【正文】 A。 論 文的 總 體 結(jié) 構(gòu) 第一部分 簡(jiǎn)要 介 紹課題的背 景、意 義、國(guó)內(nèi) 外研 究現(xiàn)狀 ，介 紹 本文的主要研究 內(nèi) 容，包括 實(shí)現(xiàn) 的目 標(biāo) 以及主要性能指 針 。 第三部分模 塊 化 詳細(xì)闡 述了基于 51 單 片機(jī) 數(shù) 控直流恒流 源的系 統(tǒng) 整體 結(jié) 構(gòu)和 設(shè)計(jì)圖 ，包括主控器部分、恒流控制部分、 顯 示部分、 鍵盤(pán) 部分、 電 源部分、 測(cè)電 流部分。 第五部分 對(duì) 本 數(shù) 控直流恒流源 給 出了本 課題的結(jié)論 。在通 過(guò)鍵盤(pán)設(shè) 定好需要 輸 出 電 流值后， 單 片機(jī) 對(duì)設(shè) 定值按照一定的算法 進(jìn) 行 處 理。 單 片機(jī)通 過(guò) 采 樣 恒流源 電 路上串接的采 樣電阻 的 電壓 ， 計(jì) 算出此 時(shí)恒 流源 電 路的 輸 出 電 流值并與 設(shè) 定值 進(jìn)行比 較 ，以控制 D/A 的 輸 出 從 而 實(shí)現(xiàn)對(duì) 恒流源的 輸 出 電 流 進(jìn) 行 調(diào)節(jié) ，使 輸 出 電 流能 實(shí)時(shí)跟 隨設(shè) 定值。 鍵 鍵 鍵 鍵顯 示 電 路 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) D / A 轉(zhuǎn) 換 恒 流 源 電 路負(fù) 載A / D 轉(zhuǎn) 換采 樣 電 路圖 數(shù) 控直流恒流源的 總 體原 理框圖 包括主控器、 供電電 源、恒流 源、 鍵盤(pán) 、 顯 示、模 數(shù)轉(zhuǎn)換 （ A/D）模 塊 、 數(shù)模轉(zhuǎn)換（ D/A） 模 塊 7 個(gè) 部分。 方案 論證 主控器 本題 要求制作的直流 電 流源是 數(shù) 控式的，可以 顯 示 輸 出 電 流的 給 定值以及 實(shí)際測(cè) 量值，因此必然要 結(jié)合 微 處 理器，并且通 過(guò)微處 理器的控制作用 對(duì)輸 出 電 流 進(jìn) 行精確校正。在整 個(gè)數(shù) 控直流恒流源系 統(tǒng) 中，主控器是系 統(tǒng) 的控制中心，其工作效率的高低 關(guān) 系到系 統(tǒng) 效率的高低以及系 統(tǒng)運(yùn) 行的 穩(wěn) 定性。在本系 統(tǒng) 中， 將 采用 Atmel 公司的AT89S52。 供電電 源 通常有 倆 中方案 方案一：采用 線 性恒流 電 路， 該 方案具有噪 聲干 擾小， 電 路 簡(jiǎn)單 ，工作 穩(wěn) 定的特 點(diǎn) ，但是由于功率器件工作于 線 性 狀態(tài) 功率 損 耗大 ，發(fā)熱較 大，在 滿 足 設(shè)計(jì) 要 求時(shí) 在極限下功率管的消耗功率接近 20W。 發(fā)熱 量很小，但 是由于 開(kāi)關(guān) 管 對(duì)強(qiáng)電 流 進(jìn) 行 開(kāi)關(guān) 操作，干擾大大高于線 性恒流源。而 單純采用一般的 線 性 穩(wěn)壓 器件很 難 完成 該 部分的功能。在本系 統(tǒng) 中，首先 設(shè)計(jì)一個(gè) 基于支持大 電壓輸 入 輸 出，大 電 流 輸 出的 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓 器的 主電 流，然后利用普通 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓 器 來(lái) 降 壓為單 片機(jī)系 統(tǒng) 提 供電 源。 