1、數控直流電流源畢業論文第1章 緒論本章先給出了本次設計的任務書然后說明了基于單片機的數控電流源的課題背景，隨后介紹了數控電流源的技術發展歷程，最后提到研制基于AT89S51單片機的意義和本設計所要滿足課題要求。1.1數控電流源的發展趨勢數控電源是從80年代才真正的發展起來的，期間系統的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發展提供了一個良好的基礎。在以后的一段時間里，數控電源技術有了長足的發展。但其產品存在數控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數控電源主要的發展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術及電壓轉換模塊的出現為精確數控電源的發展提供了有利的條件

2、。新的變換技術和控制理論的不斷發展，各種類型專用集成電路、數字信號處理器件的研制應用，到90年代，已出現了數控精度達到0.05V的數控電源，功率密度達到每立方英寸50W的數控電源。從90年代末起，隨著對系統更高效率和更低功耗的需求，電信與數據通訊設備的技術更新推動電源行業中直流/直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向發展。在80年代的第一代分布式供電系統開始轉向到20世紀末更為先進的第四代分布式供電結構以及中間母線結構，直流/直流電源行業正面臨著新的挑戰，即如何在現有系統加入嵌入式電源智能系統和數字控制。早在90年代中，半導體生產商們就開發出了數控電源管理技術，而在當時，這種方案的性價比與當時

3、廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢，因而無法被廣泛采用。由于板載電源管理的更廣泛應用和行業能源節約和運行最優化的關注，電源行業和半導體生產商們便開始共同開發這種名為“數控電源”的新產品。 現今隨著直流電源技術的飛躍發展, 整流系統由以前的分立元件和集成電路控制發展為微機控制, 從而使直流電源智能化, 具有遙測、遙信、遙控的三遙功能, 基本實現了直流電源的無人值守。從組成上，數控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關調節電壓，調節精度不高，而且經常跳變，使用麻煩。數字化智能電源模塊是針對傳統智能電源模塊的不足提出的，數字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人

4、為參與的環節數，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性。1.2研究背景及主要研究意義低紋波、高精度穩定直流電流源是一種重要的電源，在現代科學研究和工業生產中得到了越來越廣泛的應用。隨著單片機技術的發展，數控電流源開始出現，其以控制靈活、調節方便的特點展示了良好的應用前景。電源技術尤其是數控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于行業。當今電源技術融合了電氣、電子、系統集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發展而帶來的現代信息技術革命，給電源技術提供了廣闊的發展前景，同時也給電源技術提出了更高的要求。隨著數控電源在電子

5、裝置中的普遍應用，普通電源在工作時產生誤差，會影響整個系統的精確度，電源在使用時會造成許多不良后果。世界各國紛紛對電源產品提出不同的要求并制定了一系列產品精度標準，達標后才能夠進入市場。隨著經濟全球化的發展，滿足國際標準的電源產品才能夠獲得國際通行證。數控電源是80年代才發展起來的產品，期間系統的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發展提供了良好的理論基礎，在以后的時間里，數控電源開始長足的發展。現在市場上數控電源存在輸出精度不高，功率密度比較低，帶負載能力不強，體積大，價格較高，操作繁瑣，工作狀態不穩定等弊端，因此數控電源的主要發展方向是針對上述缺點不斷改善。所以，高密度的數控直流電源有

6、很大的發展空間。單片機技術及電壓轉換模塊的出現為精確數控電源的發展提供了有利條件。新的變化技術和控制理論的不斷發展，各種類型專用集成電路、數字信號處理器件的研制應用，到90年代，以出現了數控精度達0.05V的數控電源，功率密度已達50W的數控電源。從組成上，數控電源可分為器件、主電路和控制電路三部分。本課題主要研究的是基于微處理器的數控直流恒流源的設計，恒流源時能夠向負載提供恒定電流的電源，因此恒流源的應用范圍非常廣泛，并且在許多情況下是必不可少的。例如，在通常的充電器對蓄電池充電時，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，充電電流就會相應的減少。為了保證恒流充電，必須隨時提高充電器的輸出電壓，但采用恒流

