課程設(shè)計—數(shù)控直流電流源的設(shè)計

1、<p><b>　　綜合電子設(shè)計實驗</b></p><p>　　數(shù)控直流電流源的設(shè)計</p><p>　　學 院： 計算機與電子工程學院 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號 ：

2、 </p><p>　　指導教師： 職稱 副教授 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　班 級： </p><p>　　完成時間： 2012 - 10 </p><p>&l

3、t;b>　　數(shù)控直流電流源</b></p><p><b>　　1 設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計并制作數(shù)控直流電流源。輸入交流200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤10V。其原理示意圖如下所示。</p><

4、p><b>　　圖1.1 原理圖</b></p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　1.2.1 基本要求</p><p>　?。?）輸出電流范圍：200mA～2000mA；</p><p>　?。?）可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕

5、對值≤給定值的1％+10 mA；</p><p>　?。?）具有“+”、“-”步進調(diào)整功能，步進≤10mA；</p><p>　?。?）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的1％+10 mA； </p><p>　　1.2.2 發(fā)揮部分</p><p>　?。?）輸出電流范圍為20mA～2000mA，

6、步進1mA；</p><p>　　（2）設(shè)計、制作測量并顯示輸出電流的裝置 (可同時或交替顯示電流的給定值和實測值)，測量誤差的絕對值≤測量值的0.1％+3個字；</p><p>　?。?）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的0.1％+1 mA；</p><p><b>　?。?）其他。</b><

7、;/p><p><b>　　2 方案設(shè)計與論證</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計思想</b></p><p>　　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。該方法是用精密電阻取樣得到反饋電壓，將反饋電壓與高精度的參考電壓比較得到誤差電壓，此誤差電壓經(jīng)放大后輸出控制調(diào)整管的導通程度，使預(yù)設(shè)電流值和實測電

8、流值的逐步逼近，直至相等，從而達到數(shù)控的目的。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。</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　對于數(shù)控直流電流源的設(shè)計有很多方案，下面做一下介紹：</p><p>　　

9、方案一：方框圖如圖2.1所示，數(shù)控直流電流源由鍵盤、控制器、顯示器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、電壓電流轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換等部分組成，鍵盤的作用是設(shè)定電流值和確定電流步進值；控制器的作用是將設(shè)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(shè)定電流值；數(shù)模轉(zhuǎn)換的作用是設(shè)定電流值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量；電壓電流轉(zhuǎn)換的作用是將電壓轉(zhuǎn)換成恒定電流輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換的作用是將輸出的模擬量再轉(zhuǎn)換為數(shù)字量反饋到控制器，使實際輸出電流值與設(shè)定電流值一致。</p&g

10、t;<p>　　圖2.1 方案一的方框圖</p><p>　　方案一的數(shù)控直流電流源設(shè)計比較簡單，對于電流的變化是采用相比而言使用可編程芯片，如CPLD或FPGA等和DAC控制，采用LED數(shù)碼管進行實時顯示，操作也比較方便。</p><p>　　方案二：方框圖如圖2.2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。該方法是用精密電阻取樣得到反饋電壓，將反饋電壓與高

11、精度的參考電壓比較得到誤差電壓，此誤差電壓經(jīng)放大后輸出控制調(diào)整管的導通程度，使預(yù)設(shè)電流值和實測電流值的逐步逼近，直至相等，從而達到數(shù)控的目的。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。</p><p>　　圖2.2 方案二方框圖</p><p>　　方案二的數(shù)控直流電源設(shè)計采用單片機

12、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。此方案采用保持電阻恒定而改變輸入電壓的方法來改變電流的大小。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。該方案的難點在于穩(wěn)定恒流源的設(shè)計和高精度電流檢測電路的設(shè)計。特點是可精確

13、的控制電流的步進量，負載變化對電流輸出的影響較小。</p><p>　　根據(jù)題目要求以及設(shè)計思路，比較之后，基于以上優(yōu)點以及對于單片機的成熟應(yīng)用，因此我決定用單片機來作為控制器，我所采用的是第二種方案。</p><p>　　3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.1 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1 時鐘電路</

14、p><p>　　單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作.在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，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。</p><p>　　一般選用石英晶體振蕩器。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。電路中石英晶體振蕩器的頻率為12MHz，兩個電容

15、 C1、C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。C1、C2的典型值為33PF。單片機的時鐘電路如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 單片機的時鐘電路圖</p><p>　　3.1.2 復位電路</p><p>　　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

