畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)

1、數(shù)控直流電流源摘 要本系統(tǒng)是以直流恒流源為核心，p89v51單片機(jī)為系統(tǒng)主控制器，通過鍵盤來步進(jìn)調(diào)整電流源的輸出電流，步進(jìn)電流10ma，并由數(shù)碼管直觀顯示輸出電流值。該系統(tǒng)由主控制器輸出數(shù)字量，經(jīng)過dac0832數(shù)模轉(zhuǎn)換之后，輸出模擬電壓，經(jīng)過運(yùn)算放大器隔離放大之后，控制tip122功率管的基極電壓，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電流。另外，單片機(jī)還同時(shí)對(duì)輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。電流源的輸出電流經(jīng)過熱穩(wěn)定較好的采樣電阻后，完成了電流/電壓轉(zhuǎn)換。采樣電阻上的電壓經(jīng)過同相放大之后，通過tlc0832完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換，再由單片機(jī)分析處理。通過該反饋環(huán)節(jié)，可以使電流源的輸出電流更加穩(wěn)定，以形成穩(wěn)定的

2、壓控電流源。關(guān)鍵詞：p89v51；dac0832；tlc0832；tip122；恒流源the digital controlled direct current sourceabstractin the system the dc current source is the centre, and p89v51 version single chip microcomputer is main controller. output current of dc power can be set by the keyboard which step can reach 10ma, while th

3、e value of the current can be displayed by led. the digitally programmable signal is made by the central controller, which converted to the analog voltage after the digital-to-analog of dac0832. then the analog voltage which is isolated and amplified by operational amplifiers, is sent to the base el

4、ectrode of tip122, and the current of the emitter varies with the change of the bases voltage. otherwise, the output current can be monitored by the mcu real-timely. the current-to-voltage conversion is completed when the current pass through the sampling resistor whose thermal stability is very wel

5、l. at the same time, the dac is achieved by the tlc0832 after the phase amplification of the voltage on sampling resistor. and then the mcu will analyse and process the data. the output current can be more stable by the feedback loop so that a stable voltage-controlled constant current power is desi

6、gned.keywords：p89v51；dac0832；tlc0832；tip122；constant current power目 錄第一章 緒論11.1 電流源簡(jiǎn)介11.2 問題提出11.3 歷史發(fā)展及趨向預(yù)測(cè)11.3.1 歷史發(fā)展11.3.2 趨向預(yù)測(cè)11.4 數(shù)控直流電流源的可行性21.5 研究方向21.6 工作內(nèi)容2第二章 總體方案論證與比較32.1 傳統(tǒng)電流源的設(shè)計(jì)方案32.2 數(shù)控直流電流源32.3 數(shù)控直流電流源的方案論證與比較4第三章 模塊硬件電路的設(shè)計(jì)與比較53.1 單片機(jī)p89v51芯片的介紹53.1.1 p89v51單片機(jī)的性能介紹53.1.2 功能引腳說明53.2

7、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊73.2.1 dac0832概述73.2.2 dac0832參考電壓的選擇93.2.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案93.3 模數(shù)芯片tlc0832概述93.5 人機(jī)界面方案的選擇103.4 恒流源方案的選擇123.5 反饋閉環(huán)方案的選擇123.5.1 閉環(huán)系統(tǒng)的原理123.5.2 數(shù)控直流電流源閉環(huán)系統(tǒng)方案選擇133.6 電源方案的選擇143.6.1 各電源模塊的設(shè)計(jì)143.6.2 三端集成穩(wěn)壓器概述153.6.3 系統(tǒng)電源模塊的抗干擾措施15第四章 軟件設(shè)計(jì)164.1 主程序模塊main164.2 定時(shí)器中斷服務(wù)子程序164.3 鍵盤掃描子程序模塊16第五章 數(shù)據(jù)測(cè)試及分析195.1

