畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的數(shù)控直流恒流源的制作

1、目錄第一章 緒論51.1 研究背景51.2 題目意義51.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況61.4 課題的主要內(nèi)61.4.1 如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的輸出控制61.4.2 主要性能指標(biāo)61.5 論文的總體結(jié)構(gòu)7第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)82.1 方案設(shè)計(jì)與論證82.1.1 控制器方案選擇82.1.2 恒流源方案選擇82.1.3 顯示電路方案選擇92.2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)（主要電子元件）92.2.1 主控芯片（mcu）92.2.2 液晶顯示器（lcd1602）102.2.3 三端穩(wěn)壓集成電路7805132.2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換器dac0832芯片142.2.5 運(yùn)算放大器lm324芯片162.2.6 達(dá)林頓管tip122

2、17第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn)193.1 系統(tǒng)整體框圖193.2 系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)193.2.1 單片機(jī)控制模塊193.2.2 恒流控制模塊（電壓電流轉(zhuǎn)換模塊）213.2.3 顯示模塊233.2.4 鍵盤模塊253.2.5 電源模塊26第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)274.1 軟件設(shè)計(jì)思路274.2 系統(tǒng)軟件流程274.2.1 主程序模塊274.2.2 步進(jìn)增子程序模塊28第五章 系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析295.1 軟件測(cè)試295.1.1 測(cè)試軟件295.1.2 編譯結(jié)果295.2 系統(tǒng)整體測(cè)試305.2.1 測(cè)試工具305.2.2 測(cè)試結(jié)果305.2.3 誤差分析30結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄：

3、系統(tǒng)源程序（匯編）3443基于單片機(jī)的數(shù)控直流恒流源的制作摘要本文主要論述了一種基于51單片機(jī)為核心控制器的數(shù)控直流恒流源的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。該電源具有電流可步進(jìn)調(diào)整、輸出電流信號(hào)可同步顯示的功能。文章介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，其主要由微控制模塊、恒流控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊五部分構(gòu)成。該系統(tǒng)原理是以stc89c51單片機(jī)為控制單元，以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片dac0832輸出參考電壓控制電壓轉(zhuǎn)換模塊lm324輸出電壓大小，從而控制取樣電阻上的電壓大小以達(dá)到恒流的目的，同時(shí)將輸出電流信號(hào)的值 送到液晶顯示器lcd1602顯示。文章最后對(duì)數(shù)控直流恒流源的主要性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定和總結(jié)，并對(duì)其發(fā)

4、展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞 單片機(jī)（mcu）； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac）； 恒流源design of numerical control dc constant-current source based on the 51 mcuabstractthe method of this paper based on the 51 microcontroller core of the numerical controller dc constant-current source design theory and realization. the constant-current source has

5、some functions such as presenting current, stepping adjustment, display the current signals at the same time. this paper introduces a general designing plan of the system, which is mainly consisted of micro-controller module, constant-current control module, display module, keyboard module, power su

6、pply module. this system is based on the principle of single-chip microcomputer to control the unite stc89c51 to dac0832 digital-to-analog converter chip reference voltage to control the output voltage of output voltage conversion module lm324, so we can control the voltage on sampling resistance to

7、 achieve the goal of making current constant. finally, the main performance parameters for the numerical control dc constant-current source were determined and summarized, and the article also describes the development prospects.keywords: microcontroller(mcu), digital-to-analog converter(dac), const

8、ant-current source 第一章 緒論 第一章 緒論1.1 研究背景隨著電子技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，現(xiàn)今社會(huì)，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢(shì)，設(shè)備的性能、價(jià)格、發(fā)展空間等備受人們的關(guān)注，尤其對(duì)電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。性能好的電子設(shè)備，首先離不開穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設(shè)備和外圍條件越優(yōu)越，那么設(shè)備的壽命更長(zhǎng)?；诖耍藗儗?duì)數(shù)控恒定電流器件的需求越來越迫切當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是恒流方面特別是數(shù)控恒流的技術(shù)才剛剛起步且有待發(fā)展，高性能的數(shù)控恒流器件的開發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間。目前恒流電流源是科研、航天航空、半導(dǎo)體集成電路了生產(chǎn)領(lǐng)

