基于單片機(jī)的恒流源

前言隨著電子技術(shù)的開(kāi)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)字化已經(jīng)成為人們追求的一種趨勢(shì)，設(shè)備的性能、價(jià)格，開(kāi)展空間等備受人們關(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(kāi)穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設(shè)備和外圍條件就越優(yōu)越，那么設(shè)備的壽命就更長(zhǎng)?；诖?，人們對(duì)數(shù)控恒定電流器件的需要越來(lái)越迫切。電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，效勞于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最正確應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)開(kāi)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的開(kāi)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的開(kāi)展，滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的開(kāi)展起來(lái)的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開(kāi)始建立。這些理論為其后來(lái)的開(kāi)展提供了一個(gè)良好的根底。在以后的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長(zhǎng)足的開(kāi)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比擬低、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源主要的開(kāi)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的開(kāi)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷開(kāi)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度到達(dá)0.05V的數(shù)控電源，功率密度到達(dá)每立方英寸50W的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三局部。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩。數(shù)字化智能電源是針對(duì)傳統(tǒng)電源的缺乏設(shè)計(jì)的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是恒流源方面特別是數(shù)控恒流源的技術(shù)菜剛剛起步有待開(kāi)展，高性能的數(shù)控橫流器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用存在巨大的開(kāi)展空間。本數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)輸出電流穩(wěn)定，不隨負(fù)載和環(huán)境變化，并且有很高的精度，輸出電流誤差范圍很小，輸出電流可在一定范圍內(nèi)任意設(shè)定，因而可實(shí)際應(yīng)用于需要穩(wěn)定度小功率橫流源的領(lǐng)域。第一章緒論1.1恒流源的意義恒流源是能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源，一次恒流源的應(yīng)用范圍非常廣泛，并且在許多情況下是必不可少的。例如在通用的充電器對(duì)蓄電池充電時(shí)，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，充電電源就會(huì)相應(yīng)的減少，為了保證恒流充電，必須隨時(shí)提高充電器的輸出電壓，但采用恒流源充電后就可以不必調(diào)整期輸出電壓，從而使勞動(dòng)強(qiáng)度降低，生產(chǎn)效率得到提高。恒流源還被廣泛應(yīng)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，且電流越穩(wěn)定，測(cè)量就越準(zhǔn)確。它既可以為各種放大電路提供偏流以穩(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)生電路中得到廣泛應(yīng)用。除此之外，現(xiàn)行掃描鋸齒波的獲得，有線通信工電源，電泳、點(diǎn)解、電鍍等化學(xué)加工裝置電源，電子束加工機(jī)、離子注入機(jī)等電子光化學(xué)設(shè)備中的供電電源也都必須用用恒流源！1.2恒流源的開(kāi)展歷程1.2.1電真空器件恒流源的誕生世界上最早的恒流源，大約出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代早期。當(dāng)時(shí)采用的電真空器件是鎮(zhèn)流管，優(yōu)于鎮(zhèn)流管有穩(wěn)定電流的功能，所以有用于交流電路，常被用來(lái)穩(wěn)定電子管的燈絲電流。電子管通常不能單獨(dú)作為橫流元件，但可用它來(lái)構(gòu)成各種橫流電路。由于電子管是高雅小電流器件，因此用簡(jiǎn)單的晶體管電路難于獲得高雅小電流恒流源，用電子管電路卻容易實(shí)現(xiàn)，并且性能相當(dāng)好！