16、狀態(tài)。</p><p>　　復位電路用于產(chǎn)生復位信號，通過RST引腳送入單片機，進行復位。因為AT89S52單片機的復位是靠外部電路實現(xiàn)的。復位電路的好壞直接影響單片機系統(tǒng)工作的可靠性，因此，要重視復位電路的設(shè)計和研究。只要RST端保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效地復位。AT89C51單片機通常采用上電自動復位、按鍵復位、以及上電加按鍵復位等，我們采用的是上電加按鍵復位方式，這樣做的優(yōu)點是上電后可以直接

17、進入復位狀態(tài)，當程序出現(xiàn)錯誤時，可以隨時使電路復位。則復位電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 單片機復位電路圖</p><p>　　3.1.3 AT89C51單片機</p><p>　　此單片機共有4個8位的并行雙向I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3，這4個口除可按字節(jié)尋址以外，還可按位尋址。P0口地址為80H,位地址為80H~87H。各

18、位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路。P1口地址為90H,位地址為90H~97H。P1口只能作為通用數(shù)據(jù)I/O口使用，所以在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有些不同。P2口地址為A0H,位地址為A0H~A7H。P2口既可以作為系統(tǒng)高位地址線使用，也可以為通用I/O口使用，所以P2口電路邏輯與P0口類似。P3口地址為B0H,位地址為B0H~B7H。雖然P3口可以作為通用I/O口使用，但在實際應(yīng)用中它的第二功能信號更為重要。P3口的第二功能如表3.1

19、所示。</p><p>　　AT89C51單片機還有一個地址鎖存控制信號ALE，外部程序存儲器讀選通信號,訪問程序存儲器控制信號,復位信號RST，地線和+5V的電源。</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)圖如圖3.3所示。</p><p>　　表3.1 P3口線第二功能</p><p>　　圖3.3 單片機最小系統(tǒng)圖</p>

20、<p><b>　　3.3 顯示模塊</b></p><p>　　方案一：使用LED數(shù)碼管顯示。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。但根據(jù)題目要求，如果需要同時顯示給定值和測量值，以及其他輸出特性值，需顯示的內(nèi)容較多，要使用多個數(shù)碼管動態(tài)顯示，使電路變得復雜，加大了編程工作量。</p><p>　　方案二：使用LCD液晶顯示。LCD具

21、有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示數(shù)字，分辨率高，抗干擾能力強，功耗小，且設(shè)計簡單等特點。</p><p>　　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

22、符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字

23、符的對應(yīng)關(guān)系，CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR，則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM，L</p><p>　　表3.2 LM016L引腳功能</p><p>　　綜上所述，選擇方案二。采用LM016L液晶顯示模塊同時顯示電

24、流給定值和實測值以及負載內(nèi)阻。連接電路圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 LM016L與單片機的接線圖</p><p><b>　　3.4 鍵盤模塊</b></p><p>　　方案一：采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個I/O口的工作狀態(tài)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

25、機的I/O口數(shù)目較多。</p><p>　　方案二：采用標準4×4鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當按鍵較多時可降低占用單片機的I/O口數(shù)目，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進。</p><p>　　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。綜合考慮兩種方案及題目要求，采用方案二，使用標準的4x4鍵盤，可以實現(xiàn)0～9數(shù)字輸入、“+”、“-”、“OK

26、”、“SET”、“DEL”、“RESET/ON”這些功能按鍵。其電路圖如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 鍵盤與單片機的接線圖</p><p>　　3.5 電流源模塊</p><p>　　方案一：采用集成穩(wěn)壓器運放構(gòu)成的線性恒流源。如圖3.6所示。D/A輸出電壓作為恒流源的參考電壓，運算放大器U1與晶體管Q1,Q2組成的達林頓電路構(gòu)成電壓跟隨器。利用

27、晶體管平坦的輸出特性即可得到恒流輸出。由于跟隨器是一種深度的電壓負擔虧電路，因此電流源具有較好的穩(wěn)定性。本電流源的穩(wěn)定度優(yōu)于0.5%。為了提高穩(wěn)定度，Rs采用大線徑康銅絲制作，康銅絲溫度系數(shù)很小，大線徑可以使其溫度影響減至最小。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，Q1采用9014大倍數(shù)大約為400.Q2采用低頻功率管3DD15，他的放大倍數(shù)為10~20倍，漏電流很小。Q1的加入是為了增加復合管的放大倍數(shù)。&l

