(tài)在改變，但 R1 兩端電壓不會改變，所以流過 R1 的電流是恒定的，所以系統(tǒng)將可以得到恒定的電流值，并且受到用戶輸入的電壓值所決定，形成數(shù)控恒流源 [7]。原理圖如下： C01u34VinotGNDR78Q2B+.FIcIREGIRIQIO7818 IO10 / 51圖 32 擴流電路原理圖 電路的優(yōu)點.（1） 電路簡單,(幾乎不用調試).（2） 價格便宜,適合于對成本要求苛刻的產品.（3） 電路中幾乎沒有產生高頻或者低頻輻射信號的元件,工作頻率低,EMI（電磁干擾）等方面易于控制. 電路工作原理Io = Io7818 + Ic.Io7818= IREG – IQ (IQ 為 7818 的靜態(tài)工作電流,通常為 48mA)IREG = IR + IB = IR + Ic/β (β 為 P817 的電流放大倍數(shù))IR = VBE/R1 (VBE 為 B817 的基極導通電壓)所以 Io7818= IREG–IQ = IR + IB–IQ = VBE /R1 + Ic/β I Q由于 IQ 很小,可略去,則: Io7818= VBE /R1 + Ic/β其中 R 越大,則輸出同樣的電流的情況下流過 7818 的電流要小些,反之亦然。再者，恒定的電壓值也給系統(tǒng)提供了穩(wěn)定，所以本系統(tǒng)采用了三端穩(wěn)壓管 7818 的 7918 即作為恒流源部分的電源供應，也可以作為運放所需的穩(wěn)定雙電源供電。可是滿足本系統(tǒng)的需要。第三章 硬件系統(tǒng)設計 系統(tǒng)硬件基本組成系統(tǒng)原理總框圖如下：D/AA/D電源系統(tǒng)恒流穩(wěn)壓 輸出單片機AT89S52系統(tǒng)限壓報警系統(tǒng)設定狀態(tài)輸出電流限壓值輸出電壓存儲系統(tǒng)鍵盤模塊工作狀態(tài)顯示電源輸入采樣電路圖 31 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)主要包括 核心控制部分單片機電路 [4]、D/A 轉換電路、電源電路、恒流穩(wěn)壓電路、 電壓采樣電路、A/D 轉換電路、存儲電路、鍵盤輸入電路9 / 51和報警電路及顯示電路。本方案采用單片機進行控制、顯示、預置數(shù)還有單鍵模式轉換，使得系統(tǒng)靈活方便，電流輸出精度和穩(wěn)定度較高。即使不用對輸出電流進行采樣形成閉環(huán)控制回路也可以達到預期的目的。實際輸出的電壓值利用精密電阻進行分壓采樣后，經過高輸入阻抗運算放大器構成的電壓跟隨器、A/D 轉換，將信號反饋到單片機將輸出反饋信號再與預置限壓值比較，構成了實時監(jiān)8 / 51控的限壓功能。 最終選用方案以上三個整體方案各自的特點，經過比較可以看出，方案三是最優(yōu)方案，但考慮到既要用 NIOSⅡ軟核又要用數(shù)字硬件控制模塊，設計工作量大、調試復雜，且 、 與 IDE 開發(fā)系統(tǒng)調試速度不是很快，所以最終選擇方案二。當改變負載大小時，基本上不影響電流的輸出，使得系統(tǒng)一直在設定值維持電流恒定。 方案三壓控恒流源，通過改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來控制輸出電流的大小。 方案二采用四端可調恒流源，這種器件靠改變外圍電阻元件參數(shù)，從而使電流達到可調的目的，這種器件能夠達到 1～2200 毫安的輸出電流。 圖 22 方案二鍵盤顯示單片機D/AA/ D放大壓控恒流源采樣電阻負載差動放大穩(wěn)壓源6 / 51 方案三 此方案如圖 23 所示，整體原理框圖與方案二大致相同，采用 Altera公司的 cyclone EP1C6T144C8 FPGA 芯片構成 sopc 片上系統(tǒng)，利用NIOSⅡ32 位嵌入式軟核處理器進行總體控制、算法運算、顯示和置數(shù)等功能，配合 VHDL 語言設計數(shù)字硬件控制模塊進行控制，具有運行速度快，工作穩(wěn)定可靠的特點 [3]。