1.2.2晶體管橫流源的產(chǎn)生和分類進(jìn)入60年代，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的開(kāi)展，設(shè)計(jì)和制造出了各種性能優(yōu)越的晶體管和恒流源，并在實(shí)際中獲得可廣泛的應(yīng)用。晶體管恒流源電路可封裝在同一外殼內(nèi)，成為一個(gè)具有橫流功能的獨(dú)立器件，用它可構(gòu)成直接調(diào)整型恒流源。用晶體管做調(diào)整元件的各種開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的恒流源，在許多電子電路中得到了應(yīng)用。但晶體管恒流源的恒流源的電流穩(wěn)定度一般不高，且最大輸出電流也不活幾安培。它適用于那些對(duì)穩(wěn)定度要求不太高的場(chǎng)合。1.2.3集成電路恒流源的出現(xiàn)和種類到了70年代，半導(dǎo)體集成技術(shù)的開(kāi)展，使得恒流源的研制進(jìn)入了一個(gè)新的階段。長(zhǎng)期以來(lái)采用別離元件組裝的各種恒流源，現(xiàn)在可以集成在一塊很小的硅片上面僅需外接少量的元件，集成電路恒流源不僅減小了體積和重量，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和調(diào)試步驟，而且提高了穩(wěn)定性和可靠性。在各種恒流源電路中，集成電路恒流源的性能堪稱最正確。第二章系統(tǒng)原理及理論分析2.1恒流實(shí)現(xiàn)原理數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543是12位電流輸出型，其中OUT1和OUT2是電流的輸出端。電流的輸出級(jí)別可這樣計(jì)算DX=式中：DX是控制級(jí)數(shù)電壓由集成運(yùn)算放大器U8A的1腳輸出，根據(jù)T型電阻網(wǎng)絡(luò)型的D/A轉(zhuǎn)換關(guān)系可知，存在如下通式：〔1〕式中：——輸出電壓(V)——參考電壓(V)；R——T網(wǎng)絡(luò)電阻()；——外接反應(yīng)電阻()。電流放大電路存在如下關(guān)系：〔2〕〔3〕式中： Ib——基極電流〔mA〕；Ui——輸入電壓〔V〕； IL——負(fù)載電流〔mA〕。由式〔1〕、〔2〕可得到：〔4〕由于電路中的放大系數(shù)值遠(yuǎn)大于1，而與保持恒定，所以可推出負(fù)載電流與輸入電壓存在如下關(guān)系：〔5〕由式(5)、〔1〕可得到:〔6〕其中，K為比例系數(shù)由式〔6〕可知，負(fù)載電流不隨外部負(fù)載的變化而改變。當(dāng)保持不變時(shí)(即AD7543的輸入數(shù)字量保持不變)，輸出電流維持不變，能夠到達(dá)恒流的目的。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控的目的，可以通過(guò)微處理器控制AD7543的模擬量輸出，從而間接改變電流源的輸出電流。從理論上來(lái)說(shuō)，通過(guò)控制AD7543的輸出等級(jí)，可以到達(dá)1mA的輸出精度。但是本系統(tǒng)恒流源要求輸出電流范圍是20mA~2000mA，而當(dāng)器件處于2000mA的工作電流時(shí)，屬于工作在大電流狀態(tài)，晶體管長(zhǎng)時(shí)間工作在這種狀態(tài)，集電結(jié)發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致晶體管值下降，從而導(dǎo)致電流不能維持恒定。為了克服大電流工作時(shí)電流的波動(dòng)，在輸出局部增加了一個(gè)反應(yīng)環(huán)節(jié)來(lái)控制電流穩(wěn)定，減小電流的波動(dòng)，此反應(yīng)回路采用數(shù)字形式反應(yīng)，通過(guò)微處理器的實(shí)時(shí)采樣分析后，根據(jù)實(shí)際輸出對(duì)電流源進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。經(jīng)測(cè)試說(shuō)明，采用常用的大功率電阻作為采樣電阻，輸出電流波動(dòng)比擬大，而選用錳銅電阻絲制作采樣電阻，電流穩(wěn)定性得到了改善。2.2系統(tǒng)性能本系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要由兩大關(guān)系所決定，設(shè)定值與D/A采樣顯示值〔系統(tǒng)內(nèi)部測(cè)量值〕的關(guān)系。內(nèi)部測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值的關(guān)系，而后者是所有儀表所存在的誤差。在沒(méi)有采用數(shù)字閉環(huán)之前，設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值的關(guān)系只能通過(guò)反復(fù)測(cè)量來(lái)得出它們的關(guān)系〔要送多大的數(shù)才能使Ｄ/Ａ輸出與設(shè)定電流值相對(duì)應(yīng)的電壓值〕，再通過(guò)單片機(jī)乘除法再實(shí)現(xiàn)這個(gè)關(guān)系，從而根本實(shí)現(xiàn)設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值相一致。