9、域以及計(jì)量領(lǐng)域中一種很重要的電子設(shè)備。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)恒流電流源的穩(wěn)定性、精度等要求越來越高，而傳統(tǒng)的模擬恒流源由于模擬電路的復(fù)雜性，將越來越難滿足高穩(wěn)定性的應(yīng)用場(chǎng)合。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，在計(jì)量領(lǐng)域、電量和非電量測(cè)量的儀表、工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)控直流恒流源。數(shù)控直流恒流源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電流源相比，具有操作方便、輸出電流穩(wěn)定度高度特點(diǎn)。1.2 題目意義恒流源是一種能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源。恒流源的應(yīng)用范圍非常廣泛，并且在許多情況下必不可少的。它既可以為各種放大電路提供偏置電流以穩(wěn)定其靜態(tài)工作點(diǎn)，又可以作為其有源負(fù)載，以提高放大倍數(shù)。并且在差動(dòng)放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中得到了廣泛應(yīng)用。例如通常

10、的充電器對(duì)蓄電池充電時(shí)，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，充電電流會(huì)相應(yīng)減少。為了保證恒流充電，從而使勞動(dòng)強(qiáng)度降低，生產(chǎn)效率得到提高。恒流源還被廣泛用于測(cè)量電路中，例如電阻器阻值的測(cè)量和分級(jí)，電纜電阻的測(cè)量等，電流越穩(wěn)定，測(cè)量就越準(zhǔn)確。除此之外，現(xiàn)行掃描鋸齒波的獲得，有線通信遠(yuǎn)供電源，電泳、電解、電鍍 第一章 緒論 等電化學(xué)加工裝置電源，電子束加工機(jī)、離子注入機(jī)等電子光學(xué)設(shè)備中的供電電源也都必須應(yīng)用恒流源。本文正是應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，研制出一種基于單片機(jī)的高性能的數(shù)控直流恒流源。本數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)輸出電流穩(wěn)定，輸出電流可在1000ma范圍內(nèi)設(shè)定，因而可實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率直流恒流源的領(lǐng)域。1

11、.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況目前，我國(guó)電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在著很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10-15年，尤其是實(shí)現(xiàn)直流恒流源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。我國(guó)恒流源設(shè)備長(zhǎng)期處于量限小、精度低的狀態(tài)，國(guó)產(chǎn)儀器多為“穩(wěn)壓型”而非“恒流型”使得其應(yīng)用場(chǎng)合受到一些限制。目前國(guó)內(nèi)所能見到的恒流源大豆只有一個(gè)源，而無較高準(zhǔn)確度輸出指示，給使用帶來不便，特別是用于計(jì)量領(lǐng)域，比如校驗(yàn)電流表，較理想的方案是能帶有標(biāo)準(zhǔn)顯示的恒流源。市售產(chǎn)品最大電流為30a，穩(wěn)定度為0.01%，準(zhǔn)確度0.05級(jí)即算最好，但

12、往往一個(gè)產(chǎn)品不能同時(shí)具備著幾項(xiàng)指標(biāo)。20年來未有突破性進(jìn)展，如現(xiàn)在仍使用的yj27，yj10等yj系列恒流源，屬70年代產(chǎn)品，甚至硬件上是“分立器件”而無集成電路器件，近年來一些國(guó)內(nèi)產(chǎn)家開發(fā)的新產(chǎn)品其性能指標(biāo)也無實(shí)質(zhì)性突破。所以，對(duì)數(shù)控直流恒流源的研究非常重要。1.4 課題的主要內(nèi)容1.4.1 如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的輸出控制該系統(tǒng)以直流穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源為核心，結(jié)合單片機(jī)最小控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流在量程范圍內(nèi)步進(jìn)可調(diào)，精度要求高。實(shí)現(xiàn)途徑很多，可以用dac的模擬輸出控制電源的基準(zhǔn)電壓或取樣電阻，或者用其他更有效的方法，因此如何選擇簡(jiǎn)單有效的方法是本課題需要解決的首要問題。1.4.2 主要性能指標(biāo)1、