8、空載輸出電流測(cè)試和步進(jìn)測(cè)試195.2 負(fù)載阻值變化測(cè)試195.3 紋波電流測(cè)試20第六章 結(jié)論21致謝22參考文獻(xiàn)（references）23附錄一 主控電路原理圖24附錄二 電源電路原理圖24附錄二 電源電路原理圖25附錄三 恒流源電路原理圖2624第一章 緒論1.1 電流源簡(jiǎn)介電流源，即理想電流源，是從實(shí)際電源抽象出來的一種模型，其端鈕總能向外提供一定的電流而不論其兩端的電壓為多少，電流源具有兩個(gè)基本的性質(zhì)：第一，它提供的電流是定值i或是一定的時(shí)間函數(shù)i(t)與兩端的電壓無關(guān)。第二，電流源自身電流是確定的，而它兩端的電壓是任意的。由于內(nèi)阻等多方面的原因，理想電流源在真實(shí)世界是不存在的，但這

9、樣一個(gè)模型對(duì)于電路分析是十分有價(jià)值的。實(shí)際上，如果一個(gè)電流源在電壓變化時(shí)，電流的波動(dòng)不明顯，我們通常就假定它是一個(gè)理想電流源。由于電流源的電流是固定的，所以電流源不能斷路，電流源與電阻串聯(lián)時(shí)其對(duì)外電路的效果與單個(gè)電流源的效果相同。1.2 問題提出電流源作為常用的電子儀器，在學(xué)校和研發(fā)檢測(cè)部門都有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，特別是在電路原理實(shí)驗(yàn)和電子元件老化試驗(yàn)中都離不開它。傳統(tǒng)的直流電流源通常采用電位器和波段開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)電流，并由電流表指示電流值的大小。 另外，傳統(tǒng)的電流源還有功能簡(jiǎn)單、調(diào)整精度不高、讀數(shù)欠直觀、不易調(diào)準(zhǔn)、電位器也易磨損、體積大等缺點(diǎn)。而基于單片機(jī)控制的直流電流源不僅能較好地解決以

10、上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足，并且能夠很好地降低因元器件老化、溫漂等原因造成的輸出誤差，而且實(shí)現(xiàn)了直流穩(wěn)流的功能。1.3 歷史發(fā)展及趨向預(yù)測(cè)1.3.1 歷史發(fā)展在電子設(shè)備中經(jīng)常用到穩(wěn)定性好、精度高、輸出可配置的直流電流源。電流源是一種能向負(fù)載提供恒定電流的電路，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)，在差動(dòng)放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中得到了廣泛應(yīng)用。普通電流源往往是用電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出電流值無法實(shí)現(xiàn)精確步進(jìn)。有些電流源雖能實(shí)現(xiàn)數(shù)控但輸出電流值往往比較小，且所設(shè)定的輸出電流值是否準(zhǔn)確不經(jīng)測(cè)試無法知道。為此，結(jié)合單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)制作一種新型的基于單片機(jī)高精度數(shù)控直

11、流電流源，有較大的輸出電流范圍和較精確的步進(jìn)要求以及較小的紋波電流，具有較高的控制精度和有良好的界面，可以滿足生產(chǎn)和教學(xué)科研應(yīng)用的數(shù)控直流電流源。輸出可調(diào)節(jié)直流電流源及電壓源是多用途的電源，在電力系統(tǒng)、電力驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)控制、儀器儀表等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊，具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)代電力電子是電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了電源技術(shù)的發(fā)展，而電源技術(shù)的發(fā)展有效地促進(jìn)了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。迄今為止電源已成為非常重要的基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，并廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，其發(fā)展趨勢(shì)為高頻、高效、高密度化、低壓、大電流化和多元化。同時(shí)，封裝結(jié)構(gòu)、外形尺寸日趨國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，以適應(yīng)全球一體化市場(chǎng)的要求。電力電

12、子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。1.3.2 趨向預(yù)測(cè)在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電源，傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重，如果采用數(shù)控電源技術(shù)，其體積和重量都會(huì)大幅度下降，而且可極大提高電源利用率、節(jié)省材料、降低成本，從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。數(shù)控電源技術(shù)，更是各種大功率電源的核心技術(shù)。電源的發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)歷了高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化?？偠灾娏﹄娮蛹皵?shù)控電源技術(shù)因應(yīng)用需求而不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)會(huì)使需索應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會(huì)開拓更多更

