【正文】 的輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器還起到測量的作用，同時送顯示讓我們知道實際的電流輸出值。首先，采用單片穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)直流穩(wěn)壓，然后采用了分立元器件實現(xiàn)穩(wěn)流。另一方面，單片機系統(tǒng)還兼顧對恒流源進行實時監(jiān)控，輸出電流經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過A/D轉(zhuǎn)換(MAX1241)芯片，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再經(jīng)單片機分析處理， 通過數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電流更加穩(wěn)定，這樣構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電流源。系統(tǒng)原理框圖如下圖1：圖1 系統(tǒng)原理框圖第二章 硬件設(shè)計 電源模塊 本設(shè)計共用到電源有四種：即177。可選用的有開關(guān)電源和穩(wěn)壓電源兩種，由于開關(guān)電源的紋波系數(shù)比較大。穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖2所示：圖2 電源方框及波形圖整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動電壓U3。再通過穩(wěn)壓電路得到平直的直流電壓U5。12V的電壓源。從而使得穩(wěn)壓快的功耗降低，發(fā)熱量減小，保證電路的長時間工作。12V電源～37V可調(diào)，穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、保護電路和穩(wěn)壓電路組成。大功率三極管選用TIP122型號，它是應(yīng)用范圍廣、功率小、頻率低的達林頓， NPN極性型，特征頻率:1000（MHz），集電極允許電流:8（A），集電極最大允許耗散功率:48（W）。采用常用的大功率電阻作為采樣電阻，輸出電流波動比較大，而康錳銅絲是一種溫度特性佳的阻性元件，選其作為取樣電阻，其兩端電壓正比于流過的電流，因此該電壓的反饋就是負載電流的反饋。他將中央處理器(CPU)、存儲器（ROM/RAM）、輸入輸出接口、定時器/記數(shù)器等主要計算機部件集成在一片芯片上，因此單片機被稱為單片機微型計算機(Single Chip Microputer).單片機配上適當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備和軟件，便可構(gòu)成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)。故選擇常見的美國Inter公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機，它具有可高性高、功能強、體積小、價格低、和抗干擾能力強等特點，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研及日常生活等各個領(lǐng)域。我們選擇的ATMEL公司的AT89S52單片機，他是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K ISP（在系統(tǒng)可編程）Flash 存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。AT89S52管腳如圖7所示：AT89S52具有如下特點：178。 32個雙向I/O口178。 全雙工UART串行中斷口線178。 中斷喚醒省電模式178。 靈活的ISP字節(jié)和分頁編程178。 時鐘頻率033MHz圖7 AT89S52引腳178。 低功耗空閑和省電模式178。 軟件設(shè)置空閑和省電功能 178。 8k可反復(fù)擦寫(1000次)ISP Flash ROMAT89S52主要引腳的主要功能：VCC：接+5V電源。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗時，需要外部上拉電阻。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外，()和定時器/記數(shù)器2的觸發(fā)輸入(),具體如下表1所示。表1 各端口引腳與復(fù)用功能表引腳號第二功能T2(定時器/記數(shù)器T2的外部記數(shù)輸入)，時鐘輸入T2EX(定時器/記數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制)MOSI(在系統(tǒng)編程用)MISO(在系統(tǒng)編程用)SCK(在系統(tǒng)編程用)P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在這種應(yīng)用中，P2口P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表2所示。表2 各端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳　　復(fù)用功能　RXD（串行輸入口）　TXD（串行輸出口）?。ㄍ獠恐袛?）　