13、輸出電流范圍0-1000ma。 第一章 緒論 2、輸出直流能步進(jìn)調(diào)節(jié)，由“+”、-“兩個(gè) 按鍵來控制輸出電流的大小，步進(jìn)值為4ma。3、輸出電流值由lcd液晶顯示。4、設(shè)計(jì)該系統(tǒng)工作所需的輔助電源。1.5 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?jī)?nèi)容，包括實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)以及主要性能指標(biāo)。第二部分提出了數(shù)控直流恒流源的總體設(shè)計(jì)思路和幾種實(shí)現(xiàn)方案論證，以及相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)這些方案的可行性進(jìn)行比較分析，選擇了一種基于51單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)控直流恒流源的方案，并對(duì)該方案運(yùn)用的基礎(chǔ)知識(shí)和使用的器件作出扼要的介紹。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

14、的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)圖，包括單片機(jī)微控制模塊、恒流控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊。第四部分主要闡述了數(shù)控直流恒流源的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和軟件設(shè)計(jì)流程。第五部分對(duì)數(shù)控直流恒流源的性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量和評(píng)估，以及對(duì)誤差進(jìn)行分析。第六部分對(duì)本數(shù)控直流恒流源給出了本課題的結(jié)論。 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)2.1 方案設(shè)計(jì)與論證2.1.1 控制器方案選擇方案一：通過編碼開關(guān)來控制存儲(chǔ)器的地址，根據(jù)地質(zhì)輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字量送數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再根據(jù)輸出的電壓量來控制電流的變化；同時(shí)，通過編碼開關(guān)的bcd碼送給數(shù)碼管顯示。此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但是數(shù)據(jù)量大且存儲(chǔ)器

15、容量有限。方案二：采用stc89c51單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過改變dac0832的輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出達(dá)林頓的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電流的大小。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)單，各項(xiàng)功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好滿足課題的要求。故選擇此方案。2.1.2 恒流源方案選擇方案一：采用傳統(tǒng)的恒流三極管或恒流二極管，精度比較高，但這種電路的恒流范圍很小，只有十幾毫安，不能達(dá)到題目的要求。方案二：采用四端可調(diào)恒流源，通過改變外圍電阻元件的參數(shù)，使電流達(dá)到可調(diào)的目的，該種器件的輸出電流能夠達(dá)到12000毫安。通常有兩種方法來改變輸出電流：一是手動(dòng)

16、調(diào)節(jié)改變輸出電流，這種方法不能滿足課題的數(shù)控調(diào)節(jié)要求：二是通過數(shù)字電位器來改變電阻參數(shù)，雖然可達(dá)到數(shù)控的目的，但數(shù)字電位器的每一級(jí)步進(jìn)電阻比較大，很難調(diào)節(jié)輸出電流。方案三：壓控恒流源，通過改變恒流源的外圍電壓來控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控方式，利用單片機(jī)輸出數(shù)字量，經(jīng)dac0832變成模擬量，再送到運(yùn)算放大器lm324進(jìn)行放大。當(dāng)改變負(fù)載大小時(shí)，基本上不影響電流的輸出。該方案是通過軟件方法上來實(shí)現(xiàn)輸出電流的穩(wěn)定，易于功能的實(shí)現(xiàn)，便于操作，故選擇此方案。 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 2.1.3 顯示電路方案選擇方案一：采用8為led數(shù)碼管，接線簡(jiǎn)單，成本低廉，配置簡(jiǎn)單靈活，編程容易，

17、對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，易于實(shí)現(xiàn)。但是，普通數(shù)碼管能顯示的信息量有限，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。方案二：采用液晶顯示，液晶顯示不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及文字，并且不會(huì)占用太多的系統(tǒng)i/o資源?？紤]到自身未用過液晶顯示器lcd1602，故采用此方案。2.2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)（主要電子元件）2.2.1 主控芯片（mcu）1、 stc89c51簡(jiǎn)介stc89c51為8位單片機(jī)，程序存儲(chǔ)器為4k，外部可擴(kuò)展至64kb，內(nèi)部ram為128b，可擴(kuò)展至64kb，4組可尋址的8位輸入/輸出口，即p0，p1，p2，p3。有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/

18、輸出(i/o)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外部中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，可以按照常規(guī)方法通過串行通道進(jìn)行編程。stc89c51將通用的微處理器和flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。2、引腳說明 主要管腳有:xtal1(19腳)xtal2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12mhz晶振。rst (9腳)為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成復(fù)位電路。vcc（40腳）和vss（20腳）為供電端口，分別接+5v電源的正負(fù)端。p0p3為可編程通用i/o腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，p2端口（2128腳）被定義為功能控制端口，輸出