7、源充電后就可以不必調整輸出電壓，從而使勞動強度降低，生產效率得到了提高。恒流源還廣泛用于測量電路中，例如電阻器阻值的測量和分級，電纜電阻的測量等，且電流越穩定，測量就越精確。它既可以為各種放大電路提供偏流以穩定其靜態工作點，又可以作為其有源負載，以提高放大倍數，并且在差動放大電路、脈沖產生電路中得到廣泛應用。第2章 方案比較及論證 本章首先介紹了硬件設計中設計方案的選擇，接著闡述了硬件中壓控恒流模塊和顯示模塊的優缺點。并最終確定最終的設計方案和主要模塊的選擇方案，即采用AT89S51單片機作為系統的控制單元。2.1總體方案論證2.1.1電路設計流程圖 要確定總的設計方案就要根據設計指標一定一個

8、總的電路方案，在本次設計中我們選擇的是AT89S51為總的控制單元，其具體的設計流程圖如2-1所示：確定設計指標擬定電路方案否設定器件參數修改電路修改電路否進行電路仿真通過仿真否電路安裝調試通過調試否設計實驗結束圖2-1總的電路設計流程圖2.1.2 基本部分總體方案確定 方案1. 利用微處理器作為控制器，以它為中心設計外圍電路，并利用D/A轉換形成閉環回路。CPLD器件信號調理電路邏輯電路數碼管驅動電路數據鎖存器數碼管顯示圖2-2方案一設計方框圖本方案電路復雜，靈活性不高，效率低，不利于系統的擴展，對信號處理比較困難，而且CPLD器件普遍比較昂貴，設計成本高。 數控直流電流源由鍵盤、控制器、顯

9、示器、數模轉換、電壓電流轉換和模數轉換等部分組成，鍵盤的作用是設定電流值和確定電流步進值；控制器的作用是將設定電流值的8位（或12位）二進制輸出；顯示器的作用是顯示設定電流值；數模轉換的作用是設定電流值的數字量轉換為模擬量；電壓電流轉換的作用是將電壓轉換成恒定電流輸出；模數轉換的作用是將輸出的模擬量再轉換為數字量反饋到控制器，使實際輸出電流值與設定電流值一致。 方案2: 采用AT89S51單片機作為系統的控制單元，通過D/A轉換將預定值送壓控恒流源得到恒定電流，同時通過A/D送單片機顯示實際值，系統還可實現步進控制功能。此方案各類功能易于實現，能很好的滿足題目的設計要求。設計方框圖如圖2-3所

10、示。按鍵輸入電流輸出D/A轉換單片機控制圖2-3方案二設計方框圖2.2外圍電路選擇方案控制器方案的選擇 控制器主要有單片機和可編程器件，單片機做主控器件，由于單片機在科學計算，數據處理，過程控制，儀器儀表，輔助設計等方面有著廣泛的應用，操作起來簡便，而且單片機在適時控制方面有它獨特的優勢，本次電流源的制作正需要步進控制；而且可以用已經做好的單片機開發板，用在顯示和控制方比較方便。但是由于單片機的I/O口相對有限，需要用8155等可編程器件進行口的擴展 ；我們但是對于可編程芯片，如CPLD或FPGA等，對這些芯片的認知還不夠、在學習中也很少接觸，所以在這次論文中使用起來會比較困難。而采用AT89

11、S51作為控制模塊核心。單片機最小系統簡單，容易制作PCB，算術功能強，軟件編程靈活、可以通過ISP方式將程序快速下載到芯片，方便的實現程序的更新，自由度大，較好的發揮C語言的靈活性，可用編程實現各種算法和邏輯控制，同時其具有功耗低、體積小、技術成熟和成本低等優點。基于以上分析，選擇方案二,利用AT89S51單片機將電流步進值或設定值通過換算由D/A轉換，驅動恒流源電路實現電流輸出。輸出電流經處理電路作A/D轉換反饋到單片機系統，通過補償算法調整電流的輸出,以此提高輸出的精度和穩定性。在器件的，D/A轉換器選用8位優質D/A轉換芯片 DAC0832，直接輸出電壓值，且其輸出電壓能達到參考電壓的

12、兩倍，A/D轉換器選用高精度8位模數轉換芯片AD0809。2.2.2 顯示方案方案一：使用LCD數碼管顯示。數碼管采用BCD編碼顯示數字，對外界環境要求低，易于維護。但根據題目要求，如果需要同時顯示給定值和測量值，需顯示的內容較多，要使用多個數碼管動態顯示，使電路變得復雜，加大了編程工作量。方案二：使用LCD顯示。LCD具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示漢字數字，分辨率高，抗干擾能力強，功耗小，管較多，硬件設計和實物制作將方便化，且設計簡單等特點。綜上所述，選擇方案二。采用19264D漢字圖形點陣液晶顯示模塊同時顯示電流給定值和實測值。2.2.3 鍵盤模塊方案方案一 ：采用獨立式按鍵電路，每

