基于單片機(jī)的數(shù)控電流源的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文word格式

1、1緒論1.1電流源簡(jiǎn)介所謂恒流源就是輸出電流極其穩(wěn)定不隨負(fù)載變化。為了保證電流不變，輸出電壓必須始終符合V=I*R。即負(fù)載需要多大電壓，恒流源就必須輸出多大電壓，“無(wú)條件”予以滿足。從外部看，就是Ro=。如果R，那么V。所以理想恒流源都不允許輸出開路。對(duì)于實(shí)際電路，當(dāng)R大到一定程度，電壓輸出能力就會(huì)不夠，輸出電流必然下降，不再恒定。在一般恒流電路中大多采用電流負(fù)反饋來恒定電流負(fù)反饋的作用就是“使之穩(wěn)定”。通過時(shí)刻“檢查”控制對(duì)象的狀態(tài)，并進(jìn)行調(diào)整。發(fā)現(xiàn)小了，就設(shè)法使之增大，發(fā)現(xiàn)大了，就設(shè)法使之減小。形象地說，電流負(fù)反饋電路則是采樣輸出電流，計(jì)算誤差，據(jù)此調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，使輸出電流穩(wěn)定，因而，輸出

2、特性接近恒流源。衡量“接近”程度的指標(biāo)就是輸出電阻R遠(yuǎn)大于零。一般希望Ro。（只能接近，不可能完全達(dá)到）1.2數(shù)控電流源的必要性作為常用的電子儀器在學(xué)校和研發(fā)和檢測(cè)部門都有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，特別在電路原理實(shí)驗(yàn)和電子元件老化測(cè)試中都離不開電流源。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步對(duì)電子儀器的要求不斷提高，電源作為電路的動(dòng)力源泉更是扮演著越來越重要的角色，不論是學(xué)校實(shí)驗(yàn)室還是維修中心都離不開實(shí)驗(yàn)電源，然而傳統(tǒng)的電源不論是在控制精度還是輸出特性上都無(wú)法滿足要求。首先從精度上來看傳統(tǒng)電流源的調(diào)整大多采用旋轉(zhuǎn)電位器的方式，在調(diào)整時(shí)電流值主要從電位器的刻度讀出，容易產(chǎn)生讀數(shù)誤差。從可操作性來看傳統(tǒng)電流原電位器上的刻度

3、有限，不可能非常精細(xì)，僅僅靠電位器的幾個(gè)刻度對(duì)操作者的技巧要求比較高，同時(shí)誤差也比較大。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電源急待改進(jìn)電源。1.3數(shù)控電流源的可行性由于單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和D/A，A/D元件的普及使得數(shù)控電源成為可能，數(shù)控電源不論是在控制精度還是在可操作性上都有傳統(tǒng)電源無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，由于單片機(jī)的平民化，使得數(shù)控電源與傳統(tǒng)電源的成本日益接近。另外，SMT技術(shù)也是飛速發(fā)展，使得數(shù)控電源體積和重量都大大減小，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2 數(shù)控電流源硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1傳統(tǒng)電流源的設(shè)計(jì)方案電源作為常用的實(shí)驗(yàn)儀器，在電子領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的電流源的控制部分一般采用模擬電路，即用電位器對(duì)基準(zhǔn)

4、電壓源進(jìn)行分壓，再進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)化，其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，該電路原理框圖如圖2.1所示:電流表電壓/電流變換放大電路基準(zhǔn)電壓源電位器 圖2.1傳統(tǒng)電流源方案Figure 2.1 traditional current supply plan從框圖我們不難發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的電流源方案存在著非常明顯的缺點(diǎn)，首先，輸出電流無(wú)法精確掌握。早期的電流源輸出電流僅僅靠標(biāo)在電位器或者指針表的讀數(shù)讀出，不僅讀取很不方便.度數(shù)誤差比較大,從實(shí)用的角度考慮,現(xiàn)在有些模擬電流源也使用了數(shù)字電流表作為電流顯示,提高了其精確性.但是在可操作性方面依然存在一定的不足.另外用電位器產(chǎn)生參考電位的方法是不恰當(dāng)?shù)?在電子元件中

