【正文】 16 圖 313 顯示部分電路圖 MAX7219 各個(gè)口線分布及使用功能如下 ： 表 MAX7219 口線分布及使用功能表 MAX7219 接線 功能 CLK 與 AT89S52 的 腳相接 串行時(shí)鐘輸入 DIN 與 AT89S52 的 腳相接 接收串行數(shù)據(jù) LOAD 與 AT89S52 的 腳相接 鎖存數(shù)據(jù) V+ 接 +5V 電源 電源 GND 接地 接地 ISET 接 20K 電阻 限制段電流峰值 DOUT 懸 空 不使用 DIG0~DIG7 接 8 個(gè)數(shù)碼管的公共端 驅(qū)動(dòng)線 SEGA~SEGG、 DP 接 8 個(gè)數(shù)碼管的 7 段和小數(shù)點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)段 元器件選擇說明 本系統(tǒng)選用 MAX7219 作為 顯示驅(qū)動(dòng) 芯片 。 顯示部分設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)說明 顯示部分主要采用 MAX7219 芯片對(duì) 8 段共陰極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)。 由于硬件去抖動(dòng)要加電路，成本會(huì)增加，因此本設(shè)計(jì) 采用 的是 軟件去抖動(dòng)。 硬件 的解決方式為 在 按 鍵 的 輸出端加 RS 觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成去抖動(dòng)電路 。 按 鍵 的 抖動(dòng) 現(xiàn)象 會(huì) 造成 單片機(jī)將一次 操作 誤認(rèn) 為多次操作， 因此，為了保證 CPU 的正常識(shí)別判斷 ，必須 要 消除 按鍵 抖動(dòng) 的 影響。 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 15 由于 鍵盤 的 按鍵一般 采用觸點(diǎn)式按鍵 ，因此 當(dāng)按鍵按下或釋放時(shí)， 觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。 本系統(tǒng) 由于是矩陣式鍵盤，因此 采用編程掃描方式，該方式采用的是反線法。 要想 單片機(jī) 及時(shí)響應(yīng)鍵操作 又 不 多占用 CPU 的 工作時(shí)間，就要根據(jù) CPU 的 工作 情況選擇 合適 的鍵盤工作方式。 鍵盤主要有獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 TIP122 的管腳圖以及內(nèi)部電路圖如下： 圖 310 TIP122 管腳圖 圖 311 TIP122 內(nèi)部電路圖 鍵盤部分設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)說明 鍵盤是單片機(jī)人機(jī)接口的一個(gè)重 要設(shè)計(jì)部分之一。 TIP122 NPN 達(dá)林頓功率晶體管采用 TO220 塑料封裝，它最大可以通過 5A 的直流電流，放大倍數(shù)為 1000 左右，功率為 65W。 LM324 的引腳圖如下： 圖 39 LM324 引腳圖 達(dá)林頓管又稱復(fù)合晶體管。 15V[17~19]。單電源時(shí)的電壓范圍是 3~30V，雙電源的電壓范圍是177。 元器件介紹 LM324是由 4個(gè) 獨(dú)立的高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)放組成的 集成電路 ，采用 14腳雙列直插塑料封裝。由于通過的電流較大，為了確保達(dá)林頓管正確可靠的工作，需要外加使用散熱效果好的散熱片 ，該散熱片的體積至少應(yīng)為 50mm 20mm 40mm，否則當(dāng)通過 2A的電流時(shí)，達(dá)林頓管會(huì)十分燙手而無法正常工作 。 由于 LM324 的輸出較小而要求的輸出電流要 2A，因此采用可通過大電流，電流增益大，輸入電阻高的達(dá)林頓管來放大電流。 本設(shè)計(jì)的恒流源電路圖如下： Ic=β Ib Ic=β Ib 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 13 圖 38 恒流源電路圖 元器件選擇說明 由于需要運(yùn)算精度高、溫漂小的集成運(yùn)放，因此選用常見的高精度運(yùn)算放大器LM324。 原理如下圖所示： 負(fù)載↓ → 集電極電流 Ic↑ → 發(fā)射極電流 Ie↑ → 反饋 Ue↑ → ΔU ↓ → 基極電流Ib↓ 圖 36 恒流原理圖 1 當(dāng) 負(fù)載增大時(shí)， 通過達(dá)林頓管的集電極 C 極 和發(fā)射極 E 極 上的電流變小， 采樣 電阻上的電壓降低， ΔU 為正值，則 B管腳的電位升高，從而使流過達(dá)林頓管的集電極 C極和發(fā)射極 E極的 電流升高 。 而 E 管腳 的 電壓 通 過 AD 轉(zhuǎn)換 送到單片機(jī) 進(jìn)行 處理，接 C6電容 使采集 的 電壓更穩(wěn)定。采用 1Ω 8W 的 鎳鎘銅絲 電阻為采樣電阻。 因此 IcIb Ic≈Ie 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 12 通過 改變達(dá)林頓 B管腳的電位可 以 改變達(dá)林頓管集電極 C管腳的電流。利用達(dá)林頓管 電流放大 的 特性，可實(shí)現(xiàn) 2A 的 大電流的輸出。 由 DA 輸出的電壓 經(jīng)過 運(yùn)放反相和電阻輸入 到運(yùn)放 LM324 的同相輸入端 。 （ 12） XTAL2：振蕩器反相放大器 輸出端。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 （ 8） EA /VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 （ 7） PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。但是 在 每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 都 會(huì)跳過 ALE 脈沖。在對(duì) flash 編程時(shí)， 該 引腳也 可 用作編程輸入脈沖。 （ 6） ALE/PROG ：地址鎖存控制 /編程輸入脈沖 信號(hào)。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可 使此功能無效。晶振 在 工作時(shí)， RST 引腳 保持 2個(gè)機(jī)器周期 的高電平可使單片機(jī)復(fù)位。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也 可 接收一些控制信號(hào) 。 用作 輸入使用時(shí)， 由于 內(nèi)部上拉電阻的原因 ，外部 信號(hào)拉低引腳將輸出電流。 （ 4） P3 口 （ ~） ： P3端 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3口 輸出緩沖器 同樣也 能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電 平。在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2端 口輸出 P2鎖存器內(nèi)容。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位 地址 讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 端 口 輸 出高八位地址。對(duì) P2 端口寫 入 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻 會(huì)把端口拉高， 這 時(shí)可作為輸入口使用。在 flash編 程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。 在 作輸入 使用的 時(shí) 候 ， 被 外部 信號(hào)拉低的引腳由于內(nèi)部上拉電阻的原因， 會(huì) 輸出電流。 P1口 輸出 緩沖器 可 驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。在對(duì) 閃存 編程時(shí)， P0 口用于接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié) ， 在這種情況下 需要外部上拉電阻。 若在 訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0端口也可用為 低 8位 地址 /數(shù)據(jù) 復(fù)用 。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。 元器件介紹 AT89S52 的主要性能有： （ 1） 兼容 MCS51 單片機(jī) ； （ 2） 1000 次可擦寫周期 ； （ 3） 32 個(gè) 可編程 雙向 I/O 口 線； （ 4） 全靜態(tài) 0Hz~33Hz 操作 ； （ 5） 8 個(gè)中斷源； （ 6） 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ； （ 7） 全雙工 UART 串行中斷口線 ； （ 8）掉電后 中斷 可 喚醒 模式 ； （ 9） 看門狗（ WDT） 定時(shí)器； （ 10）具有掉電標(biāo)識(shí)； （ 11） 8k 字節(jié)在線可編程 Flash ROM； （ 12） 低功耗空閑和省電模式 ； （ 13） 3 級(jí)加密 程序存儲(chǔ)器； （ 14） 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 。因此這些功能非常符合本設(shè)計(jì)的需求。 單片機(jī)外圍電路如下： 圖 31 單片機(jī)外圍電路圖 復(fù)位電路如下： 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 7 圖 32 單片機(jī)復(fù)位電路 晶振電路如下： 圖 33 單片機(jī)晶振電路 單片機(jī)各個(gè)口線分布及使用功能如下表所示： 表 單片機(jī)口線分布及使用功能表 AT89S52 接線 功能 ~ 與 14 個(gè)鍵盤相接 讀取鍵盤行列位置 與 AD7715 的 RESET 腳相接 控制 AD7715 是否復(fù)位 與 AD7715 的 DRDY 腳相接 判斷 16 位的讀操作是否完成 與 AD7715 的 CS腳相接 發(fā)出片選信號(hào) 與 MAX532 的 DIN 腳相接 輸出串行數(shù)據(jù) 與 MAX532 的 CS腳相接 發(fā)出片選信號(hào) 與 MAX532 的 SCLK 腳相接 發(fā)出時(shí)鐘信號(hào) ~ 懸空 不使用 與 MAX7219 的 CLK 腳相接 發(fā)出時(shí)鐘信號(hào) 與 MAX7219 的 DIN 腳相接 輸出串行數(shù)據(jù) 與 MAX7219 的 LOAD 腳相接 發(fā)出載入數(shù)據(jù)信號(hào) ~ 懸空 不使用 與 AD7715 的 DIN 和 DOUT 腳相接 發(fā)送和讀入數(shù)據(jù) 與 AD7715 的 SCLK 腳相接 發(fā)出時(shí)鐘信號(hào) 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 8 ~ 懸空 不使用 XTAL XTAL2 與 12MHZ 晶振相接 作為單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào) EA/Vpp 接 +5V 執(zhí)行內(nèi)部程序 Vcc 接 +5V 電源 GND 接地 接地 ALE/PROG、 PSEN 懸空 不使用 元器件選擇說明 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS 8位 微控制器，擁有 8K的在線系統(tǒng)可編程 FLASH存 儲(chǔ)器。