但由于周圍環(huán)境等因素的影響，使設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值的關(guān)系改變，使得設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值不一致，有時(shí)會(huì)相差上百毫安，只能重新測(cè)量設(shè)定值與Ａ/Ｄ采樣顯示值的關(guān)系改變Ｄ/Ａ入口數(shù)值的大小才能重新到達(dá)設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值相一致，也就是說(shuō)還不穩(wěn)定。在采用數(shù)字閉環(huán)后。通過(guò)比擬設(shè)定值與Ａ/Ｄ采樣顯示值，得出它們的差值，再調(diào)整Ｄ/Ａ的入口數(shù)值，從而使Ａ/Ｄ采樣顯示值逐步逼近設(shè)定值最終到達(dá)一致。而我們無(wú)須關(guān)心Ｄ/Ａ入口數(shù)值的大小，從而省去了原程序中雙字節(jié)乘除的局部，使程序簡(jiǎn)單而不受周圍環(huán)境等因素的影響。內(nèi)部測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值的誤差是由于取樣電阻與負(fù)載電阻和晶體管的放大倍數(shù)受溫度的影響和測(cè)量?jī)x表的誤差所造成的，為了減少這種誤差，一定要選用溫度系數(shù)低的電阻來(lái)作采樣電阻，因此本系統(tǒng)選用錳銅電阻絲來(lái)作采樣電阻。2.3單片機(jī)最小系統(tǒng)組成單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心局部，它主要用于鍵盤(pán)按鍵管理、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對(duì)各局部反應(yīng)環(huán)節(jié)進(jìn)行整體調(diào)整。主要包括AT89S52單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543、數(shù)碼管顯示譯碼芯片74LS47與74LS138等器件。下列圖為組成第三章總體方案論證與比擬3.1方案一方案一原理如下列圖，采用EPROM和D\A轉(zhuǎn)換器等數(shù)字器件完成的控制。次方案使用計(jì)數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為EOROM的地址輸入，而由EPROM得輸出經(jīng)D\A變換后控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出步進(jìn)。但由于此方案使用開(kāi)環(huán)控制策略，電路簡(jiǎn)單，本錢低，對(duì)最后的輸出結(jié)果不能進(jìn)尋根建好的調(diào)整和修正，使得輸出電流精度不高，且控制數(shù)據(jù)燒錄在EPROM中，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活降低，子適應(yīng)能力差。3.2方案二此方案如下列圖，主要是以單片機(jī)為核心構(gòu)建控制器，通過(guò)對(duì)電流值進(jìn)行預(yù)置，單片機(jī)輸出相應(yīng)數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D\A轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大、電平轉(zhuǎn)換、壓控恒流源，輸出電信號(hào)。實(shí)際輸出的電流再利用精密采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)高輸入阻抗差動(dòng)放大器、D\A轉(zhuǎn)換，將信號(hào)反應(yīng)到單片機(jī)中，再將輸出反應(yīng)信號(hào)于設(shè)定值比擬，送出調(diào)整信號(hào)，最后輸出新的電流值，這樣就形成了閉環(huán)調(diào)節(jié)，鎖定輸出電流，提高了輸出電流的精度和穩(wěn)定度。本方案采用單片機(jī)進(jìn)行控制、顯示、預(yù)置，使得系統(tǒng)靈活方便，電流輸出精度和穩(wěn)定度較高。但在此方案存在穩(wěn)定性受限于單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力。3.3方案三方案圖如下所示，整體原理框圖于方案二大致相同，進(jìn)行總體控制、算法運(yùn)算、顯示和置數(shù)的等功能。配合VHDL，語(yǔ)言設(shè)計(jì)數(shù)字硬件控制模塊進(jìn)行控制，具有運(yùn)行速度快，工作穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。3.4最終方案確定1〕方案一采用橫流二極管或者橫流三極管，精度比擬高，但這種電路能實(shí)現(xiàn)的恒流源范圍很小，智能到達(dá)幾十毫安，不能到達(dá)設(shè)計(jì)的要求。2〕方案二采用四端可調(diào)恒流源，這種器件考改變外圍電阻元件參數(shù)，從而使電流到達(dá)可調(diào)的目的，這種器件能夠滿足20--2000毫安的電流輸出要求。改變輸出電流，通常有兩種方法：一是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)改變輸出電流，這種方法不能滿足數(shù)控調(diào)節(jié)的要求；二是通過(guò)數(shù)字電位器來(lái)改變需要的電阻參數(shù)，雖然可以到達(dá)數(shù)控的目的，但數(shù)字電位器的沒(méi)一級(jí)步進(jìn)電阻比擬大，很難連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電流。