5、電位器是最容易產(chǎn)生噪聲的,對(duì)干擾也最為敏感,而且在使用一段時(shí)間以后,電位器作為機(jī)械元件會(huì)出現(xiàn)磨損的情況,此時(shí)該電流源的輸出電流將變得不穩(wěn)定,噪聲大幅度提高,如不更換電位器該電流源將無(wú)法正常使用。在可控升級(jí)方面?zhèn)鹘y(tǒng)的電流源方案電路一旦確定可更改的余地較小，可升級(jí)性能差。幾乎不存在什么升級(jí)的可能2.2數(shù)控電流源方案 隨著單片機(jī)的日益成熟，其穩(wěn)定性不斷提高，價(jià)格不斷下降使得數(shù)控電流源成為可能，從原理圖來看，數(shù)控電流源和傳統(tǒng)電流源相似。不同的是數(shù)控電流源是由單片機(jī)控制的D/A提供參考電壓，取代了傳統(tǒng)電流源的電位器，使得不論是在控制精度還是使用壽命上都有很大的提高。另外單片機(jī)具有可編程性，可以進(jìn)行更為復(fù)

6、雜的控制，如輸出特定的波形，和電腦通訊，實(shí)現(xiàn)智能化控制等，這些功能都是傳統(tǒng)電流源難于實(shí)現(xiàn)的。該電路原理框圖如圖2.2所示: 經(jīng)過多年的發(fā)展，傳統(tǒng)電流源的電流控制電路已經(jīng)相當(dāng)成熟，在用D/A替代了電位器以后，其性能有很大的提高。D/A變換緩沖電壓/電流變換放大電路A/D變換MCU鍵盤LED顯示器圖2.2數(shù)控電流源原理圖Figure 2.2 numerical control current supply schematic diagram2.3數(shù)控電流源的方案比較方案一：通過編碼開關(guān)來控制存儲(chǔ)器的地址；根據(jù)地址輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字量送數(shù)模（D/A）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

7、過四個(gè)編碼開關(guān)的BCD碼送給4511及數(shù)碼管顯示。此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路原理簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大且存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量有限，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)編碼開關(guān)不穩(wěn)定，所以不宜采用。其電路方框圖 1 如圖2.3所示：圖2.3 方案一方框圖Figure 2.3 a plan block diagram方案二：采用以89C52為核心的單片機(jī)系統(tǒng)來控制D/A的數(shù)據(jù)的輸入并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出同時(shí)單片機(jī)把輸入的預(yù)值電流送數(shù)碼管顯示，再改變輸出的電壓量來控制電流的變化，此方案的優(yōu)點(diǎn)是成本低，電路簡(jiǎn)單，可升級(jí)性強(qiáng)。所以在電路設(shè)計(jì)和制作中采用方案二。其電路方框圖如圖2.4所示：圖2.4 方案二方框圖Figure 2.4 plan

8、 two block diagrams2.4電流源的軟件系統(tǒng)組成 相對(duì)來說本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，主流程圖如圖2.4 2 所示圖2.5軟件主流程圖Figure 25 software main flow chart2.5本系統(tǒng)的特點(diǎn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了系統(tǒng)的性價(jià)比，在電源模塊采用了有源慮波，并且使用兩個(gè)8位D/A來提高其分辨率，使得系統(tǒng)可以輸出五萬(wàn)多個(gè)電流值，通過軟件修正后可以非常準(zhǔn)確的輸出相應(yīng)電流值，較以往的數(shù)控電流源大大提高。同時(shí)得益于有源慮波的引入，其輸出紋波也大大減小。3 數(shù)控電流源硬件模塊設(shè)計(jì)3.1電源模塊電源原理穩(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3.1

9、 4 圖3.1 電源方框及波形圖Figure 3.1 power source square and oscillograma 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動(dòng)電壓U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動(dòng)電壓U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4。b 穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓U4受負(fù)載、輸入電壓和溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓U5。仿真電路圖如圖3.1所示下:圖3.2電源仿真電路圖（protel99）Figure 3.2 power source simulation circuit diagram (prote

10、l99)仿真結(jié)果圖3.3 protel仿真結(jié)果 Figure 3.3 protel simulation result本設(shè)計(jì)共用到電源有三種：即±5V +5V +21V。+5V其中+5 V給AD0832供電以及單片機(jī)（AT89C52）、數(shù)碼顯示（包括74LS595,CC7107）、鍵盤；-5V為AD0832參考電壓。由于要求輸出的電流最大值為2000mA，而且取樣電阻為1歐所以要求AD0832輸出的電壓至少為2伏，通過計(jì)算-5伏的電壓足夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。提供的21V的電源用于LM358和 VCC 。 由于為了保證電路的性能采用線性穩(wěn)壓、濾波方式，從電路的可靠性以及性價(jià)比考慮采用標(biāo)準(zhǔn)的7