本方案采用單片機進行控制、顯示、預置數(shù)，使得系統(tǒng)靈活方便，電流輸出精度和穩(wěn)定度較高。 圖 21 方案一電壓源 調整管誤差放大步進加步進減計數(shù)器譯碼顯示EPROM D/A 轉換5 / 51 方案二此方案如圖 22 所示，主要是以單片機為核心構建控制器，通過鍵盤對電流值進行預置，單片機輸出相應的數(shù)字信號，經過 D/A 轉換、信號放大、電平轉換、壓控恒流源，輸出電流信號。此方案使用一套十進制計數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為 EPROM 的地址輸入，而由 EPROM 的輸出經 D/A 變換后控制誤差放大的基準電壓來實現(xiàn)輸出步進。具體方案的對比和選擇如下。系統(tǒng)按鍵說明0~9 數(shù)字輸入鍵C 數(shù)字清除鍵M 輸入電流值和輸入限壓值轉換鍵+ 電流值加 1 或 限壓值加 10 微調鍵 電流值減 1 或 限壓值減 10 微調鍵E 確定鍵表 11 系統(tǒng)按鍵說明系統(tǒng)顯示屏顯示區(qū)說明電流/限壓設定： 輸入數(shù)值顯示區(qū)電流值： 輸出電流值顯示區(qū) 單位符限壓值： 限壓值顯示區(qū) 單位符電壓值： 輸出電壓值顯示區(qū) 單位符表 12 系統(tǒng)顯示屏顯示區(qū)說明4 / 51第二章 設計方案本項目要求設計一種電流源，要想實現(xiàn)電流源必須先設計一個穩(wěn)定的電壓源，其次再設計一個恒流源，因此電壓源、恒流源是本項目的核心硬件基礎。每當輸完設定值后用戶要按下鍵盤上的“E”Enter 確定為用戶所需值。若用戶需要不同的電流值和限壓值，可以通過按鍵進行輸入或按鍵盤上的“+” 、 “”鍵對當前值進行電流加 減 1 微調和限壓值加 減 10 微調?！? 額定功率可達到 20W?！? 顯示實時輸出電壓值，并能對輸出電壓值設上限值，超出上限值則報警?！? 用戶可以通過鍵盤上的“+”和“”鍵進行電流值和限壓值進行微調。從而省去了每次都要手動輸入進行微調的工作。通過鍵盤用戶可以方便的輸入所需電流值和限壓值。采樣電路采樣回來的電壓值通過 A/D 轉換把模擬量轉化為數(shù)據(jù)量并顯示出輸出的電壓值，和所設定的限壓值進行比較，如果大于限壓值則啟動報警電路進行報警提示用戶進行電流設定或限壓值設定，若報警數(shù)秒后電壓值仍高于限壓值，系統(tǒng)則自動把輸出電流值降為 10mA 的微小電流，以免長時間工作在限壓狀態(tài)損壞用電器。開機首先讀出前一次設定的電流值和限壓值作為這一次的電流輸出值和限壓值。1mA，因而可實際應用于需要高穩(wěn)定度小功率直流恒流源的領域。本文正是應社會發(fā)展的需求，研制出一種基于單片機的高精度數(shù)控直流恒流源。另外, 隨著使用時間的增加, 波段開關及電位器難免接觸不良, 對輸出會有影響。普通直流恒流穩(wěn)壓電源品種很多, 但均存在以下問題: 輸出電壓是通過粗調(波段開關)及細調 (電位器)來調節(jié)。關鍵詞： 恒流源 AT89S52 單片機 MAX531 MAX187 II / 51AbstractThis paper introduces a smart NC openloop DC current source design principle and the implementation of the programme, using the D / A (MAX531) converters, op amp, and other devices to control FET onstate principle, the output reached constant current purposes. AT89