【正文】 、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。在Proteus軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問題。元件涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等。表6 負載RL=給定值(mA)200300400500800100015001980電流AD測值（mA）201300401501800100015001980誤差絕對值10110000負載電壓(V)負載阻值(Ω)表7 負載RL=給定值(mA)200300400500800100015001980電流AD測值（mA）201301400501800100015001980誤差絕對值11010010負載電壓(V)負載阻值(Ω) 仿真軟件的介紹在仿真時用到了兩個軟件，第一個是Keil，第二個是Protues，本次仿真是將兩個軟件結(jié)合起來進行的。然后，通過改變設(shè)定輸出電流值進行仿真，記錄的仿真數(shù)據(jù)如表5所示。如圖23所示。圖21 輸出電流值確認SET顯示界面圖圖22 輸出電流值SET顯示界面圖 步進調(diào)整仿真在量程范圍內(nèi)，通過“＋”、“－”按鈕可實現(xiàn)1mA步進，通過顯示器可觀察到效果。圖20 仿真報錯顯示界面圖若需要設(shè)定輸出電流值，當按下SET鍵時，出現(xiàn)如圖21所示界面，顯示器顯示“Are you sure to set?”，此時按下OK鍵，出現(xiàn)如圖22所示界面，這是可自由輸入一個4位數(shù)，若滿足200~2000mA，則顯示各種數(shù)據(jù)，若不滿足200~2000mA，則顯示器出現(xiàn)“ERROR!RESET!”報警畫面。如果設(shè)定的電流值不在200mA～2000mA內(nèi)屏幕顯示 “ERROR! RESET”。設(shè)置完成后屏幕顯示相應值。此時需按SET鍵進入電流設(shè)置，之后屏幕顯示 “Are you sure to set?”,按下OK鍵即可設(shè)定，如果不需要設(shè)定，按RESET/ON返回。可以按+，鍵實現(xiàn)步進，數(shù)據(jù)實時顯示。按下RESET/ON鍵顯示四項值，包括電源設(shè)定值、電流AD測量值、負載電壓值、負載阻值。打開Proteus軟件，打開設(shè)計的電路文件，然后輸入通過KEIL軟件編好的程序，點擊開始按鈕即可以進行測試。5 仿真測試及結(jié)果 設(shè)計結(jié)論及使用方法本次通過對數(shù)控直流電流源的設(shè)計，了解了利用單片機處理之后，進行數(shù)控直流電流源的顯示。圖17 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖 LCD顯示流程圖由于本設(shè)計的顯示比較簡單，因此我所用到的是LCD顯示，其LCD顯示的流程圖如圖18所示。圖15 按鍵掃描子程序流程圖 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16所示。圖14 主控制流程圖 按鍵操作流程圖在本次程序設(shè)計中對于鍵盤的設(shè)計，我專門設(shè)計了一個鍵盤掃描子程序，它所完成的功能是，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。因為1602識別的是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如“A”。busy flag（DB7）：在此位為被清除為0時，LCD將無法再處理其他的指令要求。 LCD顯示模塊寄存器選擇控制表如表4所示。 A/D轉(zhuǎn)換模塊當所設(shè)定的二進制代碼經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出之后，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊進行采樣之后，由單片機進行處理。 D/A轉(zhuǎn)換模塊本設(shè)計主要是利用單片機做處理器，然后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進行轉(zhuǎn)換，將單片輸出的二進制代碼轉(zhuǎn)換成相應的模擬電壓輸出，這樣使得所設(shè)計的電流源更加精確。獨立式鍵盤的程序設(shè)計一般把鍵盤掃描程序設(shè)計成子程序，以便其它各程序調(diào)用。因為本數(shù)控直流電流源的操作比較簡單，而只用到了三個鍵，因此在鍵盤的操作時采用的是層層遞進的方法，一步一步往下操作的，設(shè)置了鍵的名稱為ON/OFF鍵、ADD鍵、DEC鍵，在軟件設(shè)計中是在ON/OFF鍵按下了之后才會有ADD鍵、DEC鍵的操作，鍵與鍵之間的功能采用層層套用使得程序看起來更加清晰明了。第二個定時的功能是在數(shù)碼管顯示時的延時時間，即在數(shù)碼管顯示時是采用查表的方法進行顯示的，因此需要用到一定的延時，使得我們能夠看的清楚所顯示的內(nèi)容，在這里用到的延時也是采用軟件的延時。 軟件系統(tǒng)的模塊 定時模塊在本設(shè)計中用到了幾個定時模塊，第一個定時是用于定時按鍵的抖動時間，因為當按鍵時都會出現(xiàn)電壓抖動，但對鍵盤工作有影響的是鍵閉合時的抖動，所以為了確保鍵掃描的正確性，每當掃描到有閉合鍵時，都要進行去抖動處理。由于數(shù)控直流電流源需要可以進行調(diào)節(jié)，因此，需要在單片機的P口上加上按鍵，本設(shè)計采用行列式鍵盤，直接接在P2口上。4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 單片機資源使用情況本設(shè)計用到了單片機控制DA和AD轉(zhuǎn)換的功能，此外用到了單片機的中斷功能，在數(shù)據(jù)的顯示時所采用的是查表的方法，因此需要將表格、數(shù)據(jù)存到單片機的程序存儲器中去。圖13 D/A、A/D連接電路圖 系統(tǒng)的原理圖在本次畢業(yè)設(shè)計中，所繪制的系統(tǒng)原理圖采用的是Proteus軟件。基準電壓的正端（通常為Vcc）被加到REF+，最大的輸入電壓范圍由加于本端與REF端的電壓差決定13REFII 負基準電壓端。（3）將前一
次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的其余11位輸出到DATA OUT端，
在I/OCLOCK的下降沿時數(shù)據(jù)開始變化。I/OCLOCK接收串行輸入信號
并完成以下四個功能：（1）在I/O CLOCK的前