11、812擴(kuò)流輸出方案。電源方案確定待選方案 3 ：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)在極限條件下功率管的消耗功率接近20W。方案二：采用開關(guān)恒流方式進(jìn)行電流控制，由于功率管只工作于打開或者關(guān)閉狀態(tài)，功率管損耗較低。發(fā)熱量很小，但是由于開關(guān)管對(duì)強(qiáng)電流進(jìn)行開關(guān)操作，干擾大大高于線性恒流源。結(jié)論：作為試驗(yàn)儀器，在一般情況下對(duì)儀器的體積要求相對(duì)小于對(duì)儀器性能的要求，而“干凈”的電源對(duì)于電流源來說非常重要，所以在設(shè)計(jì)中采用線性電流源方案，并在其基礎(chǔ)上加入有源慮波，使得電源更為“干凈”所以采用方案二。

12、電源模塊具體電路如圖所示，+5V其中+5 V給AD0832供電以及單片機(jī)（AT89C52）、數(shù)碼顯示（包括74LS595,ICL7107）、鍵盤；-5V為AD0832參考電壓。由于要求輸出的電流最大值為2000mA，而且取樣電阻為1歐所以要求AD0832輸出的電壓至少為2伏，通過計(jì)算-5伏的電壓足夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。提供的21V的電源用于LM358和 VCC . 由于為了保證電路的性能采用線性穩(wěn)壓、濾波方式，從電路的可靠性以及性價(jià)比考慮采用標(biāo)準(zhǔn)的7812擴(kuò)流輸出方案。圖3.4 電源原理圖Figure 3.4 power source schematic diagram顯示模塊74LS595為串行輸

13、入并行輸出的移位寄存器，可以作為靜態(tài)顯示器接口，接在89C52的串行口上用于數(shù)碼的顯示。數(shù)碼顯示模塊如圖所示。 圖 3.5預(yù)值數(shù)碼顯示模塊原理圖Figure 3.5 pre-value numerical code display module schematic diagram實(shí)際電流顯示利用CC7107A/D轉(zhuǎn)換器組裝成3.5位數(shù)字電壓表, 該電路為CC7107,LED和若干無(wú)源元件組成的數(shù)字電壓表電路。該電路采用標(biāo)準(zhǔn)的3.5位顯示電路進(jìn)行顯示，其中最高位可以顯示千位的 “1”和顯示負(fù)號(hào)。此外，由于該電路的兩個(gè)輸入端即COM 與V+端的電位差具有很高的穩(wěn)定性，可以作為參考電壓源。因此，可以

14、通過分壓的方法來擴(kuò)大它的量程。通過上面的電路可以測(cè)量最大值為2000mV的電壓，而在本設(shè)計(jì)中的采樣電阻為1k歐所以被測(cè)電壓值即為被測(cè)電流值.圖3.7 3.5位數(shù)字電壓表原理圖Figure 3.7 3.5 digital voltmeter schematic diagram3.2 D/A電路由于采用了粗調(diào)和細(xì)調(diào)分段控制使得系統(tǒng)，以及軟件修正，使得電流輸出精度大大提高，從成本和元件采購(gòu)方面綜合考慮，采用DAC0832電路作為D/A轉(zhuǎn)化電路 DAC0832簡(jiǎn)介DAC0832 5 是一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，單電源供電，從+5V+15V均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍為±10V，電流建立時(shí)間為

15、1µs，CMOS工藝，低功耗20mA。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.8所示，它由1個(gè)8位輸入寄存器、1個(gè)8位DAC寄存器和1個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器組成和引腳排列如圖所示。 圖3.8 0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3.9 DAC0832管腳圖Figure 3.8 0832 interior structure drawing Figure 3.9 DAC0832 base pin chart該D/A轉(zhuǎn)換器為20引腳雙列直插式封裝，各引腳含義如下：(1)D7D0轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。(2)CS片選信號(hào)（輸入），低電平有效。(3)ILE數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)（輸入），高電平有效。(4)WR1第一信號(hào)（輸入），低電平有效。該信號(hào)

16、與ILE 信號(hào)共同控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)ILE=1和XFER=0時(shí)，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1和WR1 =1時(shí)，為輸入寄存器鎖存方式。(5)WR2 第2寫信號(hào)(輸入),低電平有效.該信號(hào)與信號(hào)合在一起控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式:當(dāng) WR2=0和XFER=0時(shí),為DAC寄存器直通方式; 當(dāng)WR2=1和XFER=0時(shí),為DAC寄存器鎖存方式。 (6)XFER數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)(輸入),低電平有效 。 (7)Iout2電流輸出“1”。當(dāng)數(shù)據(jù)為全“1”時(shí)，輸出電流最大；為全“0”時(shí)輸出電流最小。(8)Iout2電流輸出“2”。DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是