并且對(duì)本設(shè)計(jì)所能達(dá)到的功能 及性能做了簡(jiǎn)單介紹。 圖 22 系統(tǒng)總電路圖 單 片 機(jī) 控 制 鍵盤輸入 數(shù)碼管輸出 D/A轉(zhuǎn)換 恒流源電路 A/D 轉(zhuǎn)換 負(fù)載部分 電源部分 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng) 功能及 性 能概述 本設(shè)計(jì)可達(dá)到的系統(tǒng)基本 功能及 性能有： （ 1） 設(shè)定以及輸出電流值可顯示； （ 2） 可通過鍵盤預(yù)設(shè)電流值； （ 3） 輸出電流范圍可達(dá) 20mA~2021mA； （ 4） 具有 “ +”和“ ”的 步進(jìn)功 能，步進(jìn)等級(jí)≤ 10mA。因此本設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的功能、較高的可靠性，同時(shí)具有體積小、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。同時(shí)運(yùn)用 16 位的 A/D 芯片對(duì)輸出電流進(jìn)行采樣，并將采樣值反饋回基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 4 單片機(jī) ,與預(yù)置值進(jìn)行比較形成閉環(huán)系統(tǒng)，使其能夠控制輸出電流的 精度與 穩(wěn)定性。 總體概括的說 本設(shè)計(jì)是以直流恒流電源為設(shè)計(jì)核心 ,以單片機(jī)為基本控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的控制。 這種方法當(dāng) 負(fù)載 在 一定范圍內(nèi)變化時(shí)具有良好的穩(wěn)定性，而且精度較高 ，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定的擴(kuò)展，具有一定的靈活性，恒流源電路也較為簡(jiǎn)單 [10~13]。單片機(jī)將反饋信號(hào)與預(yù)置 的電流 值 進(jìn)行 比較，根據(jù)兩者間的差值調(diào)整輸出信號(hào)大小。通過鍵盤 可以 預(yù)置電流值，單片機(jī) 將 輸出數(shù)字信號(hào)給 DA 轉(zhuǎn)換器， DA轉(zhuǎn)換器將 輸出的模擬信號(hào)送到運(yùn)算放大器， 運(yùn)算放大器輸出給達(dá)林頓管放大電流，通過這種方法 控制主電路電流大小。 （ 3）采用 單片機(jī)控制 以及運(yùn)放構(gòu)成 恒 流源 以上兩種方法均為主要采用模擬電路完成恒流輸出，存在著較多缺點(diǎn)，而該 恒流源電路由高精度運(yùn)算放大器、采樣電阻 、 等組成 。此外， 還 可以 采用一定的溫度補(bǔ)償和穩(wěn)壓措施 來使電流更加穩(wěn)定。 這種恒流源的可靠性較高，但是無法實(shí)現(xiàn)預(yù)置電流 ，顯示 等數(shù)控功能 ，因此靈活性較差，同時(shí)電路也較為復(fù)雜 ，效率低下，對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)展不利。 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控恒流源的應(yīng)用也越來越廣泛，它已經(jīng)不僅限于應(yīng)用于各種自動(dòng)化儀表 、 標(biāo)準(zhǔn)燈 、 電真空器件 、 半導(dǎo)體器件 等 的參數(shù)測(cè)量 ，更多的是應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中。在后面的章節(jié)中將具體介紹本課題的研究成果。 本章小結(jié) 本章主要介紹了恒流源的意義及其應(yīng)用，并且對(duì)它的發(fā)展歷程、國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r做了說明 。整個(gè)系統(tǒng)的電源將分為控制部分電源，即單片機(jī)所需的輸入電壓 +5V 和 為其它芯片供電 電源，這兩部分電源均由 220V 電源經(jīng)變壓器所得。 它以單片機(jī)為主要控制器，通過鍵盤設(shè)定需要輸出的直流電流值，并可以由數(shù)碼管顯示該設(shè)定值的大小 以及實(shí)際輸出電流的大小 。 本文的研究?jī)?nèi)容 通過平時(shí)的觀察發(fā)現(xiàn)，在做某些課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)時(shí)需要 使用 直流恒流源來供電或測(cè)量 ，而在實(shí)驗(yàn)室中有不少的穩(wěn)壓源但通常缺少便攜的直流電流源。并且恒流源不但可為各種放大電路提供偏流來穩(wěn)定其靜