恒流源 恒流源的 實(shí)現(xiàn) 方式有多種，有 運(yùn) 算放大器 組 成的恒流源，三極管 組 成的 鏡 像 電 流源、運(yùn) 算放大器加 達(dá) 林 頓 管 組 成的恒流源等。 圖 運(yùn) 算放大器 組 成的恒流源典型原 理圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 （ 2） 三極管 組 成的 鏡 像 電 流源 由三極管 組 成的 鏡 像 電 流源的典 型電 路 圖 如 圖 。 圖 運(yùn) 算放大器加 達(dá) 林 頓 管 組 成的恒流源的典 型電 路 在本 數(shù) 控直流恒流源中，采用了 運(yùn) 算放大器加 達(dá) 林 頓 管 組 成的恒流源 電 路，采用 運(yùn)算放大器 OP07，加 達(dá) 林 頓 管采用 TIP127， TIP122。 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換 器的 選 取 數(shù)模轉(zhuǎn)換 和模 數(shù)轉(zhuǎn)換 一般有串口和并口。串口芯片由于接口簡(jiǎn)單 ，控制方便，系 統(tǒng)穩(wěn) 定性好， 得到 廣泛 的 應(yīng) 用。 8 位 D/A，分辨率 為 1/256，不能 夠滿 足本 設(shè)計(jì) 的要求。其 內(nèi) 部有一 個(gè) 8 通道多路 開(kāi)關(guān)， 它可以根據(jù)地址 碼鎖 存 譯碼后的 信 號(hào) ，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 只 選 通 8 個(gè)單斷 模 擬輸 入信 號(hào) 中的一 個(gè)進(jìn) 行 A/D 轉(zhuǎn)換 。 本文采用 TLV5638 和 AD977A 都是采用串 口的 ADC 和 DAC 芯片，在 設(shè)計(jì) 中利用上 兩 種芯片 不僅節(jié)約單 片機(jī)端口 資 源，而且分辨率 較 高，能 滿 足 設(shè)計(jì) 要求。 下面 詳細(xì) 的介 紹 下 TLV5638 和 AD977A 串口芯片。每次 傳輸數(shù) 據(jù)由 16 位的 數(shù) 據(jù) 組成一幀 ，其中 4 位控制命令字， 12 位 輸 出 數(shù) 據(jù) 。同 時(shí)內(nèi) 置片上 電壓參考 源， 該參考 源最大能 達(dá) 到 1mA 的 電 流，因此也可以 將 其作 為 整 個(gè)系統(tǒng) 的 參考 源， 減 少了系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 的復(fù) 雜 性，完全能 夠滿 足本 設(shè)計(jì) 的要求。 AD977A 內(nèi) 部功 能 框圖 如 圖 下； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 C A PR 1 I NR 2 I NR 3 I NA G N D 2V D I GR E F4 K2 . 5 V參 考 電 壓V A N A4 R4 R2 RRR = 2 . 5 KD G N DP W R DR / CC S T A GS B / B T CE X T / I N TS Y N CB U S YD A T A C L KD A T A串 行數(shù) 據(jù)接 口A D 9 7 7 AA G N D 1時(shí) 鐘控 制 邏 輯 amp。因此在 產(chǎn) 生 電 流或者 測(cè) 量 電 流值 時(shí) ，取 樣電阻 的 選擇 非常重要。 在 電 流比 較 小的情 況 下，普通的 1/4W 或者 1/8W 的 電阻 可以被用作 電 流 測(cè) 量，但是 本題 需要 測(cè) 量的是 電 流源的 輸 出 電 流，最大需要 達(dá) 到 2A。