17、：Iout1 +Iout2=常數(shù)。(9)Rfb 反饋電阻端即運(yùn)算放大器的反饋電阻端，電阻（15K）已固化在芯片中。因?yàn)镈AC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，為得到電壓的轉(zhuǎn)換輸出，使用時(shí)需在兩個(gè)電流輸出端接運(yùn)算放大器，Rfb 即為運(yùn)算放大器的反饋電阻，運(yùn)算放大器的接法。(10)Vref基準(zhǔn)電壓，是外加高精度電壓源，與芯片內(nèi)的電 阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓可正可負(fù)，范圍為-10V+10V.(11)DGND數(shù)字地(12)AGND模擬地DAC0832利用WR1 、 WR2 、ILE、XFER 控制信號(hào)可以構(gòu)成三種不同的工作方式。1) 直通方式 WR1= WR2 =0時(shí)，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個(gè)寄存器直接進(jìn)入

18、D/A轉(zhuǎn)換器。2)單緩沖方式 兩個(gè)寄存器之一始終處于直通，即WR1=0或WR2=0，另一個(gè)寄存器處于受控狀態(tài)。3)雙緩沖方式 兩個(gè)寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適合于多模擬信號(hào)同時(shí)輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。 具體電路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中采用直通方式。電路圖如3.10所示。圖3.10 D/A轉(zhuǎn)化電路Figure 3.10 D/A transformation electric circuit其中Vx、Vy分別為粗調(diào)和精調(diào)電壓輸出。控制電壓產(chǎn)生電路該電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成 6 ，對(duì)Vx、Vy進(jìn)行 Vout=Vx+0.005*Vy 運(yùn)算，使得控制精度達(dá)到1/51200，達(dá)到高精度控制的目的，同時(shí)也使得軟件修正成

19、為可能。仿真電路如圖3.12所示:圖3.12 控制電壓產(chǎn)生電路Figure 3.12 the control voltage produces the electric circuit其中U1a用于運(yùn)算，U1b用于緩沖，及其濾波，V2為假定干擾源仿真結(jié)果入下圖3.13所示:圖3.13 控制電壓產(chǎn)生電路仿真圖（protel）Figure 3.13 the control voltage produces the circuit simulation chart (protel) 從圖中我們可以看到該電路對(duì)于高頻干擾具有較好的抑制性，這對(duì)提高電流源的輸出性能具有一定的幫助。3.3.電流輸出模塊利用

20、圖3.14所示的恒流源電路 ,運(yùn)放的輸出端通過三極管與反向輸出端相連，構(gòu)成負(fù)反饋電路，由于運(yùn)放的同相輸入端與反相輸入端在理論上是虛短的，且運(yùn)放的輸入電阻無(wú)窮大，因此反相端和同相端的電位相等，即,又由于三極管的發(fā)射極與集電極電流僅相差微小的基極電流，可視為兩者相等即。因此可以通過改變同相輸入端的電壓來調(diào)整輸出電流的大小。但是在測(cè)試Ui對(duì)Io的控制比預(yù)期效果差，總是小于理論值。同時(shí)R2也是負(fù)反饋電阻，當(dāng)電路電流受外界影響而減小的時(shí)候，R2的端電壓也隨之降低，三極管的Ibe也會(huì)上升。由于三極管的驅(qū)動(dòng)電流較大，在試驗(yàn)中輸出電流偏小，達(dá)不到要求精度，所以采用方案二，用場(chǎng)效應(yīng)管代替三極管輸出，與三極管相比

21、場(chǎng)效應(yīng)管具有驅(qū)動(dòng)電流小，電流噪聲底，輸出電流大的特點(diǎn)。仿真電路如圖3.14所示。仿真波形圖如圖3.15所示。 圖3.14恒流源電路原理圖Figure 3.14 constant current electric circuit schematic diagram圖3.14恒流源電路仿真波形圖（protel99）Figure 3.14 constant current circuit simulation oscillogram (protel99)具體電路圖在protel仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了電流輸出模塊，電路原理圖如圖2.15所示圖3.15電流輸出原理圖Figure 3.15 electri