（外部中斷1）　T0（記時器0外部輸入）　T1（記時器1外部輸入）?。ㄍ獠繑?shù)據(jù)存儲器寫選通）?。ㄍ獠繑?shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。在flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。這一位置 “1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。這個ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。在flash編程期間，也接收12伏VPP電壓XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 AT89S52 硬件電路設(shè)計 單片機系統(tǒng)是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心部分，它主要用于鍵盤按鍵管理、數(shù)據(jù)處理、實時采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對各部分反饋環(huán)節(jié)進行整體調(diào)整。電路如下圖8所示：圖8 單片機控制電路(1) AT89S52單片機的P0口是個雙向口，可以作輸出輸入口，在本系統(tǒng)中用作顯示部分，P1口也是個雙向口，主要接A/D、 D/A和24C02C。而P3口主要用于中斷。復(fù)位將單片機復(fù)到初始化狀態(tài)，目的是使CPU及個專用寄存器處于一個確定的初始狀態(tài)。本次設(shè)計采用的是手動復(fù)位方式，利用按鍵閉合是單片機復(fù)位端上保持接通高電平狀態(tài)兩個機器周期以上。此晶振信號接至內(nèi)部的時鐘電路。雖然對外接電容沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小會影響振蕩頻率、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的速度。 鍵盤模塊鍵盤的作用是對單片機輸入數(shù)據(jù)，設(shè)計中要求能使電流進行“+”，“”及電流值的設(shè)定，所以采用鍵盤為44的矩陣鍵盤，用MM74C922芯片進行識別按鍵后送AT89S52的并行口P2， ～。所以采用MM74C922芯片來將44矩陣鍵盤的鍵值轉(zhuǎn)換成4位二進制碼以簡化程序的編寫。由CMOS工藝技術(shù)制造，工作電壓315V，“二鍵鎖定”功能，編碼輸出為三態(tài)輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)總線相連，內(nèi)部振蕩器能完成44矩陣鍵盤掃描，亦可用外部振蕩器使鍵盤操作與其他處理同步，通過外接電容避免開關(guān)發(fā)生前、后沿彈跳所需的延時。其引腳圖如圖9所示： 圖9 MM74C922 鍵盤電路由X1～X4，Y1～Y4的連接方式，即可確定每一個按鍵的編碼。我們將A作為設(shè)置鍵，B作為恢復(fù)鍵，C作為加法鍵，D作為減法鍵，E作為確認鍵，F(xiàn)作為取消鍵。通過DA信號觸發(fā)中斷，由于有按鍵時，DA為高電平，而單片機的中斷信號為低電平，故需在DA信號引腳上接上一個非門，再與單片機的INT0引腳相連。液晶顯示器通?？煞譃閮纱箢?，一是點陣型，二是字符型。為了方便設(shè)計，同時又能滿足設(shè)計的需要及盡可能降低設(shè)計成本。目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。1602字符型液晶顯示器實物如圖11所示：圖11 1602液晶顯示器1602引腳功能說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。圖12 1602LCD內(nèi)部顯示地址 LCD顯示硬件電路1602LCD的讀寫控制引腳是第5引腳R/W。其電路原理圖如圖13所示：圖13 LCD電路 A/D模塊由于本次設(shè)計的數(shù)控直流電流源能夠完成設(shè)定輸出值。根據(jù)題目要求輸出20mA～2000mA，以1mA為步進。同時D/A也采用12位的轉(zhuǎn)換芯片AD5320。MAX1241是一種單通道12位逐次逼近型串行A/D轉(zhuǎn)換器，功耗低，轉(zhuǎn)換速度快。最大非線性誤差小于1LSB，轉(zhuǎn)換時間9181。采用三線式串行接口，內(nèi)置快速采樣/保持電路。～，為減少來自電源的干擾。MAX1241的三根數(shù)據(jù)線，時鐘輸入端、。 MAX1241芯片內(nèi)部具有采樣/保持電路，無需外部保持電容和采樣/保持電路。其中MAX1241，所用到的+。片內(nèi)高精度輸出放大器提供滿電源幅度輸出，其基準(zhǔn)來自電源輸入端，可以提供較大的動態(tài)輸出范圍，它利用能與標(biāo)準(zhǔn)的接口標(biāo)準(zhǔn)兼容的3線串行接口與微處理器交換數(shù)據(jù)，接口簡單。來自DIN線的數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿隨時鐘送入16位移位寄存器，輸入移位寄存器的數(shù)據(jù)位數(shù)為16位寬，前兩位是無關(guān)位，接下來2為是控制位，決定控制器件處于哪種工作方式，最后12位是數(shù)據(jù)位，它們代表著DA轉(zhuǎn)換器即將輸出的電壓值。