因此在本系 統(tǒng) 中 ，測(cè) 量 電 流的取 樣電阻 不能使用普通 電阻 。 為 了 滿 足流 過(guò) 大 電 流的要求，可以采用大功率 電阻 ，如 1Ω/10W 的 電阻 ，通 過(guò) 2A電 流 時(shí) 一定不 會(huì)被燒斷 。一般的大功率 電阻 在 溫 度很高 時(shí) ， 將產(chǎn) 生比 較嚴(yán) 重的阻值 溫 度漂移。因此用于 這 些情 況 下的取 樣電阻 也不能使用 溫 度漂移 嚴(yán) 重的普通大功率 電阻 。 康 錳銅電阻絲 是 電 流 測(cè) 量中很常用取 樣電阻 ，其特 點(diǎn) 在于 溫 度漂移量非常 小。另一方面， 1Ω 的康 錳銅電阻絲約長(zhǎng) 1m，由于和外界接觸面 積 大，即使通 過(guò) 大 電 流也能很快的散 熱 ， 進(jìn) 一步的減 小 溫 度漂移 帶來(lái) 的影 響 。 采用 ADI 公司生產(chǎn) 的 AD977A 對(duì) 恒流源的采 樣電阻兩 端的 電壓進(jìn) 行采 樣來(lái)實(shí)現(xiàn) ，采 樣電阻 采用阻值收 溫度影 響 很小的康 銅絲電阻 。下面 將 分 別 介 紹矩陣 式 鍵盤(pán) 和 專用 按 鍵掃 描控制芯片 鍵盤(pán) 。 （ 2） 專用 按 鍵掃 描控制芯片 鍵盤(pán) 專用 的按 鍵掃 描控制芯片能 夠獨(dú) 立的完成 對(duì)鍵盤(pán) 中按 鍵 的 掃 描與管理，并且通 過(guò)簡(jiǎn)單 接口與微控制器 進(jìn) 行 連 接。 在本 數(shù) 控直流恒流源中，采用周立功公司生 產(chǎn) 的 ZLG7289 鍵盤(pán)掃 描控制集成芯片。但是，考慮 到普通 數(shù)碼 管能 夠顯 示的信息量有限，并且一般情 況 下要 顯 示 較 多的信息所占用的系統(tǒng) I/O 資 源 較 多。液晶顯 示具有功耗低、體 積 小 、質(zhì) 量 輕、無(wú)輻 射危害、平面直角 顯 示以及影 響 穩(wěn) 定不 閃爍 、畫(huà) 面效果好、分辨率高、抗干擾能力 強(qiáng) 等優(yōu) 點(diǎn) 。 本系 統(tǒng)采 用的 點(diǎn)陣 式 LCD 型 號(hào)為 FYD12864。 如表 數(shù) 控直流恒流源的 設(shè)備選 型 器 件 編 號(hào) 器 件 名 稱 型 號(hào) 1 單 片機(jī) AT89S52 2 穩(wěn)壓 器 LT3724， LM25765 3 運(yùn) 算放大器 OP07 4 達(dá) 林 頓 管 TIP127， TIP122 5 D/A 轉(zhuǎn)換 器 TLV5638 器 件 編 號(hào) 器 件 名 稱 型 號(hào) 6 康 銅絲 ? 7 A/D 轉(zhuǎn)換 器 AD977A 8 按 鍵掃 描控制芯片 ZLG7289 9 點(diǎn)陣 LCD FYD12864 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三章 系 統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) 根據(jù) 數(shù) 控直流 電 流源的要求，由于要求有 較 大的 輸 出 電 流范 圍 和 較 精確的步 進(jìn) 要求以及 較 小的 紋 波 電 流，所以不適合采用 簡(jiǎn)單 的恒流源 電 路 FET 和恒流二極管，亦不適合采用 開(kāi)關(guān)電 源的 開(kāi)關(guān) 恒流源，否 則難 以 達(dá)到輸 出范 圍 和精度以及 紋 波的要求。 