22、c current output schematic diagram3.4主控部分 AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路在電路設(shè)計(jì)中我選擇最常見的ATMEL公司的AT89C52單片機(jī) 9 。此單片機(jī)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容，由8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器，256*8字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)可編程I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和6個(gè)中斷源。并且該單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，使用廣泛。單片機(jī)時(shí)鐘脈沖電路AT89C52單片機(jī)的最高時(shí)鐘脈沖頻率已經(jīng)達(dá)到了24MHz ，它內(nèi)部已經(jīng)具備了振蕩電路，只要在AT89C52的兩個(gè)引腳（即19、18腳）連接到簡(jiǎn)單的石英振蕩晶體的2端即可，晶體的2個(gè)管腳也要用

23、30pF的電容耦合到地。復(fù)位電路89C52 7 的復(fù)位引腳（Reset）是第9腳，當(dāng)此引腳連接高電平超過2個(gè)機(jī)器周期，即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。以12MHz的時(shí)鐘脈沖為例，每個(gè)時(shí)鐘脈沖為1s，兩個(gè)機(jī)器周期為2s，因此，在第9腳上連接一個(gè)4s的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作。最簡(jiǎn)單的就是只要一個(gè)電阻跟一個(gè)電容的復(fù)位電路，如圖3.17所示。圖3.17 通電瞬間復(fù)位電路Figure 3.17 circular telegram instantaneous reset circuit 圖3.18 89C52的基本外部電路Figure 3.18 89C52 basic exterior electric cir

24、cuit主控部分具體電路圖3.19主控電路原理圖Figure 3.19 master control electric circuit schematic diagram4 數(shù)控電流源的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1具體模塊劃分?jǐn)?shù)據(jù)處理以及顯示模塊其具體流程圖如4.1圖所示:圖4.1數(shù)據(jù)處理以及顯示模塊其具體流程圖Figure 4.1 data processing as well as display module its specific flow chart按鍵處理程序模塊如圖4.2所示:圖4.2按鍵處理程序流程圖Figure 4.2 pressed key disposal procedure f

25、low chart4.2數(shù)值處理考慮到運(yùn)算放大器的工作點(diǎn)偏差問題輸出控制采用鏈表方式，調(diào)整電路使得在兩個(gè)D/A均為最大輸出時(shí)，輸出電流為2000mA，然后遞減粗調(diào)和細(xì)調(diào)D/A同時(shí)用高精度電流表檢測(cè)電流，當(dāng)調(diào)整到合適的電流時(shí)即將輸出狀態(tài)記錄，并與輸出電流相關(guān)聯(lián)，從而修正D/A線性，運(yùn)算放大器靜態(tài)電流等問題造成的偏差，同時(shí)在加入溫度探測(cè)電路以后可以方便的對(duì)溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償。系統(tǒng)具有良好的可升級(jí)性。鍵盤對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，（所要得到的電流值），單片機(jī)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化成D/A轉(zhuǎn)換器AD0832所需要的數(shù)字信號(hào)。假設(shè)鍵盤輸入的電流值為I,由于AD0832為8位的D/A轉(zhuǎn)換器，待轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)最大值為2

26、 8-1=255,考慮到數(shù)值連續(xù)性問題細(xì)調(diào)D/A只采用200檔，所以該系統(tǒng)最大分辨率為255*200=51000，在最大輸出電流為2000mA時(shí)分辨率為2000/51000，小于0.1mA。采用軟件修正后，使得最小步進(jìn)為1mA，優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。5 系統(tǒng)測(cè)試5.1設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)鑒于市場(chǎng)上高位D/A價(jià)格高，并且購(gòu)買困難，在電路設(shè)計(jì)中將采用，兩個(gè)八位D/A經(jīng)過運(yùn)算得到高精度的電壓輸出，并采用查表的方式對(duì)D/A進(jìn)行控制，在不同的環(huán)境下采用不同的鏈表，從而對(duì)元器件的非線性以及溫度的影響進(jìn)行高精度補(bǔ)償。采用有源慮波的方法降低電源雜波，純凈的電源供給為良好的輸出性能提供了保障。5.2系統(tǒng)性能檢測(cè)1測(cè)試儀器雙蹤示波

27、器，數(shù)字示波器，萬(wàn)用表 2指標(biāo)測(cè)試輸出電流范圍：20mA-2000mA可以通過按鍵設(shè)置電流值，并且實(shí)際輸出值與給定值之間的偏差<=給1%+10mA。具有“+”“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)電流<10mA。本設(shè)計(jì)要求輸出電流范圍為1mA2000mA，根據(jù)圖2.10恒流源模塊可知，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；然后輸出模擬量。下面列出部分電流值及其對(duì)應(yīng)的理論和防真的數(shù)字量如表5.1所示表5.1 預(yù)值測(cè)量值Table 5.1 pre-value observed values電流值 （mA）防真值（mA）偏差（mA）顯示值（mA）偏差（mA）11.0220.0222154.960.04