13、個按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個I/O口的工作狀態互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點為當按鍵較多時占用單片機的I/O口數目較多。方案二 ：采用標準4X4鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優點是當按鍵較多時可降低占用單片機的I/O口數目，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進。題目要求可進行電流給定值的設置和步進調整，需要的按鍵比較多。綜合考慮兩種方案及題目要求，采用方案二。 2.2.4電源模塊方案系統需要多個電源，單片機、A/D、D/A、使用5V穩壓電源，運放需要12V穩壓電源，同時題目要求最高輸出電流為2000mA，電源需為系統提供足夠大的穩定電流。綜上所述，采用三端穩壓集成

14、7805、7812、7912分別得到5V和12V的穩定電壓，再外對LM7812加功率管構成擴流電路,達到可以提供3A以上的電流。利用該方法實現的電源電路簡單，工作穩定可靠。 2.2.5恒定電流源模塊方案方案一：采用開關電源的開關恒流源。其組成方框圖如圖2-4所示。圖中C1、C2為濾波電容；K是開關器件；D是續流二極管；L是扼流圈；PWM是脈寬調制電路；KF是電流反饋電路；R0是電流取樣電阻。在原理圖電路上，通過精選元器件和采用合理的結構設計，可以使電路的分布參數得到有效控制。采用開關電源的開關恒流源主要特點是：振蕩反饋電容小，阻抗大，反饋電流小。圖2-4采用開關電源的開關恒流源組成框圖方案二：

15、采用集成穩壓器構成的開關恒流源。圖2-5所示是是三端集成穩壓器構成的開關恒流源。當設定電阻R一定時，電路給負載Ro提供一恒定電流當RL發生變化時，由IC的輸入輸出壓差進行自動補償而使負載電流保持不變。 圖2-5 采用集成穩壓器構成的開關恒流源原理框圖 2.2.6 設計方案本設計以AT89S51單片機為中心控制器，單片機控制按鍵設定輸出電流值，按鍵包括“+1”鍵和“-1”鍵，用于設定電流值，該電流值通過單片機送入D/A轉化器DAC0832轉換為模擬量輸出，該輸出為電流值，再通過運放轉換為電壓值，該電壓值通過壓控恒流電路得到穩定輸出的電流。同時設定的電流值還將通過數碼管顯示電路顯示，以便于觀察。系

16、統設計框圖如下圖2-6所示。AT89S51顯示電路輸出穩定電流壓控恒流電路鍵盤控制D/A轉換電路圖2-6系統設計方框圖第3章 硬件電路設計本章首先介紹了供電電源電路的設計，然后是介紹了硬件電路的核心部分控制電路，D/A轉換電路和壓控恒流源電路。其中供電電源電路是給整個硬件系統供電的，按鍵設定好輸出電流后單片機將電流數字量通過P2口送入到D/A轉換器中，D/A轉換器將其轉換為數字量后輸出，在由壓控恒流源模塊轉化為恒定的電流值，單片機控制RT19264D STN型漢字圖形點陣液晶顯示模塊的數據端和時鐘端，且RT19264D STN的輸出Q0-Q7分別對應接到數碼管的a-h端口，從而實現單片機控制數

17、碼管顯示的功能。從而完成整個硬件電路的設計。3.1單片機介紹單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更

18、容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發展出了MCS51系列單片機系統?；谶@一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端

19、地位，并且進入主流市場。而傳統的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統已經不再只在裸機環境下開發和使用，大量專用的嵌入式操作系統被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統。單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會

20、集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業控制系統上甚至可能有數百臺單片機在同時工作。單片機的數量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數量還要多。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內存

21、，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可，用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影，它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區別。單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很

22、復雜的功能要是用美國50年代開發的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板，但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別。只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性。由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十

23、K的尺寸。對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統和應用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的?？梢哉f，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。不過這種電腦通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控

24、機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病整個裝置就癱瘓了?，F在這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等。現在有些工廠的技術人員或其它業余電子開發者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 AT89S51是一種帶8K字節閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read On