28、t;/p><p>　　圖3.6 穩(wěn)壓器運放線性恒流源模塊電路圖</p><p>　　方案二：采用運放和場效應(yīng)管的壓控恒流源。電路原理圖如圖3.7所示。該恒流源電路由運算放大器、大功率場效應(yīng)管Q1、采樣電阻R2、負載電阻RL等組成硬件設(shè)計。采用場效應(yīng)管，更易于實現(xiàn)電壓線性控制電流，既能滿足輸出電流最大達到2A的要求，電路簡潔也能較好地實現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。此電路中，為了滿足題目的設(shè)計要求

29、，調(diào)整管采用大功率場效應(yīng)管IRF640。當場效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時，漏極電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當Ud為常數(shù)時，滿足：Id=f（Ugs），只要Ugs不變，Id就不變。在此電路中，R7為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較?。┳柚禐?Ω。運放OP07作為電壓跟隨器，Uin=Up=Un，場效應(yīng)管Id=Is(柵極電流相對很小，可忽略不計) 所以Iout=Is= Un/R7= Uin/R7。正因為Iout=Uin/R7，電路

30、輸入電壓Uin控制電流Iout，即Iout不隨RL的變化而變化，從而實現(xiàn)壓控恒流。</p><p>　　圖3.7 壓控恒流源模塊電路圖</p><p>　　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(yīng)管等構(gòu)成一個恒流源電路。</p><p><b>　　3.6 負載模塊</b></p

31、><p>　　根據(jù)題目要求，設(shè)計了如圖3.8所示的電路圖。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17V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，Va/din1=（1+R1/R2）[(R4/R3)/(1+R4/R3)]Va-R1/R2Vb,當R1/R2=R4/R3時，OP07輸出電壓Va/din1=R4/R3(Va-Vb)，硬件設(shè)置R4/R3=1/4,軟件還原

32、負載電壓，保證測量精度。而采樣精密電阻R1為1Ω，通過采樣R7兩端電壓值換算成電流值即可得到輸出電流。</p><p>　　圖3.8 負載電流、電壓測量電路圖</p><p>　　3.7 D/A、A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　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(yīng)當合理。</p><p>　　3

33、.7.1 D/A轉(zhuǎn)換器 </p><p>　　本設(shè)計中應(yīng)采用DAC模塊提供高精度的基準電壓，即通過CPU發(fā)出的二進制轉(zhuǎn)換為的模擬電壓，送給誤差放大器，實現(xiàn)步進要求。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　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。</p><

34、p>　　，故應(yīng)采用12位D/A轉(zhuǎn)換器為D/A轉(zhuǎn)換芯片，供選擇的很多，在此選用proteus元件庫中的LTC1456芯片。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 TLC1456內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖</p><p>　　3.7.2 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　A/D模塊的是反饋的核心，我們采用Proteus元件庫中的TLC2543芯片實

35、現(xiàn)。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。它使用逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。最大線性誤差小于1LSB，轉(zhuǎn)換時間10µs。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。TLC2543引腳功能如表3.3所示，其特點如下： ①11個模擬輸入通道；</p><p>　?、?路內(nèi)置自測試方式；</p

36、><p>　?、鄄蓸勇蕿?6kbps； ④線性誤差±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； </p><p>　?、嗫删幊梯敵鰯?shù)據(jù)長度。</p><p>　　表3.3 LTC2543引腳功能</p><p>　　轉(zhuǎn)換過程：上電后，片選CS必須從高到低，才能開始一次工作

37、周期，此時EOC為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機的。開始時，CS片選為高，I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止，DATA OUT 呈高阻狀，EOC為高。使CS變低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能，DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。12個時鐘信號從I/OCLOCK端依次加入，隨著時鐘信號的加入，控制字從DATAINPUT一位一位地在時鐘信號的上升沿時被送入TLC2543(高位先送入)，同時上一周期轉(zhuǎn)換

38、的A/D數(shù)據(jù)，即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)從DATAOUT一位一位地移出。TLC2543收到第4個時鐘信號后，通道號也已收到，此時TLC2543開始對選定通道的模擬量進行采樣，并保持到第12個時鐘的下降沿。在第12個時鐘下降沿，EOC變低，開始對本次采樣的模擬量進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間約需10μs，轉(zhuǎn)換完成后EOC變高，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個工作周期輸出。此后，可以進行新的工作周期。</p><p>