28、61109.890.111112019.790.2121110099.90.11022500500050331000100001003315001499114961電流值 （mA）防真值（mA）偏差（mA）顯示值（mA）偏差（mA）5.3減小紋波所采用的措施 由于電源電路存在紋波，必須盡量減小紋波系數(shù)，本設(shè)計(jì)采用措施有：電源大面積共地（注意大電流與小電流不能共地）在整流橋后加大電容慮波，本設(shè)計(jì)采用約為22000uF 為了進(jìn)一步避免紋波電壓對(duì)電路的干擾而產(chǎn)生的紋波電流，本設(shè)計(jì)又加入了有源濾波電路。電路如圖5.1 圖5.1有源慮波電路Figure 5.1 active worry wave ele

29、ctric circuit5.4 紋波電流測(cè)試本設(shè)計(jì)要求紋波電流小于0.5毫安，根據(jù)恒流源模塊電路，用低頻交流毫伏表測(cè)采樣電阻（康銅絲繞制而成，由于該電路為直流電路沒交流成分，所以不會(huì)產(chǎn)生感抗）兩端的電壓，通過公式：紋波電流（Iw） = 紋波電壓(Uw)/采樣電阻（100歐）計(jì)算得出。5.5誤差分析從上面的測(cè)試結(jié)果可以看出系統(tǒng)輸出具有很高的準(zhǔn)確性，這得益于有源慮波的所提供的高穩(wěn)定電源，以及雙D/A所帶來的高分辨率的參考電壓值,但是在電路設(shè)計(jì)初期沒有充分考慮地線的干擾，對(duì)系統(tǒng)的控制精度產(chǎn)生了一定的不利影響，在今后的設(shè)計(jì)中需要進(jìn)一步改進(jìn)6. 結(jié)論因?yàn)楹懔髟词且粋€(gè)電源內(nèi)阻非常大的電源。如果電源的電壓

30、能夠隨著負(fù)載的變化而變化，保持RL中的電流不發(fā)生變化，也可以實(shí)現(xiàn)恒流。本設(shè)計(jì)正是利用這個(gè)思路。實(shí)際上是可調(diào)壓電壓源，輸出接負(fù)載后反饋到單片機(jī)。由單片機(jī)根據(jù)輸出和給定值進(jìn)行調(diào)整，保持RL中的電流恒定。在參考傳統(tǒng)電流源以及普通數(shù)控電流源的基礎(chǔ)上，在充分考慮性價(jià)比的同時(shí)極大的提高了數(shù)控電流源的準(zhǔn)確性，在采用軟件修正以后在使用普通元件的情況下電流源的性能也達(dá)到了比較高的水平，同時(shí)高分辨率的參考電壓源也為系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)展提供了一個(gè)良好的硬件平臺(tái)。但是也因?yàn)橛捎跁r(shí)間、個(gè)人及技術(shù)的原因，本論文存在如下問題有待于進(jìn)一步研究和改進(jìn)。如：采用軟件修正的緣故，該設(shè)計(jì)在軟件編寫的時(shí)候需要測(cè)量大量的數(shù)據(jù)，給批量生產(chǎn)帶來

31、了一定的不便，在今后的設(shè)計(jì)中將考慮設(shè)計(jì)該款電流源的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成系統(tǒng)，以利于批量生產(chǎn)同時(shí)在條件允許的情況下，加入溫度探頭在不同的溫度下采用不同的修正方案使得該系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性將進(jìn)一步提高。致 謝經(jīng)過幾個(gè)月的努力，本設(shè)計(jì)終于順利完成。首先感謝我的指導(dǎo)老師胡俊海老師，他在整個(gè)設(shè)計(jì)中給了我們熱誠(chéng)耐心的指導(dǎo)，提出了許多寶貴的建議，在他的指導(dǎo)下解決了很多的困難。從設(shè)計(jì)的開題研究、開題報(bào)告、理論分析、論文寫作，胡老師都給予了極為細(xì)微的指導(dǎo)。在學(xué)習(xí)上導(dǎo)師對(duì)我鼓勵(lì)與支持，每當(dāng)遇到困難時(shí)，導(dǎo)師總是給予熱心的幫助和耐心的指導(dǎo)，使我得以順利地完成論文。感謝朱鳳武教授和李喜武教授對(duì)論文的熱心指導(dǎo)并提出建設(shè)性的意見.感謝叢