25、ly Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。8051系列的基本結構如下：8位CPU4KB字節掩膜ROM程序存儲器128字節內部RAM數據存儲器 兩個16位定時計數器1個全雙工的異步串行口5個中斷源，兩個中斷優先級的中斷控制器時鐘電路，外接晶振和電容可產生1.2MHz12 MHz的時鐘頻率3.1.1 AT89S51的引腳介紹如圖3-1所示，AT89S51有四十條引腳，共分為端口線、電源線和控制線。圖3-1AT89S51的引腳1.端口線（48）P0.0-P0.7P0口8

26、位雙向口線（在引腳的39-32號端子）。P1.0-P1.7P1口8位雙向口線（在引腳1-8號端子）。P2.0-P2.7P2口8位雙向口線（在引腳21-28號端子）。P3.0-P3.7P3口8位雙向口線（在引腳10-17號端子）。這4個I/O口，具有不完全相同的功能。P0口有三個功能（1）外部擴展存儲器時，當做數據總線（D0-D7為數據總線接口）（2）外部擴展存儲器時，當做地址總線（A0-A7為地址總線接口）（3）不擴展時，可做一般的I/O使用，但內部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。P1口只做I/O口使用，其內部有上拉電阻。P2口有兩個功能：（1）擴展外部存儲器時，當做地址總線使

27、用。（2）做一般I/O口使用，其內部有上拉電阻。P3口有兩個功能，除作為I/O口使用外（其內部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊功能寄存器來設置，上拉電阻當做輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果P0口作為輸入時，處在高阻抗狀態，只有外接一個上拉電阻才有效。2.電源VCC 為芯片電源，接+5V；VSS為接地線。 控制線:控制線共有4根（1）ALE/PROG:地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 （2）PSEN:外ROM讀選通信號。（3）

28、RST/VPD:復位/備用電源 RST（Reset）功能：復位信號輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。（4）EA/Vpp:內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。 EA功能：內外ROM選擇端。 Vpp功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。3.2單片機時鐘電路單片機時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。1、內部振蕩方式：AT89S51單片機內部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制元件（晶體振蕩器和微調電容），即可構成一個穩定的自激振蕩器。2、外部振蕩方式：把外部已有的時鐘信號引入單片機

29、內。這種方式適宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。在本設計中采用第一種方式，用晶振和電容構成諧振電路。C3和C4雖然沒有嚴格要求，但電容的大小影響振蕩器振蕩的穩定性和起振的快速性，通常選擇在1030pF左右。而晶體振蕩器一般選擇6MHz和12MHz。本時鐘電路在XTAL1和XTAL2引腳分別接一個22pF的電容，兩個引腳之間接入一個12MHz的晶振，電路如圖3-2所示。 C3Y1 C412M22p圖3-2時鐘電路3.3單片機復位電路復位時單片機的初始化操作，其主要功能是PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執行程序。除了進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行時出錯或操作錯誤

30、使系統處于死鎖狀態時，為使單片機正常工作，也需要按復位鍵以重新啟動。RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間持續24個振蕩脈沖周期（即兩個機器周期）以上。復位操作有上電自動復位、按鍵電平復位、外部脈沖復位和自動復位四種方式。在本設計中復位電路采用按鍵電平方式，電路如圖3-3所示，使RST引腳（圖中懸空腳）經過10u電解電容與VCC電源接通，同時經過電阻與地連接而實現。 +5VC5SW-PB10u10KR1圖3-3 復位電路3.4控制電路設計本電路采用AT89S51單片機，AT89S51單片機應用普遍，價格便宜。MCS-51內核結構單片機的數據存儲器分為內部數據存儲器和外部

31、數據存儲器。MCS-51單片機的外部數據存儲器（RAM/IO）空間為64KB（地址為0000H0FFFFH），一般通過16位數據指針DPTR來訪問，且外部RAM和外部I/O的地址安排是統一編址的。MCS-51的內部數據存儲器為128B或256B（AT89S51的內部數據存儲器為128B，地址空間為00H7FH，8032、8052和8752的內部數據存儲器為256B，地址空間為00H0FFH）。AT89S51將內部數據存儲器中的不同區域從功能和用途方面來劃分，可以分為3個區域，即工作寄存器區（00H1FH）、位尋址區（20H2FH）、堆棧和數據緩沖器區（30H7FH或30H0FFH）。本設計中的