39、　　3.7.3 D/A、A/D連接電路</p><p>　　D/A 、A/D連接電路如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 D/A、A/D連接電路圖</p><p><b>　　4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　4.1 單片機資源使用情況</p><p>　　本設(shè)

40、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。數(shù)控直流電流源的數(shù)據(jù)要存儲到數(shù)據(jù)存儲器中去，用到了30H到50H之間的單元。</p><p>　　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。用到的液晶顯示器接到了單片機的P0口線上，液晶顯示器的

41、使能端用到了P3口線。</p><p>　　4.2 軟件系統(tǒng)的模塊</p><p>　　4.2.1 定時模塊</p><p>　　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。本設(shè)計中采用的是軟件去抖動的方

42、法，抖動的定時采用的軟件的延時進行定時的。</p><p>　　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。</p><p>　　4.2.2 按鍵操作模塊</p><p>　　在本次設(shè)計中，用到了三個獨立式鍵盤進行按鍵的操作。因

43、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。</p><p>　　在按鍵的程序掃描中是采用查詢的方法對按鍵進行操作的，當查詢到按鍵有動作時，則執(zhí)行相應(yīng)的操作。獨立式鍵

44、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。本設(shè)計中的鍵盤掃描子程序的名稱為KEY，則鍵盤掃描子程序KEY應(yīng)具有以下功能：判定有無按鍵動作；去抖動；確認是否真正有閉合鍵；計算并保存閉合鍵鍵碼；判定閉合鍵是否釋放；恢復閉合鍵鍵碼。</p><p>　　4.2.3 D/A轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　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

45、的二進制代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓輸出，這樣使得所設(shè)計的電流源更加精確。在此模塊中，因為進行換擋的轉(zhuǎn)換，在這里我所采用的是做除法，然后再存儲除法得到的商和余數(shù)，這里面我用到了兩個子程序，一個是將十進制轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，二個是采用移位相減的方法做除法。</p><p>　　4.2.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　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

46、之后，由單片機進行處理。然后輸出相應(yīng)的電流值大小。</p><p>　　4.2.5 LCD顯示模塊</p><p>　　寄存器選擇控制表如表4.1所示。</p><p>　　表4.1 寄存器選擇控制表</p><p>　　注：關(guān)于E=H脈沖——開始時初始化E為0，然后置E為1，再清0。</p><p>　　busy

47、 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。</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A

48、”。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”。</p><p>　　4.3 程序流程圖</p><p>　　4.3.1 主控制流程圖</p><p>　　在此次設(shè)計的過程中，我是采用模塊的設(shè)計方法，一個一個實現(xiàn)功能，可以說如果完成了一個任務(wù)的程序框圖，就是完成了整個設(shè)計任務(wù)的百分之三十

49、左右，在本次課程設(shè)計的過程中，我都是采用這種思想進行數(shù)控直流電流源的設(shè)計的。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。主控制流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 主控制流程圖</p><p>　　4.3.2 按鍵操作流程圖</p><p>　　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

50、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。</p><p>　　這次設(shè)計中，鍵盤掃描子程序的代號為KEY，其鍵盤掃描程序設(shè)計的流程框圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 按鍵掃描子程序流程圖</p><p>　　4.3.3 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換流程圖</p

51、><p>　　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4.3所示。</p><p>　　圖4.3 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　4.3.4 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　由于使用的十進制數(shù)，而在做除法的時候，要進行數(shù)制的轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的流程圖如圖4.4所示。<

52、/p><p>　　圖4.4 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　4.3.5 LCD顯示流程圖</p><p>　　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4.5所示。</p><p>　　圖4.5 LCD顯示子程序流程圖</p><p>　　5 仿真測試及結(jié)果</p>

53、;<p>　　5.1 設(shè)計結(jié)論及使用方法</p><p>　　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。本次設(shè)計比較成功，在按鍵操作中能夠按照預(yù)先給定的功能進行操縱。</p><p>　　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。具體操作說明：按了復位鍵之后，液晶顯示

54、屏上也能顯示“S0200mA"。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。電流設(shè)定初始值為200mA?？梢园?，-鍵實現(xiàn)步進，數(shù)據(jù)實時顯示。要設(shè)置電流直接按數(shù)字鍵無效。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。在設(shè)定電流的過程中，需要有效按四次數(shù)字鍵，如果在設(shè)置的過程中想放棄