8個上升沿，8位輸入數(shù)據(jù)存入輸入數(shù)據(jù)寄存器。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成和數(shù)據(jù)準備傳輸為止10GNDGND是內(nèi)部電路的地回路端。由4位的串行地址輸入來選擇模擬量輸入通道16DATA OUTOA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端。在端由高變低時，內(nèi)部計數(shù)器復位。11路輸入信號由內(nèi)部多路器選通。1LSBmax；
⑤有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC；
⑥具有單、雙極性輸出；
⑦可編程的MSB或LSB前導；
⑧可編程輸出數(shù)據(jù)長度。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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖如圖12所示。根據(jù)題目擴展功能要求輸出，以1mA為步進，需要的級數(shù)由公式（1）可見。圖11 負載電流、電壓測量電路圖 D/A、A/D轉(zhuǎn)換模塊D/A、A/D模塊是單片機與外部數(shù)據(jù)連接的通道，因此這兩個模塊的選擇與使用應當合理。電路綜合各方面的考慮因素在里面，由于TLC2543所測電壓值在5V內(nèi)，而負載一端接15V電壓源另一端接功率管，因此采用差分增益電路采樣負載電壓，當Rb/Rc=Rd/Ra時，OP07輸出電壓ADin=Rb/Rc(VaVb)，硬件設(shè)置Rb/Rc=1/4,軟件還原負載電壓，保證測量精度。圖10 壓控恒流源模塊電路圖綜上所述，進行綜合比較，方案二電路較簡單，穩(wěn)定性較高，故采用方案二，使用高精度運放和大功率場效應管等構(gòu)成一個恒流源電路。運放OP07作為電壓跟隨器，Uin=Up=Un，場效應管Id=Is(柵極電流相對很小，可忽略不計) 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。此電路中，為了滿足題目的設(shè)計要求，調(diào)整管采用大功率場效應管IRF640。該恒流源電路由運算放大器、大功率場效應管Q采樣電阻R負載電阻RL等組成硬件設(shè)計。圖9 穩(wěn)壓器運放線性恒流源模塊電路圖方案二：采用運放和場效應管的壓控恒流源。U1采用精密運算放大器OP37A，該放大器有調(diào)節(jié)零點漂移的功能，他的放大倍數(shù)為10~20倍，漏電流很小。%。利用晶體管平坦的輸出特性即可得到恒流輸出。如圖9所示。其電路圖如圖8所示。題目要求可進行電流給定值的設(shè)置和步進調(diào)整，需要的按鍵比較多。缺點為當按鍵較多時占用單片機的I/O口數(shù)目較多。連接電路圖如圖7所示。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flang）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負極綜上所述，選擇方案二。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。表2 LM016L引腳功能引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。方案二：使用LCD液晶顯示。數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，對外界環(huán)境要求低，易于維護。穩(wěn)壓電源在實物上設(shè)計上是必不可少的部分，但在運用Proteus仿真時為了簡化電路，此模塊用軟件自帶的勵磁電壓代替。15V的穩(wěn)定電壓，再外對OP07加大功率場效應管構(gòu)成擴流電路,可以提供2000mA的上限電流。為了改善負載的瞬態(tài)響應，在輸出端加接電容。如圖6所示，本電源先通過變壓器電壓變換隔離，橋式全波整流，電容濾波，再通過三端固定輸出集成穩(wěn)壓器產(chǎn)生穩(wěn)定電壓+15V，15V，+5V，穩(wěn)壓器內(nèi)部電路由恒流源，基準電壓，取樣電阻，比較放大，調(diào)整管，保護電路，溫度補償電路等組成。電源雖簡單，但在高精度的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓電源有著非常重要的作用。單片機最小系統(tǒng)圖如圖5所示。P3口的第二功能如表1所示。P3口地址為B0H,位地址為B0H~B7H。P2口地址為A0H,位地址為A0H~A7H。P1口地址為90H,位地址為90H~97H。P0口地址為80H,位地址為80H~87H。AT89S52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。則復位電路圖如圖4所示。只要RST端保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效地復位。因為AT89S52單片機的復位是靠外部電路實現(xiàn)的。圖3 單片機的時鐘電路圖（2） 復位電路單片機的第9腳RST為硬件復位端,只要將該端持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復位，復位后單片機的各狀態(tài)都恢復到初始化狀態(tài)。CC2的典型值為33PF。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計 硬件系統(tǒng)的模塊 單片機最小系統(tǒng)（1） 時鐘電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。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。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。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。 設(shè)計思路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。2 設(shè)計任務及要求 設(shè)計任務（1）、輸入交流電壓200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤10V。該程控直流電流源還有一個討論的問題，就是對于程控直流電流源輸出的電流進行采樣，然后進行處理的問題。程控直流電流源的輸出電流穩(wěn)定的問題，在本設(shè)計中也是要解決的問題。 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