32、單片機控制電路設計如圖3-4所示。單片機的P0口用于控制顯示單元電路中的數碼管的選定，P1口控制按鍵，P2口作為D/A的8位數據線端口，單片機的P3.0和P3.1 引腳控制顯示電路中的74LS164的時鐘端和數據端。按鍵的功能是實現輸出電流的設置。按鍵1、2、3、4的功能分別是：設定、移位、加1和減1。當單片機的P1口檢測到有按鍵按下時，啟動數碼管顯示電路開始顯示數值，按下加1鍵顯示數字加1，按下移位鍵時移動數碼管位數調整下一位數字。輸出電流設定好后單片機將電流數字量通過P2口送入到D/A轉換器中，D/A轉換器將其轉換為數字量后輸出。3.5轉換電路設計3.5.1 D/A轉換電路DAC0832是

33、一種8分辨率的典型的D/A轉換集成芯片，與微處理器完全兼容。內部為雙緩沖寄存器即輸入寄存器和DAC寄存器。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優點在單片機應用系統中得到廣泛的應用。DA轉換器是由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及控制電路構成。 該部分電路設計如圖3-5所示。D/A轉換器是接收數字量，輸出一個與數字量相對應的電流或電壓信號的模擬量接口。本設計中D/A轉換器采用DAC0832芯片。AT89S51的P2口作為數據端口與DAC0832的8位數據線相連。DAC0832采用單緩沖工作方式，使芯片的、均與地相接，由單片機的P1.7口控制。DAC0832由8位

34、輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及控制電路構成。數字量從DAC0832的D0-D78個數據輸入端口輸入。DAC0832與單片機的連接方式有兩種：即單緩沖工作方式和雙緩沖工作方式。在單緩沖工作方式下，一個寄存器工作于直通狀態，一個工作于受控鎖存器狀態，在不要求多相D/A同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只需要一次寫操作，就開始轉換，可以提高D/A的數據吞吐量；在雙緩沖工作方式下，兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態，當要求多個模擬量同時輸出時，可采用這種方式。本設計選用單緩沖工作方式，單片機的P1.7引腳來控制DAC0832的轉換工作。3.5.2 A/D轉換電路ADC0809由一個

35、8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數字量，當OE端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉換完的數據。ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。圖3-6 ADC0809引腳圖(1)ADC0809的內部結構ADC0809的內部邏輯結構圖如圖3-7所示。圖3-7 ADC0809內部邏輯結構圖中多路開關可選通8個模

36、擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉換器進行轉換，這是一種經濟的多路數據采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉換結果通過三態輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統數據總線相連，表3-1為通道選擇表。表3-1通道選擇表:C B A 被選擇通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7(2）信號引腳ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7IN0模擬量輸入通道 ALE地

37、址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態送入地址鎖存器中。 START轉換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉換；在A/D轉換期間，START應保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態與通道對應關系見表9-1。CLK時鐘信號。ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC轉換結束信號。EOC=0,正在進行轉換；EOC=1,轉換結束。使用中該狀態信號

38、即可作為查詢的狀態標志，又可作為中斷請求信號使用。D7D0數據輸出線。為三態緩沖輸出形式，可以和單片機的數據線直接相連。D0為最低位，D7為最高 OE輸出允許信號。用于控制三態輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE=0，輸出數據線呈高阻；OE=1，輸出轉換得到的數據。Vcc +5V電源。Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).3.6供電電源電路由前面的論述可以知道選擇串聯型穩壓電路，由于三端式的穩壓器只有三個輸出端，性能穩定、價格低廉、應用方便，可以穩定輸出電壓，選擇三端式的穩壓器，電路

39、連接圖為：圖 3-8正負5V電壓輸出圖3-9正負12V電壓輸出3.7 LCD顯示器機構與原理本設計采用RT19264D STN型漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（12X16點陣）及64X256點陣顯示RAM（GDRAM）?？娠@示內容為192列 64行，還帶多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。RT19264D與單片機接口：8位或4位并行/3位串行。在本設計中，采用8位并行接法，RT19264D與單片機P2口相連，用于顯示設定值與當前測量值。其接口如圖3-10所示。圖3-10 RT19264D接口3.8 鍵盤3