55、修改，按下RESET/ON鍵，如果需要修改已經(jīng)按下的數(shù)值，可以按DEL鍵，光標返回到上一個數(shù)，重新按某一個數(shù)字鍵即完成修改。設(shè)置完成后屏幕顯示相應(yīng)值。操作顯示界面如圖5.1所示。如果設(shè)定的電流值不在200mA～2000mA內(nèi)屏幕顯示 “ERROR! RESET”。</p><p>　　圖5.1 仿真顯示器顯示界面圖</p><p><b>　　5.2 仿真結(jié)果</b&g

56、t;</p><p>　　5.2.1 輸出電流范圍仿真</p><p>　　由于在程序設(shè)計上限制了電流輸出范圍是200～2000mA，限定了電壓值小于10V,當給定值在量程內(nèi)時顯示“OK!”；當給定值超過量程時將顯示“ERROR! RESET!”，如下圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2 仿真報錯顯示界面圖</p><p>　　若

57、需要設(shè)定輸出電流值，當按下SET鍵時，出現(xiàn)如圖5.3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5.4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。若發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)字超出電流允許范圍，可以按SET鍵再次輸入數(shù)值。</p><p>　　圖5.3 輸出電流值確認

58、SET顯示界面圖</p><p>　　圖5.4 輸出電流值SET顯示界面圖</p><p>　　5.2.2 步進調(diào)整仿真</p><p>　　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。通過鍵盤DEL鍵可以修改上一步輸錯的數(shù)字。如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 修改設(shè)定的輸出電流值界面&l

59、t;/p><p>　　5.2.3 輸出電流仿真</p><p>　　下圖5.6所示是仿真最低電流200mA負載電阻為2.0時的狀態(tài)，根據(jù)顯示器顯示內(nèi)容可知，設(shè)定輸出電流值為200mA，實測電流值為201mA，輸出電壓為0.400V，負載電阻為2.0，都滿足設(shè)計要求。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5.1所示。</p><p>　　圖5.6 負

60、載電阻為2.0仿真狀態(tài)圖</p><p>　　表5.1 負載RL=2.0Ω的數(shù)據(jù)表格</p><p>　　運用同樣的仿真步驟，依次仿真負載電阻為3.0、4.0時這兩種狀態(tài)，記錄的仿真數(shù)據(jù)分別如表5.2、表5.3所示。</p><p>　　表5.2 負載RL=3.0Ω的數(shù)據(jù)表格</p><p>　　表5.3 負載RL=4.0Ω的數(shù)據(jù)表格&

61、lt;/p><p><b>　　5.3 誤差分析</b></p><p><b>　　測量結(jié)果分析：</b></p><p>　　步進1mA時設(shè)定值與實測值在200~2000mA之間，誤差在5mA以下。</p><p>　　在改變負載時，誤差在10mA以下。</p><p>　

62、　在改變輸出電壓時，誤差在10mA以下。</p><p>　　綜上所述，系統(tǒng)仿真實測數(shù)據(jù)滿足題目的基本要求，能滿足輸出電流與給定值偏差的絕對值≤給定值的1％+10 mA。說明本電路有較高的精度和穩(wěn)定性。</p><p><b>　　誤差分析：</b></p><p>　　紋波對電流輸出的影響，采用屏蔽的方法，遠離容易產(chǎn)生脈沖工作方式的器件，減少

63、供電電源的紋波等，對于選擇低噪聲的運放是解決問題的一種方法。另外在輸出接近低頻直流時，運放的失調(diào)電壓和失調(diào)電流也是產(chǎn)生低頻噪聲的源泉，在這里的解決方法是在運放前加一級晶體管或者場效應(yīng)管的差分級。</p><p>　　該數(shù)控直流電流源的誤差出現(xiàn)還有可能有幾個地方，第一個就是換擋電路的電壓基準值是否十分標準，能夠按照所理想設(shè)定的電壓值輸出。采用高標準測量電路，先將換擋電路的輸出電壓標準化。第二個就是達林管的是否能夠按

64、照理想的工作狀態(tài)進行相應(yīng)的工作，解決方法可以產(chǎn)生一個相應(yīng)的PWM信號控制。具體如下分析：</p><p>　?。?）、由于普通運算放大器的運放零點漂移，溫度漂移等帶來的誤差。可以通過溫度補償措施來解決此誤差。</p><p>　?。?）、由于采樣電阻在溫度上升時阻值會變化，因此會引起溫度漂移，給系統(tǒng)帶來測量的誤差。</p><p>　?。?）、受D/A轉(zhuǎn)換器精度，A