其外圍電路如下圖17所示：圖17 AD5320外圍電路 存儲模塊本系統(tǒng)的外擴存儲器主要是用來記憶用戶數(shù)據(jù)，因此容量不需要很大，一般的小型存儲器芯片就可以。首先，我們還是先介紹C總線。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，有為數(shù)眾多的IC需要進行相互之間以及與外界的通信。C總線支持任何一種IC制造工藝，并且PHILIPS和其他廠商提供了種類非常豐富的C兼容芯片。C總線是一種用于IC器件之間的二線制總線。C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是在C總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是是用來識別從器件的地址，其中前七位為地址碼，第8位為方向位（R/W)。 芯片24C02C24C02C是一種串行存儲器，其容量2Kbit。A0、A1 和A2引腳用于多器件工作。圖18 24C02C引腳SDA串行數(shù)據(jù)引腳為雙向引腳，用于把地址和數(shù)據(jù)輸入/ 輸出器件。因此，SDA 總線要求在該引腳與VCC 之間接入上拉電阻。而SDA 電平在SCL 高電平期間若發(fā)生變化，表明起始和停止條件產(chǎn)生。如果連接到 VSS， 寫操作使能。VCC電源輸入引腳，標(biāo)稱條件下在VCC 時，則VCC 閾值檢測電路會禁止內(nèi)部的擦寫邏輯。采用C51編寫的應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)清楚、模塊化程度高、可讀性強，并容易移植。C51開發(fā)環(huán)境一般都提供了數(shù)學(xué)計算等子程序，為程序開發(fā)帶來方便。在實時要求較高的場合，可采用C51匯編混合編程。Keil C51軟件提供了豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具。在某些情況下，也可以將絕對程序轉(zhuǎn)化為十六進制代碼程序(.hex文件)。 主程序設(shè)計主程序主要完成的是一些初始化的設(shè)置（比如液晶顯示和鍵盤），和監(jiān)控程序。其中監(jiān)控程序流程圖如圖21所示： 圖20 主程序流程圖 圖21 監(jiān)控程序流程圖 中斷程序設(shè)計中斷程序主要是對不同的按鍵做出不同的處理，其中斷流程圖如圖22所示：圖22 中斷程序流程圖其中數(shù)字程序流程圖如圖23所示。加法程序流程圖如圖26所示： 圖25 恢復(fù)程序流程圖 圖26 加法程序流程圖減法程序流程圖如圖27所示。這樣做大大減小了編程難度！系統(tǒng)的完整程序見附錄B。 ProteusProteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。因此我們在初始化是就默認初始值為20mA。連續(xù)單擊幾次加鍵，再單擊“減”鍵，也達到我們想要的結(jié)果。由于我們選取的取樣電阻值為1歐，因此，我們檢測的電壓值理論上就是輸出電流值。 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試先查看電源，然后利用示波器測單片機ALE引腳，以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，即為正常工作。 鍵盤及液晶顯示調(diào)試為了直觀的測試鍵盤，我們先調(diào)試了液晶顯示模塊，在液顯調(diào)通后，然后用鍵盤輸入進行調(diào)試，看鍵值是否正確。 數(shù)模轉(zhuǎn)換與功放電路調(diào)試我們直接編寫程序，并給定某個確定的數(shù)值，看轉(zhuǎn)換結(jié)果是否正確。由于時間和硬件的原因，這部分只是我們在軟件調(diào)試上的方法，在實際中沒有進行調(diào)試。由于時間和硬件的原因，這部分只是我們在軟件調(diào)試上的方法，在實際中沒有進行調(diào)試。我們使用的是C總線的串行存儲器24C02C，我們只對硬件電路做了檢查。第五章 設(shè)計總結(jié)經(jīng)過兩個多月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了,但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛的同時又充滿樂趣！通過本次畢業(yè)設(shè)計，沒有接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。第一，在選擇畢業(yè)設(shè)計的選題時，我就選擇自己比較感興趣的數(shù)字控制方面的，這樣做起來動力很大。查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準(zhǔn)備工作，我們到圖書館去借了相關(guān)方面的書籍，同時也在網(wǎng)上大量搜索相關(guān)內(nèi)容。 第三，綜合已有的資料來更透徹的分析本次設(shè)計題目。這一步是關(guān)鍵，因為以后的工作都是在此基礎(chǔ)上做的！ 第四，有了研究方向，就要動手實現(xiàn)。編寫源代碼的時候是編寫一個小模塊就進行調(diào)試，這樣可以避免設(shè)計的最后出現(xiàn)太多的錯誤而亂成一團糟。 第五, 軟件仿真成功以后，我們才開始寫論文和實物電路的焊接，Word雖然是人人都知道的文字編輯軟件，但真要用它來寫論文，才發(fā)現(xiàn)自己懂得的一點點Word知識不夠用，還好有網(wǎng)絡(luò)，能夠在線學(xué)習(xí)