40、.8.1鍵盤的介紹1 鍵盤的選擇及基本結構鍵盤按結構的不同可分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤兩類，每類按譯碼方式的不同又分為編碼式和非編碼式兩種。單片機中一般使用的都是用軟件來識別和產生鍵代碼的非編碼鍵盤。行列式鍵盤的編碼方式有靜態和動態兩種。靜態接口主要由一個行編碼器和一個列編碼器構成；動態接口可采用計數器、譯碼器和數據選擇器構成。這兩種鍵盤由硬件完成鍵的編碼任務。一般在小型儀器儀表和控制系統中，使用較多的是行列式和獨立式的非編碼鍵盤；如果系統要求實現多鍵同時按下的處理，則用非編碼獨立方式較為合適。在該系統中采用的是行列式鍵盤。行列式鍵盤中的鍵實際上就是一個機械開關，位于行線和列線的交點處，當鍵被

41、按下時，其交點的行線和列線接通，使相應行線或列線上的電平發生變化，根據電平變化情況確定被按下的鍵。2 電路硬件說明(1)在“單片機系統”區域中，把單片機的P3.0-P3.7端口通過8聯撥動撥碼開關JP3連接到“44行列式鍵盤”區域中的M1-M4，N1-N4端口上。(2)在“單片機系統”區域中，把單片機的P0.0-P0.7端口連接到“靜態數碼顯示模塊”區域中的任何一個a-h端口上;要求：P0.0對應著a，P0.1對應著b，P0.7對應著h。3 程序設計內容 (1)44矩陣鍵盤識別處理 。(2)每個按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和

42、CPU通信。鍵盤的一端(列線)通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數字“0”實現的。鍵盤處理程序的任務是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么?還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態接地;另一個并行口輸入按鍵狀態，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。4 鍵盤程序流程圖 所編程序首先對鍵盤進行識別看是否有鍵按下，若有鍵按下則對按鍵進行去抖動，然后根據按鍵的物理位置計算鍵碼，最后按鍵釋放，這也就完成了一次按鍵輸入，若無按鍵釋放則直接返回。下圖為鍵盤程序流程圖；鍵盤識別有鍵按下？去抖動確定案件物理位置計算鍵

43、碼返回按鍵釋放 圖3-11鍵盤程序流程圖3.8.2 鍵盤顯示與單片機連接圖該設計采用的是AT89C51單片機和4*4的鍵盤，LCD液晶顯示，各器件的管教都應一一對應連接。本次設計中，我們用到的LCD是12864，總共有20個管腳。下圖為AT89C51單片機和鍵盤、顯示器的連接圖：圖3-12 鍵盤顯示與單片機的連接電路圖第4章 軟件設計一個完整的系統都是由硬件和軟件構成的，在前兩章介紹了課題的硬件設計的原理和電路，這一章主要介紹課題的軟件設計。本章介紹了軟件設計的流程圖，首先給出系統的整體主程序流程圖，然后介紹了AT89S51的程序設計，并敘述了按鍵掃描中出現觸點機械抖動的問題，采用軟件延時方法

44、去按鍵抖動。并闡述了DAC0832進行D/A轉換時采用數據鎖存方法單緩沖工作方式和程序設計的流程。最后介紹了顯示模塊程序設計的流程圖和采用動態送顯方式來驅動數碼管。整個軟件部分的設計是數控恒流源的重要部分，合理的軟件設計有利于簡化整體的設計，能生成符合要求的信號，最終降低成本。4.1主程序設計流程單片機初始化引腳和中斷，當單片機的P1口檢測到有按鍵按下時，如果是S3鍵按下電流值加1，如果是S4鍵按下，則電流值減1。啟動數碼管顯示電路開始顯示數值，輸出電流設定好后單片機將電流數字量通過P2口送入到D/A轉換器中，D/A轉換器將其轉換為數字量后輸出。本設計主程序流程圖如圖4-1所開始初始化引腳中斷

45、是否有鍵按下NS3鍵是否按下YYYNS4鍵是否按下電流值增加1YNY電流值減1YN數值送DA轉換并輸出數碼管顯示圖4-1主程序流程4.2程序設計AT89S51單片機內部主要由9個部件組成：1個8位中央處理器；4KBFlash存儲器；128B的數據存儲器；32條I/O口線；2個定時器/計數器；1個具有6個中斷源、4個優先級的中斷嵌套結構；用于多處理機通信、I/O擴展或全雙工UART的串行口；特殊功能寄存器；1個片內振蕩器和時鐘電路。AT89S51系列單片機完全繼承了MCS-51的指令系統，共有111條指令，按其功能可分為五大類：數據傳送類指令、算術運算類指令、邏輯運算類指令、控制轉移類指令、布爾