65、/D轉(zhuǎn)換器精度，基準源穩(wěn)定程度等硬件本身的限制，不可避免地帶來一定程度的誤差。</p><p><b>　　6 收獲與體會 </b></p><p>　　在本次數(shù)控直流電流源的設(shè)計過程中，有許多感觸，首先對C語言，我覺得這是一門邏輯性很強的語言，但同時也是一門比較容易掌握的語言。這門語言和我們的實際聯(lián)系很機密，比如說里面很多傳送指令，都是根據(jù)實際存在的硬件而存在的，還

66、有你面的與或指令、乘法、除法指令，其實都是和我們從小就學的數(shù)學息息相關(guān)的。就C語言而言，對于同一種效果可以采用不同的指令完成，也可以采用相同的指令完成，但因為你所選用的方案不同使得所產(chǎn)生的效果也就有所不同，因此這也鍛煉了我們在思考同一個問題，如果能夠采用發(fā)散思維的話，往往會得到意想不到的結(jié)果。</p><p>　　談完基本的工具之后，我要談的就是這次的主題，數(shù)控直流電流源可以說是我們非常熟悉的東西，但是沒有學單片

67、機這門功課時，誰也不會想它是怎么工作的，又是怎么做成的。在我自己動手完成了這次設(shè)計之后，我才發(fā)現(xiàn)其實在我們身邊有好多東西是要我們自己去研究的，如果只在原地踏步的話，就會落后，隨著社會的不斷進步，我們身邊的東西越來越高科技話，那么要我們學習的東西也就越來越多。</p><p>　　我覺得在這次設(shè)計過程中，我學到了很多，不僅僅是對匯編語言有了自己的想法，更重要的是培養(yǎng)了一種用于面對問題，解決問題的精神，在我們以后走向

68、社會的道路上還不知道會遇到多少問題，如果有了這種精神的話，我相信無論多么困難的問題，都會迎刃而解的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］唐俊瞿，許雷，張群瞻.單片機原理與應(yīng)用［Ｍ］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003</p><p>　?。?］李廣弟，朱月秀，冷祖祁.單片機基礎(chǔ)［Ｍ］.北京：北京航空航天大學出版

69、社，2007</p><p>　?。?］李光飛.單片機課程設(shè)計實例指導［Ｍ］.北京：北京航空航天大學出版社，2004.9</p><p>　?。?］張洪潤，蘭清華.單片機應(yīng)用技術(shù)教程［Ｍ］.北京：清華大學出版社，1997.11</p><p>　?。?］李華.MCS—51系列單片機實用接口技術(shù)［Ｍ］..北京：北京航空航天大學出版社，1993</p>&

70、lt;p>　?。?］李朝青.單片機原理及接口技術(shù)［Ｍ］..北京：北京航空航天大學出版社，1998</p><p>　?。?］趙秀珍，單永磊.單片微型計算機原理及其應(yīng)用［Ｍ］..北京：中國水利水電出版社，2001.8</p><p>　　[8]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分) ［Ｍ］..北京：高等教育出版社，2007</p><p><b>　　附錄&

71、lt;/b></p><p><b>　　附錄1 總電路圖</b></p><p><b>　　附錄2程序清單</b></p><p>　　;************************************************************ </p><p>

72、　　;****;在本次課程設(shè)計的程序中，我用到的是液晶顯示器，其使能***</p><p>　　;****;端接單片機的P3.0，P3.1，P3.2引腳，用到了DA轉(zhuǎn)換等需要 ***</p><p>　　;****;的暫存單元分別為30H到35H，其中還有一些必要的標志位存***</p><p>　　;****;在在36H到4AH單元。按鍵接單片機的P2.0到P2.