19、電源的數(shù)字信號(hào)量，p1.0（1腳）和p1.2(3腳)被定義為步進(jìn)增減控制輸入口。 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 2.2.2 液晶顯示器（lcd1602）1、 lcd1602簡(jiǎn)介lcd1602可以在lcd顯示屏上完整顯示32個(gè)英文字符和日文等一些字符，適合顯示英文文字信息量較小的地方?？梢詰?yīng)用在計(jì)算器，頻率計(jì)，信號(hào)發(fā)生器，時(shí)鐘等產(chǎn)品上。lcd1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（cgrom)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如表1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），

20、顯示時(shí)模塊把地址41h中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a” 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2所示， 它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 指令4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：

21、控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 n：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 f: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置指令8：ddram地址設(shè)置指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù)液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之

22、前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，表3是1602的內(nèi)部顯示地址. 比如第二行第一個(gè)字符的地址是40h，那么是否直接寫入40h就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位d7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000b（40h)+10000000b(80h)=11000000b(c0h)2、 引腳說明第1腳： vss為地電源第2腳： vdd接5v正電源 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 第3腳： vl為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度

23、最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳： rs為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳： rw為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳： e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳： bla背景光源正極，接高電平第16腳： blk背景光源負(fù)極，接地2.2.3 三端穩(wěn)壓集成電路7805電子產(chǎn)品中，常見的三端

24、穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78 系列和負(fù)電壓輸出的79系列。顧名思義，三端ic是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，to- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝。用78/79系列三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓ic型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6v，7909表示輸出電壓為負(fù)9v。在78 * 、79 * 系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是to-220 和to-202 兩種封裝。這兩種封裝的圖形以及引

25、腳序號(hào)、引腳功能如附圖所示。 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 從正面看引腳從左向右按順序標(biāo)注，接入電路時(shí)腳電壓高于腳，腳為輸出位。如對(duì)于78*正壓系列，腳高電位，腳接地，；對(duì)與79*負(fù)壓系列，腳接地，腳接負(fù)電壓，輸出都是腳。78*系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36v，最低輸入電壓為輸出電壓的3-4v以上。2.2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換器dac0832芯片1、 dac0832簡(jiǎn)介dac0832dac0832是8分辨率的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)da芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。d/a轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位dac寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換

26、電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。a. 分辨率為8位；b. 電流穩(wěn)定時(shí)間1us；c. 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；d. 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；e. 單一電源供電（+5v+15v）；f. 低功耗，20mw。 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 2、 引腳說明* d0d7：8位數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))；* ile：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；* cs：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) * wr1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ile、cs、wr1的邏輯組合產(chǎn)生le1，當(dāng)le

27、1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，le1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；* xfer：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；* wr2：dac寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由wr2、xfer的邏輯組合產(chǎn)生le2，當(dāng)le2為高電平時(shí)，dac寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，le2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入dac寄存器并開始d/a轉(zhuǎn)換。* iout1：電流輸出端1，其值隨dac寄存器的內(nèi)容線性變化；* iout2：電流輸出端2，其值與iout1值之和為一常數(shù)；* rfb：反饋信號(hào)輸入線，改變r(jià)fb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度

28、；* vcc：電源輸入端，vcc的范圍為+5v+15v；* vref：基準(zhǔn)電壓輸入線，vref的范圍為-10v+10v；* agnd：模擬信號(hào)地，摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地* dgnd：數(shù)字信號(hào)地，兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好2.2.5 運(yùn)算放大器lm324芯片lm324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為mc1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，

29、它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。lm324的引腳排列見圖。 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 2.2.6 達(dá)林頓管tip1221、 特性 晶體管類型:功率達(dá)林頓電壓, vceo:100v功耗, pd:65w集電極直流電流:5a直流電流增益 hfe:1000封裝類型:to-220針腳數(shù):3功耗:65w溫度:25c2、 引腳說明 第二章 方案與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 第1腳：b，基極第