46、操作。AT89S51具有4K的內置Flash可在線編程程序存儲器，對于這樣內部有4KB的程序存儲器的芯片，若引腳接VCC（+5V），則PC的值在00FFFH（4KB）之間時，CPU取指令時訪問內部的程序存儲器。若PC值大于0FFFH時，則訪問外部的數據存儲器。如果引腳接Vss（地），則內部的程序存儲器被忽略，即CPU只能訪問外部的數據存儲器。程序存儲器的操作完全由PC控制。對于內部有程序存儲器（ROM或EPROM）的芯片，引腳可接高電平也可接低電平，而對于內部無程序存儲器（如8031和8032）的芯片，必須擴展外部程序存儲器，引腳必須接地。本設計中通過引腳定義設定單片機控制其他器件的引腳。4.

47、3 按鍵掃描本設計中按鍵采用查詢方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環主程序，有按鍵按下時，轉向相應的子程序。對于每一個按鍵，都有一個接口電路與單片機相連，單片機查詢到哪一個鍵按下，然后通過跳轉指令轉入該按鍵編碼子程序，根據編碼方式控制NE555的起振時間。按鍵按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩定下來，抖動時間的長短與開關的機械特性有關，一般為5-10ms。在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態，可能導致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作。為了克服按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件、軟件兩方

48、面考慮。在按鍵數比較少時，可采用硬件去抖動，按鍵數比較多時，采用軟件去抖動。硬件可采取在鍵輸出端加R-S觸發器或單穩態觸發器構成去抖動電路。軟件上采取的措施是：在檢測到有按鍵按下時，執行一個10ms左右的延時程序后，再確認，該按鍵電平是否仍處于閉合狀態電平，若仍保持閉合狀態電平，則確認該鍵處于閉合狀態，同理，在檢測到該鍵釋放后，也采用相同的步驟進行確認，從而消除抖動的影響。本設計中采用軟件演示方法去按鍵抖動。 4.4 D/A轉換DAC0832進行D/A轉換，可以采用兩種方法對數據進行鎖存：第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態，而DAC寄存器工作在直通狀態，就是使和都為低電平，DAC寄存器的鎖

49、存選通端得不到有效電平而直通。此外，使輸入寄存器的控制信號ILE處于高電平，處于低電平，這樣當端來一個負脈沖時，就可以完成1次轉換。第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態，而DAC寄存器工作在鎖存狀態，使和為低電平，ILE為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號處于無效狀態而直通。當和端輸入1個負脈沖時，使得DAC寄存器工作在鎖存狀態，提供鎖存數據進行轉換。根據以上DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器不同的控制方法，DAC0832有如下3種工作方式：單緩沖方式：單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄存器同時接受資料，或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用于只有一路模擬量輸

50、出或幾路模擬量異步輸出的情形。雙緩沖方式：雙緩沖方式是先使輸入寄存器接受資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到DAC寄存器，即分 兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個D/A轉換同步輸出的情形。直通方式：直通方式是資料不經兩級鎖存器鎖存，即、均接地，ILE接高電平。此方式適用于連續反饋控制線路，不過在使用時，必須通過另加I/O接口與MCU連接，以匹配MCU與D/A轉換。本設計中選用的是第一種數據鎖存方法單緩沖工作方式，將和直接接低電平，接低電平，由單片機P1.7引腳控制。該部分子程序流程圖如圖4-2所示。開始向P2口寫數據延時5us將WR1置底將WR置為高電平結束圖4-2D/A寫入數據子程序流程圖4.

51、5 LCD顯示根據數碼管的驅動方式不同，數碼管送顯方式有兩種：靜態送顯和動態送顯。靜態顯示驅動：靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動4個數碼管，靜態顯示則需要32根I/O端口來驅動，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。動態顯示驅動：數碼管動態顯示接口是單片機中應用最廣泛的顯示方式之一。動態驅動是將所有數碼管的8個碼段“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字型碼時，所有數碼管都接收到相同的字型碼，那個數碼管顯示該字形由單片機對位選通電路的控制，所以將欲