73、7，液晶顯示***</p><p>　　;****;顯示器數(shù)據(jù)口接單片機的P0.0到P0.7，本數(shù)控直流電流源有加 ***</p><p>　　;****;減調(diào)整，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)進行調(diào)整，精確度更高。***</p><p>　　;************************************************************

74、</p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit rs=P3^0; </p><p>　　sbit rw=P3^

75、1; </p><p>　　sbit lcden=P3^2; //液晶顯示屏相關(guān)位定義</p><p>　　sbit AD_OUT=P1^0;</p><p>　　sbit AD_IN=P1^1;</p><p>　　sbit AD_CS=P1^2;</p><p>　　sbit AD_CLOCK

76、=P1^3;</p><p>　　sbit DA_IN=P3^3;</p><p>　　sbit DA_CK=P3^4;</p><p>　　sbit DA_CS=P3^5;</p><p>　　sbit x=P1^4;</p><p>　　uchar code table1[]="Are you sure

77、 ";</p><p>　　uchar code table2[]=" to set I? ";</p><p>　　uchar code table3[]=" ERROR!RESET! ";</p><p>　　unsigned long int temp0,temp1;</p>&

78、lt;p>　　uint ADCdat,i,AD_DAstart;</p><p>　　float Voltage1,Voltage2,r;</p><p>　　int vol,rtt;</p><p>　　uchar set,volarry0[4],volarry1[4],rt[2];</p><p>　　char iset[5]={0

79、,0,2,0,0,};</p><p>　　void led_init(); //函數(shù)聲明</p><p>　　void delayms(uint z);</p><p>　　void delay(uint t);</p><p>　　void write_com(uchar com);</p>&l

80、t;p>　　void write_date(uchar date);</p><p>　　void display_AD();</p><p>　　uint read2543(uchar port);</p><p>　　void Send1456(uint DACdat);</p><p>　　void keyscan();</

81、p><p>　　;************************************************************</p><p>　　;****; 主程序 ****</p><p>　　;******************************************

82、******************</p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　led_init();</p><p><b>　　i=20;</b></p><p>　　display

83、_AD();</p><p>　　Send1456(20);</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　keyscan();</p><p>　　if(AD_DAstart==1)</p>

84、<p><b>　　{</b></p><p>　　display_AD();</p><p>　　Send1456(iset[1]*1000+iset[2]*100+iset[3]*10+iset[4]);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}

85、</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delayms(uint z) //延時函數(shù)，參數(shù)為z</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p

86、>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--); //z=1測試為大約1微秒</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(uint t) //極短延時</p><p><b>　　{</b>

87、</p><p>　　while(t--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_com(uchar com) //寫命令函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　rs=0; //rs置

88、0表示寫命令</p><p>　　lcden=0; //按時序圖置低</p><p>　　P0=com; //位聲明，按原理圖接P0口，輸入數(shù)據(jù)</p><p>　　lcden=1; //置高</p><p>　　delayms(5); //時序圖中須有thd2時間延時</p>&l

89、t;p>　　lcden=0; //按時序圖置低</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_date(uchar date) //寫數(shù)據(jù)函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　rs=1; //rs置1表示寫

90、數(shù)據(jù)</p><p>　　lcden=0; </p><p>　　P0=date; //將數(shù)據(jù)賦到P0口</p><p>　　delayms(5); </p><p>　　lcden=1; </p><p>　　delayms(5); </p><p>　

91、　lcden=0; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void led_init() //初始化函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p&g

92、t;<b>　　rw=0;</b></p><p>　　write_com(0x38); //顯示模式設(shè)置：16X2顯示，5X7點陣，8位數(shù)據(jù)</p><p>　　write_com(0x0c); // 開顯示，關(guān)光標，光標不閃爍</p><p>　　write_com(0x06); // 寫一個數(shù)據(jù)后地址指針加一，光標加一&

93、lt;/p><p>　　write_com(0x01); // 數(shù)據(jù)指針及數(shù)據(jù)清0</p><p>　　write_com(0x80); // 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針，第一行</p><p>　　write_com(0x80+5);</p><p>　　write_date(0x6d);</p><p>　　wri

94、te_date(0x41);</p><p>　　write_com(0x80); </p><p>　　write_date(0x53);</p><p>　　write_date(0x30+iset[1]);</p><p>　　write_date(0x30+iset[2]);</p><p>　　write

95、_date(0x30+iset[3]);</p><p>　　write_date(0x30+iset[4]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　;************************************************************</p><p>　　;*

96、***; A/D轉(zhuǎn)換子程序 ****</p><p>　　;************************************************************</p><p>　　void display_AD()</p><p><b>　　{</b></p&

97、gt;<p>　　uchar num;</p><p>　　temp0+= read2543(0x00);//進行AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　temp1+= read2543(0x01);</p><p>　　i--;//取20次AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果，求平均值</p><p><b>　　if(i==0)&l