30、2腳：c,集電極第3腳：e，發(fā)射極 第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn) 第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn)3.1 系統(tǒng)整體框圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案主要由微控制模塊、恒流控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊五部分構(gòu)成。3.2 系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)部分即為mcu模塊，整個(gè)控制都是依靠單片機(jī)完成，負(fù)責(zé)控制與協(xié)調(diào)其他各個(gè)模塊工作，并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。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。而51系列單片機(jī)具有成本低，穩(wěn)定性好，切運(yùn)行速度基本能滿足該系統(tǒng)的要求。從功能和價(jià)位以及本課題要求來看，選擇51系列的stc89

31、c51作為本方案的控制核心。p1口接液晶顯示器lcd1602作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸口，同時(shí)p3.5,p3.6,p3.7作為液晶lcd的控制端口；p2口接dac0832作為輸出數(shù)據(jù)傳輸 第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn) 口；p1.0,p1.2接兩個(gè)獨(dú)立鍵盤作為輸入數(shù)據(jù)傳輸口；xtal1(19腳)xtal2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12mhz晶振。rst (9腳)為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成復(fù)位電路。vcc（40腳）和vss（20腳）為供電端口，分別接+5v電源的正負(fù)端。 第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn) 3.2.2 恒流控制模塊（電壓電流轉(zhuǎn)換模塊）在本數(shù)控直流恒流源中，采用了運(yùn)算放大器加

32、達(dá)林頓管組成的恒流源電路，運(yùn)算放大器采用lm324，達(dá)林頓管采用tip122，同時(shí)利用d/a轉(zhuǎn)換器dac0832作為電壓輸入控制。因而本電壓電流轉(zhuǎn)換模塊主要由穩(wěn)壓控制模塊和恒流源模塊組成。穩(wěn)壓控制模塊設(shè)計(jì)主要是用dac0832輸出的參考電壓去控制lm324輸出大小變化，其中數(shù)模轉(zhuǎn)換器dac0832的基準(zhǔn)電壓vref來自三端穩(wěn)壓集成電路7805的輸出端口?？刂破鱯tc89c51的p2口與dac0832的數(shù)據(jù)口直接相連，dac0832的/cs,/wr1,/wr2和/xref接地，8腳接參考電壓，電路如圖所示：dac0832的輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓的公式為：vout=-（bn-1*2n-1+bn-2*2

33、n-2+b*2+b0*20）-bvref2n恒流源模塊是由達(dá)林頓管tip122、取樣電阻以及負(fù)載組成，如圖所示：r2是負(fù)載電阻，r3是取樣電阻，采用大功率精密電阻，阻值為5歐姆，故此采樣電阻的功率可以由p=i2*r算出。根據(jù)運(yùn)算放大器的虛短和虛斷的電路特性以及電路的分析可得出，運(yùn)算放大器的兩輸入口電壓相等，均等于vout。所以輸出的負(fù)載電流i=ic=ie=v0/r3=vout/r3=bvref2nr3=b28=b/256 經(jīng)過調(diào)節(jié)，該電壓電流轉(zhuǎn)換模塊的輸出電流分辨率為1a/256=0.004a=4ma，也就是說dac輸入數(shù)據(jù)端每增加1，電流步進(jìn)增加4ma。將恒壓控制模塊和恒流源模塊合并組成整體

34、的恒流控制模塊如下圖所示： 第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn) 3.2.3 顯示模塊顯示的方式有很多，主要分為兩類：led顯示和lcd顯示。前者顯示亮度高，制作成本低，適合做遠(yuǎn)距離顯示，但是其耗電量大，所用的端口隨顯示的數(shù)據(jù)位數(shù)增加而增加。如果采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示，則需占用處理器的時(shí)間，若是采用靜態(tài)顯示則需要增加鎖存器，耗費(fèi)硬件制作的時(shí)間。而lcd顯示更為清晰、直觀，不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及文字，并且不會(huì)占用太多的系統(tǒng)i/o資源。并且考慮到自身未用過液晶顯示器lcd1602，故采用lcd顯示。lcd最常用的就是1602液晶模塊，lcd1602可以在lcd顯示屏上完整顯示3