32、亮等同學(xué)給予的幫助及許多有益的建議。深深地感謝我親愛的父母親，他們給了我全面的關(guān)懷、鼓勵(lì)，并幫助我解決生活上的困難，使我能夠順利完成學(xué)業(yè)。最后衷心的感謝在百忙之中評(píng)閱論文和出席答辯的各位專家、教授!參考文獻(xiàn)1 李華等編著·MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)·北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 19932 張立科，單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐。北京：人民郵電出版社，20053 張凱等編著，MCS-51單片機(jī)綜合系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)開發(fā)。北京：科學(xué)出版社，19964 朱宇光編著，單片機(jī)應(yīng)用新技術(shù)教程。北京：電子工業(yè)出版社，20005 余永權(quán)，89系列FLASH單片機(jī)原理與應(yīng)用。北京：電子工業(yè)出

33、版社，20006 樓然苗，李光飛，51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例。北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20037 李東生，PROTEL 99SE電路設(shè)計(jì)技術(shù)入門與應(yīng)用。北京：電子工業(yè)出版社，20028 張有順編著，MCS-51/96系列單片機(jī)簡(jiǎn)明教程。北京：中國(guó)脊梁出版社，19989 Bollinger JG, Duffre NA. Computer Control of Machines and Processes. Addison-Wesley Publishing Company,198910 Application Notes for 8Oc51-Based 8-Bit Microcontrollo

34、rs .Philips . emiconductors,1993附 錄總電路圖附錄2ORG0000H JMPSTART;R7R6R5 定時(shí)器START: MOVSCON,#00H MOV23H,#00H MOV24H,#00HBACK: MOVA,24H;選擇表單 CJNEA,#00H,CL MOVDPTR,#DATAB0 JMPTZCL: CJNEA,#01H,CL1 MOVDPTR,#DATAB1 JMPTZCL1: CJNEA,#02H,CL2 MOVDPTR,#DATAB2 JMPTZCL2:CJNEA,#03H,CL3 MOVDPTR,#DATAB3 JMPTZCL3:CJNEA,#

35、04H,CL4 MOVDPTR,#DATAB4 JMPTZCL4:CJNEA,#05H,CL5 MOVDPTR,#DATAB5 JMPTZCL5:CJNEA,#06H,CL6 MOVDPTR,#DATAB6 JMPTZCL6:CJNEA,#07H,CL7 MOVDPTR,#DATAB7 JMPTZCL7:CJNEA,#08H,CL8 MOVDPTR,#DATAB8 JMP TZCL8:CJNEA,#09H,START MOVDPTR,#DATAB9TZ: MOVA,23H;查低位表單數(shù)值 MOVCA, A+DPTR MOV20H,A MOVA,24H;選擇表單 CJNEA,#00H,CHL M

36、OVDPTR,#DAHTAB0 JMP THZCHL:CJNEA,#01H,CHL1 MOVDPTR,#DAHTAB1 JMPTHZCHL1:CJNEA,#02H,CHL2 MOVDPTR,#DAHTAB2 JMPTHZCHL2:CJNEA,#03H,CHL3 MOVDPTR,#DAHTAB3 JMP THZCHL3:CJNEA,#04H,CL4 MOVDPTR,#DAHTAB4 JMPTHZCHL4:CJNEA,#05H,CL5 MOVDPTR,#DAHTAB5 JMPTHZCHL5:CJNEA,#06H,CL6 MOVDPTR,#DAHTAB6 JMPTHZCHL6:CJNEA,#07H,

37、CL7 MOVDPTR,#DAHTAB7 JMPTHZCHL7:CJNEA,#08H,CL8 MOVDPTR,#DAHTAB8 JMP THZ MOVDPTR,#DAHTAB9THZ:MOVA,23H MOVCA,A+DPTRMOV21H,A;查高位表單數(shù)值CALLBCDCLRP1.7MOVA,20HCALLSENDMOVA,21HCALLSENDMOVA,26HMOVR4,#0F0H;R4ANLA,R4;屏蔽低四位RRARRARRARRAMOVR0,ACALLSEG;發(fā)21H低位MOVA,26HMOVR4,#0FHANLA,R4MOVR0,ACALLSEG;發(fā)20H高位MOVA,25HMOV