98、t;/b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　ADCdat=temp1/20;</p><p><b>　　temp1=0;</b></p><p>　　Voltage2=(ADCdat*5.0)/4096; //基準電壓為5.0V</p><p

99、>　　vol=(int)((Voltage2*4)*1000);// 擴大1000倍</p><p>　　volarry1[3]=vol/1000;</p><p>　　volarry1[2]=vol%1000/100;</p><p>　　volarry1[1]=vol%100/10;</p><p>　　volarry1[0]=vo

100、l%10;</p><p>　　ADCdat=temp0/20;</p><p><b>　　temp0=0;</b></p><p><b>　　i=20;</b></p><p>　　Voltage1=(ADCdat*5.0)/4096; //基準電壓為5.0V</p><p

101、>　　vol=(int)(Voltage1*1000+1);// 擴大1000倍</p><p>　　volarry0[3]=vol/1000;</p><p>　　volarry0[2]=vol%1000/100;</p><p>　　volarry0[1]=vol%100/10;</p><p>　　volarry0[0]=vol%

102、10;</p><p>　　write_com(0x80+0x40);</p><p>　　write_date(0x54);</p><p>　　write_date(0x30+volarry0[3]);</p><p>　　write_date(0x30+volarry0[2]);</p><p>　　write_

103、date(0x30+volarry0[1]);</p><p>　　write_date(0x30+volarry0[0]);</p><p>　　write_date(0x6d);</p><p>　　write_date(0x41);</p><p>　　if(vol>2000||vol<200||volarry1[3]>

104、;10||volarry1[3]==10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_com(0x01); // 數(shù)據(jù)指針及數(shù)據(jù)清0</p><p>　　write_com(0x80); // 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針，第一行</p><p>　　for(num=0;num<16;

105、num++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_date(table3[num]);</p><p>　　delayms(1); //循環(huán)方式寫第一行數(shù)據(jù)</p><p><b>　　}</b></p><p><b>

106、　　set=1;</b></p><p>　　AD_DAstart=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_com(

107、0x80+0x40+13);</p><p>　　write_date(0x4f);</p><p>　　write_date(0x4b);</p><p>　　write_date(0x21);</p><p>　　write_com(0x80+9);</p><p>　　write_date(0x30+volarr

108、y1[3]);</p><p>　　write_date(0x2e);</p><p>　　write_date(0x30+volarry1[2]);</p><p>　　write_date(0x30+volarry1[1]);</p><p>　　write_date(0x30+volarry1[0]);</p><p

109、>　　write_date(0x56);</p><p>　　r=Voltage2*4/Voltage1;</p><p>　　rtt=(int)(r*10);</p><p>　　rt[1]=rtt/10;</p><p>　　rt[0]=rtt%10;</p><p>　　write_com(0x80+0x4

110、9);</p><p>　　write_date(0x30+rt[1]);</p><p>　　write_date(0x52);</p><p>　　write_date(0x30+rt[0]);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b&g

111、t;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　;************************************************************</p><p>　　;****; D/A轉(zhuǎn)換子程序 ****</p><p&g

112、t;　　;************************************************************</p><p>　　uint read2543(uchar port) //DA轉(zhuǎn)換子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint ad=0,j;</p><p

113、>　　AD_CLOCK=0;</p><p><b>　　AD_CS=0;</b></p><p><b>　　port<<=4;</b></p><p>　　delay(50); </p><p>　　for(j=0;j<12;j++)</p><p&g

114、t;<b>　　{</b></p><p>　　if(AD_OUT) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ad=0x01;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　AD_

115、IN=(bit)(port&0x80);</p><p>　　AD_CLOCK=1;</p><p><b>　　delay(6);</b></p><p>　　AD_CLOCK=0;</p><p><b>　　delay(3);</b></p><p><b

116、>　　port<<=1;</b></p><p><b>　　ad<<=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　AD_CS=1;</b></p><p><b>　　ad>>

117、;=1;</b></p><p>　　return(ad);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Send1456(uint DACdat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i=0;<

118、/p><p><b>　　DA_CK=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　DA_CS=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p>　

119、　for(i=0;i<12;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DA_IN=(bit)(DACdat&0x800);</p><p><b>　　DA_CK=1;</b></p><p>　　DACdat<<=1;</p>&

120、lt;p>　　DA_CK=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DA_CS=1;</b></p><p><b>　　DA_CS=0;</b></p><p><b>　　}</b></p>&l