35、2個(gè)英文字符和日文等一些字符，可清晰顯示出電流和電壓?jiǎn)挝?。在設(shè)計(jì)過程中通過單片機(jī)編程控制第4腳rs（數(shù)據(jù)/命令選擇端），第5腳r/w（讀寫選擇端），第6腳e（使能端），從而實(shí)現(xiàn)顯示效果。其顯示運(yùn)行原理如下：寫指令： rs=l,rw=l,d0d7=指令碼，e=hl 第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn) 寫數(shù)據(jù)： rs=h,rw=l,d0d7=數(shù)據(jù)，e=hl寫操作的時(shí)序如下圖所示：讀忙狀態(tài)： rs=l,rw=h, e=hl讀數(shù)據(jù)： rl=h,rw=h, e=hl讀操作的時(shí)序如下圖所示：整個(gè)顯示模塊電路原理如下圖所示： 第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn) 3.2.4 鍵盤模塊系統(tǒng)中鍵盤模塊設(shè)計(jì)兩個(gè)按鍵key1

36、、key2，如圖所示，分別由單片機(jī)p1.0、p1.2口接10k電阻輸入。key1為電流“+”，key2為電流“-”，按一下key1，當(dāng)前電流增加4ma，按一下key2，當(dāng)前電流減小4ma。 第三章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及硬件實(shí)現(xiàn) 3.2.5 電源模塊 在數(shù)控直流恒流源中，對(duì)供電電源的要求很高，需要大功率的電源來供電。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。隨著開關(guān)電源技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)電源的工作效率越來越高，同時(shí)能提供高功率大電流的輸出。在本系統(tǒng)中，主電源由開關(guān)電源md35-d12提供dc12v電壓，作為單片機(jī)和其他芯片電源的二級(jí)電源由主電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805得到dc+5v電壓。 第四章

37、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)思路當(dāng)給系統(tǒng)上電，立刻進(jìn)行初始化，分別是對(duì)端口初始化，d/a初始化以及l(fā)cd1602顯示器初始化，然后系統(tǒng)默認(rèn)電壓和電流?；舅悸肥牵簰呙璋存Id/a轉(zhuǎn)換，顯示電流數(shù)值掃描按鍵，按此循環(huán)。4.2 系統(tǒng)軟件流程4.2.1 主程序模塊流程圖如圖4-1所示，負(fù)責(zé)檢查掃描鍵盤功能號(hào)和各子程序的模塊接口，程序運(yùn)行初始化后，開始檢測(cè)是否有鍵按下，若有則進(jìn)入按鍵功能子程序，控制器運(yùn)算后輸出新的數(shù)值給da數(shù)模轉(zhuǎn)換器，同時(shí)液晶lcd1602顯示新的數(shù)值。 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.2.2 步進(jìn)增子程序模塊第五章 系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析5.1 軟件測(cè)試5.1.1

38、 測(cè)試軟件程序編譯器keil uvision2程序燒錄器stc-isp v355.1.2 編譯結(jié)果在編寫完c語(yǔ)言后，在keil uvision2界面下，進(jìn)行調(diào)試，結(jié)果如下圖所示：通過提示與嘗試，發(fā)現(xiàn)在編寫語(yǔ)言時(shí)多處用漢語(yǔ)輸入法中的“；”代替英文輸入法中的“;” ，通過打開文本文檔進(jìn)行查找并全部替換，再次進(jìn)行調(diào)試，直到調(diào)試沒有錯(cuò)誤和警告。編譯成功的結(jié)果如下圖所示：通過上述簡(jiǎn)單的測(cè)試，證明此次設(shè)計(jì)的程序基本上正確。然后，將程序燒錄到單片機(jī)stc89c51中，并接到系統(tǒng)電路中查看系統(tǒng)電路的運(yùn)行狀況。在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，lcd1602不能顯示字符數(shù)據(jù)，猜想是編程中對(duì)顯示器的時(shí)序編程有誤，通過不斷修改，知道系

39、統(tǒng)正常運(yùn)行。5.2 系統(tǒng)整體測(cè)試5.2.1 測(cè)試工具數(shù)字萬用表5.2.2 測(cè)試結(jié)果顯示電流值（a）理論碼值（bit）實(shí)測(cè)電流值（a）誤差（a）10000011001982200001100101964300010010112946400011001003928500011111101490106001001011058416700101011116782280011001000775259001110000186832100011111010961395.2.3 誤差分析由測(cè)試結(jié)果可知：電流值小時(shí)，輸出電流更接近給定電流值；當(dāng)電流值較大時(shí)，由于系統(tǒng)散熱性性能不夠優(yōu)良而導(dǎo)致恒流源的性能下降，引起