38、R4,#0F0H;R4ANLA,R4;屏蔽低四位RRARRARRARRAMOVR0,ACALLSEG;發(fā)20H低位MOVA,25HMOVR4,#0FHANLA,R4MOVR0,ACALLSEG;發(fā)20H高位CALLDLMOVP1,#0FFHMOV22H,P1;22h鍵盤緩沖CALLDLMOVP1,#0FFHMOVA,P1CJNEA,22H,KEYL4CJNEA,#11111110B,KEYL1;按鍵處理CALLKEY1KEYL1:CJNEA,#11111101B,KEYL2CALLKEY2KEYL2:CJNEA,#11111011B,KEYL3CALLKEY3KEYL3:CJNEA,#1111

39、0111B,KEYL4CALLKEY4KEYL4:JMPBACKBCD:MOVA,23HMOVB,#10DIVABSWAPAADDA,BMOV25H,AMOVA,24HMOVB,#10DIVABSWAPAADDA,BMOV26H,ARETSEGTAB:DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDB01H,09H,11H,0C1H,63H,85H,61H,71HDATAB0:DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDATAB1:DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDATAB2:DB03H,9FH,25H,0DH,99

40、H,49H,41H,1FHDATAB3:DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDATAB4:DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDATAB5:DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDATAB6:DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDATAB7:DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDATAB8: DB 03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDATAB9: DB 03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAH

41、TAB0 DB 03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB1: DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB2 :DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB3 :DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB4 :DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB5 : DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB6: DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB7:

42、 DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB8: DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDAHTAB9: DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHEND附錄3 英文文獻(xiàn)AT89C52 Chip explainsThe AT89C52 is a low-power, high-performance CMOS 8-bit microcomputer with 8 Kbytes of Flash programmable and erasable read only memory (PEROM). The d

43、evice is manufactured using Atmels high density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry standard 80C51 and 80C52 instruction set and pinot. The on-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional onvolatile memory programmer. By combini

44、ng a versatile 8-bit CPU with Flash on a monolithic chip, the Atmel AT89C52 is a powerful microcomputer, which provides a highly flexible and cost effective solution to many embedded control applications. The AT89C52 provides the following standard features: 8 Kbytes of Flash, 256 bytes of RAM, 32 I

45、/O lines, three 16-bit timer/counters, a six-vector two-level interrupt architecture, a full duplex serial port, on-chip oscillator, and clock circuitry. In addition, the AT89C52 is designed with static logic for operation down to zero frequency and supports two software selectable power saving mode

46、s. The Idle Mode stops the CPU while allowing the RAM, timer/counters, serial port, and interrupt system to continue functioning. The Power Down Mode saves the RAM contents but freezes the oscillator, disabling all other chip functions until the next hardware reset.Pin DescriptionVCC  Supply vo

47、ltage.GND  Ground. Port 0 is an 8-bit open drain bidirectional I/O port. As an output port, each pin can sink eight TTL inputs. When 1s are written to port 0 pins, the pins can be used as high-impedance inputs.Port 0 can also be configured to be the multiplexed low-order address/data bus during

48、 accesses to external program and data memory. In this mode, P0 has internal pullups.Port 0 also receives the code bytes during Flash programming and outputs the code bytes during program verification. External pullups are required during program verification. Port 1 is an 8-bit bidirectional I/O po

49、rt with internal pullups. The Port 1 output buffers can sink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 1 pins, they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs, Port 1 pins that are externally being pulled low will source current (IIL) because of the intern

50、al pullups. In addition, P1.0 and P1.1 can be configured to be the timer/counter 2 external count input (P1.0/T2) and the timer/counter 2 trigger input (P1.1/T2EX), respectively, as shown in the following table.Port 1 also receives the low-order address bytes during Flash programming and program ver

51、ification. Port 2 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pullups. The Port 2 output buffers can sink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 2 pins, they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs, Port 2 pins that are externally being pulled l

52、ow will source current (IIL) because of the internal pullups. Port 2 emits the high-order address byte during fetches from external program memory and during accesses to external data memory that use 16-bit addresses (MOVX DPTR). In this application, Port 2 uses strong internal pullups when emitting

53、 1s. During accesses to external data memory that use 8-bit addresses (MOVX RI), Port 2 emits the contents of the P2 Special Function Register. Port 2 also receives the high-order address bits and some control signals during Flash programming and verification. Port 3 is an 8-bit bidirectional I/O port with internal pullups. The Port 3 output buffers can sink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 3 pins, they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. As inputs, Port 3 pins that are externally