系 統(tǒng) 的 總 體硬件 框圖 如 圖 所示，主要有 AT89S52 單 片機(jī)系 統(tǒng) 、 OP07 與 TIP127，TIP122 組 成的恒流源 電 路、 D/A 轉(zhuǎn)換 器 TLV5638 電 路、采 樣電阻 與 A/D 轉(zhuǎn)換 器 AD977A組 成的 電 流 檢測(cè)電 路、 ZLG7289 鍵盤(pán) 、 FYD12864 組 成的 顯 示 電 路等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P 3 .0 / R X D10P 3 .1 / T X D11P 3 .2 / I N T 012P 3 .3 / I N T 113P 3 .4 / T 014P 3 .5 / T 115P 3 .6 / W R16p 3 .7 / R D17X T A L 118X T A L 219R S T9V C C40P 0 .039P 0 .138P 0 .237P 0 .336P 0 .435P 0 .534P 0 .633P 0 .732E A / V P P31P S E N29P 1 .78P 1 .67P 1 .56P 1 .45P 1 .34P 1 .23P 1 .12P 1 .01A T 8 9 S 5 2A L E / P R O G30G N D20 圖 AT89S52 引 腳圖 主要功能特性； （ 1） 兼容 MCS51 指令系 統(tǒng) （ 2） 2 個(gè) 外部中 斷 源 （ 3） 3 個(gè) 16 位可 編 程 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 （ 4） 32 個(gè)雙向 I/O 口 （ 5） 靈 活的 ISP 字 節(jié) 和分 頁(yè)編 程 （ 6） 看 門(mén) 狗（ WDT） 電 路 （ 7） 中 斷喚醒 省 電 模式 （ 8） 全 雙 工 UART 串行中 斷 口 線 （ 9） 時(shí)鐘頻 率 033MHz （ 10） 工作 電壓 （ 11） 2568bit 內(nèi) 部 RAM （ 12） 3 級(jí) 加密位 （ 13） 低功耗 空閑 和省 電 模式 （ 14） 雙數(shù) 據(jù)寄存器指 針 （ 15） 軟 件 設(shè) 置 空閑 和省 電 功能 單 片機(jī)各功能部件的 運(yùn) 行都是以 時(shí)鐘頻 率 為基 準(zhǔn)的，有 條不 紊地 進(jìn) 行工作。常用的 時(shí)鐘電 路方式 有兩 種：一種 是內(nèi) 部 時(shí)鐘 方式，一種是外部 時(shí)鐘 方式， 這 里采用的 是內(nèi)部 時(shí)鐘 方式，外接晶振。 選取 頻 率 為 的晶振，微 調(diào)電 容是瓷片 電 容。 P 2. 0/ A 8P 2^ 0 21P 2. 1/ A 9P 2^ 1 21P 2. 2/ A 1 0P 2^ 2 22P 2. 3/ A 1 1P 2^ 3 23P 2. 4/ A 1 2P 2^ 4 24P 2. 5/ A 1 3P 2^ 5 25P 2. 6/ A 1 4P 2^ 6 26P 2. 7/ A 1 4P 2^ 7 27P 3^ 0/ R X DP 3^ 0 10P 3^ 1/ T X DP 3^ 1 11P 3^ 2/ I N T 0P 3^ 2 12P 3^ 3/ I N T 1P 3^ 3 13P 3^ 4/ T 0P 3^ 4 14P 3^ 5/ T 1P 3^ 5 15P 3^ 6/ W RP 3^ 6 16P 3^ 7/ R DP 3^ 7 17A L E / P R O G30P S E N29P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 1. 01 P 1^ 0P 1. 12 P 1^ 1P 1. 23 P 1^ 2P 1. 34 P 1^ 3P 1. 45 P 1^ 4P 1. 56 P 1^ 5P 1. 68 P 1^ 6P 1. 78 P 1^ 7X T A L 119X T A L 218E A / V P P