40、誤差增大。誤差存在的原因主要是采樣電阻的制作誤差以及系統(tǒng)工作時(shí)采樣電阻發(fā)熱，阻值變化引起的誤差。但總體看來，該電流源還有有較好的精度特性。結(jié)論經(jīng)過幾十天的艱苦奮斗，我最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求。在大學(xué)的最后一個(gè)學(xué)期里，我學(xué)到了很多的知識(shí)和技能。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我掌握了做科學(xué)研究的基本方法和思路，為今后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。首先，我學(xué)會(huì)了對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的檢索。隨著計(jì)算機(jī)的普及以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)文獻(xiàn)的檢索，收集資料的形式也變得越來越豐富。我們一方面可以利用學(xué)校圖書館資源，另一方面可以利用網(wǎng)絡(luò)來檢索資源，例如中國(guó)知網(wǎng)cnki、ieee、萬方數(shù)據(jù)庫(kù)、百度文庫(kù)、豆丁文庫(kù)等數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。其次，通過這次

41、畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力，使我進(jìn)一步了解畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。鞏固了我的知識(shí)架構(gòu)體系，強(qiáng)化了我對(duì)大學(xué)期間所學(xué)到的基礎(chǔ)課以及專業(yè)課的認(rèn)識(shí)和理解，為今后的工作打下理論基礎(chǔ)。最后，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我懂得在遇到困惑和不解時(shí)要及時(shí)與老師和其他同學(xué)溝通，這樣才能更迅速地解決設(shè)計(jì)中遇到的問題，提供工作效率?？傊?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不是一次簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地完成一個(gè)課題。它不僅讓我鍛煉了動(dòng)手操作能力和分析解決問題的能力，鞏固了我的專業(yè)知識(shí)，還讓我學(xué)到了很多東西，為我今后的工作打下基礎(chǔ)。致謝大學(xué)四年即將畫上一個(gè)句號(hào)了，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在學(xué)校交的最后一份答卷。在論文完成之際，感受收獲喜悅的同時(shí)，心中充滿了更是感激之情。首先感

42、謝學(xué)校給我們提供的條件使我們有了一個(gè)可以對(duì)大學(xué)四年的知識(shí)進(jìn)行溫習(xí)總結(jié)并付諸實(shí)踐的機(jī)會(huì)。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，特別要感謝我的畢業(yè)實(shí)際指導(dǎo)老師衛(wèi)克！感謝您在這段日子里對(duì)我親切的關(guān)懷和悉心的指導(dǎo)。衛(wèi)老師在我遇到難題時(shí)，不但給予我技術(shù)上的幫助，更教會(huì)我諸多檢查及解決問題的方法。衛(wèi)老師淵博的知識(shí)以及對(duì)待學(xué)生的耐心和責(zé)任感，不僅讓我對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更深的理解，還教會(huì)了我們今后面對(duì)工作生活的態(tài)度。借此機(jī)會(huì)，我也感謝大學(xué)四年期間所有指導(dǎo)過我的老師，感謝他們對(duì)我無私的教誨和幫助，感謝他們的諄諄教導(dǎo)。在此同時(shí)，我也要感謝一直陪伴在我身邊給予我精神支持和行動(dòng)支持的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)又一個(gè)

43、的困難，并且讓我從你們身上學(xué)到了很多知識(shí)。參考文獻(xiàn)1 康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.62 童詩(shī)白，華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，2006，13 李群英，張世軍，黃建. 微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第二版）. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.124 劉文濤. 單片機(jī)語(yǔ)言c51典型應(yīng)用設(shè)計(jì). 北京：人民郵電出版社，2006.55 于永，戴佳，常江. 51單片機(jī)實(shí)例精講. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.46 曹鳳. 微型數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用. 四川：電子科技大學(xué)出版社，2002.87 鄒紅. 數(shù)字電路及邏輯設(shè)計(jì). 北京：人民郵電出版社