3〕方案三此方案恒流源通過(guò)改變橫流的外圍電壓，利用電壓的大小來(lái)控制輸出電流的大小，電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機(jī)送出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再發(fā)送到大功率三極管進(jìn)行放大。當(dāng)改變負(fù)載大小時(shí)，根本不夠影響電流的輸出，使得系統(tǒng)一直維持在設(shè)定電流值小范圍內(nèi)。該方案通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定，功能比擬容易實(shí)現(xiàn)，也便于操作。以上三個(gè)整體方案各自的特點(diǎn)，進(jìn)過(guò)比擬可以看出，方案三是最優(yōu)方案，但考慮到設(shè)計(jì)工作量大，測(cè)試復(fù)雜，所以最終選擇方案二！此設(shè)計(jì)在采用整體方案的方案二的根底上進(jìn)行改良與恒流方y(tǒng)源案的方案三相結(jié)合，構(gòu)成了以單片機(jī)為核心構(gòu)建器，通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)電流值進(jìn)行預(yù)置或按鍵逐步微調(diào)，單片機(jī)輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大、壓控恒流源，輸出電流信號(hào)。實(shí)際輸出的電壓值利用精密電阻進(jìn)行分析采樣后，經(jīng)過(guò)高輸入阻抗放大器構(gòu)成的電壓跟隨器、D/A轉(zhuǎn)換，將信號(hào)反應(yīng)到單片機(jī)，將輸出反應(yīng)信號(hào)再與預(yù)置限流值比擬，構(gòu)成實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。因?yàn)樵陔娏髟捶桨钢写蠊β嗜龢O管采用了場(chǎng)效應(yīng)管，而且采樣電阻使用了根本上沒(méi)有溫漂的康銅絲作為采樣電阻，從而使整個(gè)系統(tǒng)工作在最正確狀態(tài)。即使不用對(duì)輸出電流進(jìn)行采樣形成閉環(huán)控制回路也可以到達(dá)預(yù)期的目的。而且省去了不少硬件開(kāi)支。本方案采用單片機(jī)進(jìn)行控制、顯示、預(yù)置數(shù)使得系統(tǒng)靈活方便，電流輸出精度和穩(wěn)定度高。但此方案存在受限于單片機(jī)數(shù)據(jù)處理能力！第四章模塊電路設(shè)計(jì)與比擬4.1模塊電路設(shè)計(jì)與比擬恒流源方案選擇方案一：采用恒流二極管或者恒流三極管，精度比擬高，但這種電路能實(shí)現(xiàn)的恒流范圍很小，只能到達(dá)十幾毫安，不能到達(dá)題目的要求。方案二：采用四端可調(diào)恒流源，這種器件靠改變外圍電阻元件參數(shù)，從而使電流到達(dá)可調(diào)的目的，這種器件能夠到達(dá)1~2000毫安的輸出電流。改變輸出電流，通常有兩種方法：一是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)改變輸出電流，這種方法不能滿足題目的數(shù)控調(diào)節(jié)要求；二是通過(guò)數(shù)字電位器來(lái)改變需要的電阻參數(shù)，雖然可以到達(dá)數(shù)控的目的，但數(shù)字電位器的每一級(jí)步進(jìn)電阻比擬大，所以很難調(diào)節(jié)輸出電流。方案三：壓控恒流源，通過(guò)改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來(lái)控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機(jī)送出數(shù)字量，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再送到大功率三極管進(jìn)行放大。單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)輸出電流進(jìn)行監(jiān)控，采用數(shù)字方式作為反應(yīng)調(diào)整環(huán)節(jié)，由程序控制調(diào)節(jié)功率管的輸出電流恒定。當(dāng)改變負(fù)載大小時(shí)，根本上不影響電流的輸出，采用這樣一個(gè)閉路環(huán)節(jié)使得系統(tǒng)一直在設(shè)定值維持電流恒定。該方案通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定，易于功能的實(shí)現(xiàn)，便于操作，應(yīng)選擇此方案第五章模塊電路設(shè)計(jì)5.1單片機(jī)控制電路5.1.1AT89C52本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為控制核心AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出〔I/O〕端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3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，2個(gè)讀寫(xiě)口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其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(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)本錢。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。