44、，2008.38 張毅剛，彭喜元，姜守達(dá)，喬立巖.新編mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)（）第二版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.109 劉守義單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)西安：西安電子科技大學(xué)出版社，200210 power integration.inc.topswitch-gx(top242-249)datasheetsr,200011 power integration.inc.national semiconductor datasheetsr,200512 jun-lian zhang and jian-xun jin. analysis of dc power transmission us

45、ing high t-c superconducting cablesj. journal of electronic science and technology of china,2008.(2)附錄：系統(tǒng)源程序（匯編） rs equ p3.6;確定具體硬件的連接方式 rw equ p3.5;確定具體硬件的連接方式 e equ p3.4;確定具體硬件的連接方式 org 0000h ;程序開始 ljmp begin ;跳轉(zhuǎn)到begin處執(zhí)行程序 org 0030h ;數(shù)據(jù)存放地址begin: mov p2,#00h;p2口輸出置0 mov r1,#00h;r1存儲(chǔ)p2口的輸出值 mov r2

46、,#00h;r2存儲(chǔ)顯示器后兩位的十進(jìn)制數(shù) mov r3,#00h;r3存儲(chǔ)顯示器第一位的十進(jìn)制數(shù) mov a,#01h;清屏并光標(biāo)復(fù)位 acall enable;調(diào)用寫入命令子程序 mov a,#38h ;設(shè)置顯示模式:8位1行5x10點(diǎn)陣 acall enable ; mov a,#0fh ;顯示器開、光標(biāo)開、光標(biāo)允許閃爍 acall enable ; mov a,#06h ;文字不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移 acall enable ; mov a,#80h ;寫入顯示起始地址 acall enable ; mov a,#30h; acall write;調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序 mov a,#30h

47、;數(shù)字0的代碼 acall write; mov a,#30h ;數(shù)字0的代碼 acall write; mov a,#30h ;數(shù)字0的代碼 acall write; mov a,#2ah ;符號(hào)的代碼 acall write; mov a,#34h ;數(shù)字4的代碼 acall write; mov a,#6dh ;字母m的代碼 acall write; mov a,#41h ;字母a的代碼 acall write; mov a,#80h ;寫入顯示起始地址 acall enable ;調(diào)用寫入命令子程序 scan: mov p0,#0ffh ;送掃描信號(hào) mov a,p0 ;讀按鍵狀態(tài) a

48、nl a,#18h ;屏蔽除讀取位外地其他位 mov 27h,a ;保存鍵盤狀態(tài) acall d10 ;調(diào)用演示10ms子程序，消抖 mov a,p0 ;再取鍵盤狀態(tài)值 anl a,#18h; cjne a,27h,pass ;兩次結(jié)果不一樣，說明抖動(dòng)引起，轉(zhuǎn)pass cjne a,#10h,key2 ;k1鍵未按下，轉(zhuǎn)key2 ajmp pkey1;是k1鍵按下，跳轉(zhuǎn)鍵key1處理處理子程序key2: cjne a,#08h,pass ;k1鍵未按下，轉(zhuǎn)pass ajmp pkey2;是k2鍵按下，跳轉(zhuǎn)鍵key2處理處理子程序pass: acall d125 ;調(diào)用延時(shí)125ms子程序 sj

49、mp scan ;循環(huán)掃描鍵盤信號(hào) d10: mov r7,#10 ; d1:mov r6,#250 ; djnz r6,$ ; djnz r7,d1 ; ret ;pkey1: inc r1 ; 按下key1，p2口輸出步進(jìn)增加 mov p2,r1 ; mov a,r1 ; cjne a,#00h,lcd1; ljmp begin ;/若按下key1鍵后，p2口輸出變?yōu)?，程序跳轉(zhuǎn)到開始，顯示輸出0ma/ lcd1:mov a,r2 ; inc a ; da a ;轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) mov r2,a ; mov a,r3 ; addc a,#00h;十位向百位進(jìn)位 mov r3,a ; clr c ;進(jìn)位cy清零 mov a,#01h;清屏并光標(biāo)復(fù)位 acall enable;調(diào)用寫入命令子程序 mov a,#38h ;設(shè)置顯示模式:8位1行5x10點(diǎn)陣 acall enable ; mov a,#0fh ;顯示器開、光標(biāo)開、光