5.12AT89C52的主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)〔2〕8k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次〕FlashROM〔3〕32個(gè)雙向I/O口〔4〕256x8bit內(nèi)部RAM〔5〕3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz(6)2個(gè)串行中斷(7)可編程UART串行通道(8)2個(gè)外部中斷源(9)共8個(gè)中斷源(10)2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線(11)3級(jí)加密位5.13AT89C52各引腳功能及管腳電壓P0口P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1〞時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址〔低8位〕和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流〕4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1〞，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入〔P1.0/T2〕和輸入〔P1.1/T2EX〕P2口P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流〕4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1〞，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令〕時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔如執(zhí)行MOVX@RI指令〕時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3口P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流〕4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1〞時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流〔IIL〕。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。5.2D/A接口設(shè)計(jì)和D/A芯片的選擇D/A轉(zhuǎn)換采用24位TLC5615構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路，引腳如圖2.4所示。TLC5615是一個(gè)串行10位DAC芯片，性能比早期電流型輸出的DAC要好。只需要三根串行總線就可以完成十位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器〔單片機(jī)〕接口。D/A轉(zhuǎn)換電路主要負(fù)責(zé)把單片機(jī)輸出的控制信號(hào)送給高精度運(yùn)算放大器，控制電流源輸出電流大小TLC5615引腳圖硬件連接圖5.3鍵盤(pán)及LED顯示電路ＣＨ４５１的功能與引腳介紹ＣＨ４５１是一個(gè)整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤(pán)掃描控制以及μＰ監(jiān)控的多功能外圍芯片。ＣＨ４５１內(nèi)置ＲＣ振蕩電路，可以直接動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)８位數(shù)碼管或者６４位ＬＥＤ，具有ＢＣＤ譯碼或不譯碼功能，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)、各數(shù)字獨(dú)立閃爍等控制功能。ＣＨ４５１內(nèi)置大電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，段電流不小于３０ｍＡ，字電流不小于１６０ｍＡ，并有１６級(jí)亮度控制功能；在鍵盤(pán)控制方面，該器件內(nèi)置６４鍵鍵盤(pán)控制器，可實(shí)現(xiàn)８×８矩陣鍵盤(pán)掃描，并內(nèi)置去抖動(dòng)電路，可提供按鍵中斷與按鍵釋放標(biāo)志位等功能；在外部接口方面，ＣＨ４５１可選擇簡(jiǎn)潔的１線串行接口或高速４線串行接口，且內(nèi)置上電復(fù)位，可提供高電平有效復(fù)位和低電平有效復(fù)位兩種輸出，同時(shí)內(nèi)置看門(mén)狗電路Ｗａｔｃｈ－Ｄｏｇ。5.4硬件連接通過(guò)單片機(jī)AT89C52和CH451LED顯示以及大功率三極管放大器形成穩(wěn)定恒流源.控恒流源，到達(dá)了題目要求。在數(shù)據(jù)測(cè)試和調(diào)試方面，由于儀表存在誤差和電路器件因工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)溫度升高而產(chǎn)生的誤差，使得測(cè)量數(shù)據(jù)不是很精確，本系統(tǒng)就此通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，減少誤差的存在，大大提高了系統(tǒng)的精度。第六章軟件設(shè)計(jì)本軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是：鍵盤(pán)對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，送到位數(shù)模轉(zhuǎn)換