13、新的應(yīng)用領(lǐng)域。數(shù)控電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，以數(shù)控電源技術(shù)為核心的通信用電源，僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求，吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開發(fā)研究。數(shù)控電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨，因此，同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作數(shù)控電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng)，并將很快發(fā)展起來。還有其他許多以數(shù)控電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正早等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。1.4 數(shù)控直流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元件的普及，使得數(shù)控電源成為可能，數(shù)控電源不僅在控制精度還是在可操作性上都

14、有傳統(tǒng)電源無法比擬的優(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)飛速發(fā)展，使得電源體積大大減小，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1.5 研究方向本次畢業(yè)設(shè)計(jì)旨在研究出以單片機(jī)作為主控制器的數(shù)控式直流電流源，并且其需要具備輸出顯示、鍵盤等良好的人機(jī)對(duì)話界面。最重要的是，所設(shè)計(jì)的電流源需要顛覆傳統(tǒng)電流源的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，采用新的理念，克服傳統(tǒng)電流源的諸多缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)操作方便、輸出電流精確穩(wěn)定、范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。1.6 工作內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控直流電流源，其相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)如下：u 輸入交流220240v，50hz；輸出直流電壓10v。u 能夠輸出電流范圍：100ma500ma之間

15、可調(diào)，具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)10ma；并且可設(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對(duì)值給定值的1%+10ma；u 如果改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10v以內(nèi)變化，要求輸出電流變化的絕對(duì)值輸出電流值的1%+10ma，紋波電流2ma。第二章 總體方案論證與比較2.1 傳統(tǒng)電流源的設(shè)計(jì)方案電流源作為常用的實(shí)驗(yàn)儀器，在電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)電流源的控制部分一般采用模擬電路，即采用電位器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的電壓源進(jìn)行分壓，然后再通過電壓/電流的一些轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所需要的電流源功能。一般情況下，傳統(tǒng)電流源的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低廉，該電路原理框圖如圖2-1所示：基準(zhǔn)電壓源電 位 器電壓/電流

16、轉(zhuǎn)換放大電路電流源圖2-1 傳統(tǒng)電流源原理圖從電路框圖可以看出，傳統(tǒng)電流存在很多的不足之處。首先，就輸出顯示方面，傳統(tǒng)的電流源的輸出電流值是根據(jù)裝置中的指針在指針表中所指的刻度來讀出的，這種方式讀數(shù)繁瑣，且存在較大的誤差，故無法精確地獲取電流源的輸出電流值；另外，傳統(tǒng)電流源是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，抗干擾能力較差，對(duì)因元器件老化、溫漂等一系列因素所造成的輸出誤差沒有很好的抑制作用；再者，傳統(tǒng)電流源一旦涉及方案確定，生產(chǎn)出的產(chǎn)品的性能參數(shù)幾乎不可改變，不具備良好的升級(jí)能力。2.2 數(shù)控直流電流源近年來，隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，其穩(wěn)定性不斷地得到提升，并且其價(jià)格也在下降，這些推動(dòng)著數(shù)控技術(shù)延伸到各個(gè)領(lǐng)域，

17、這也使得數(shù)控技術(shù)經(jīng)濟(jì)、高效地運(yùn)用于電流源領(lǐng)域成為可能。就電路原理方面考慮，傳統(tǒng)直流電流源與數(shù)控直流電流源是相似的。所不同的是，數(shù)控直流電流源是由單片機(jī)控制d/a轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生模擬參考電壓，取代傳統(tǒng)電流源中的電位器。采用這種方案，使得電流源在使用壽命和輸出精度等方面都得到了大幅度地提升。另外，數(shù)控直流電流源的控制核心是單片機(jī)，其具有可編程性。所以，可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)出先進(jìn)的控制算法，對(duì)電流源進(jìn)行更為復(fù)雜的控制，抑制外界干擾因素，提高電流源輸出電流的穩(wěn)定性、精確度等。這些都是傳統(tǒng)電流源做不到的。數(shù)控直流電流源的原理如圖2-2所示：d/a轉(zhuǎn)換恒流源電路放大電路mcua/d轉(zhuǎn)換人機(jī)對(duì)話界面圖2-2 數(shù)控直流

18、電流源原理圖2.3 數(shù)控直流電流源的方案論證與比較方案一：采用各類數(shù)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)處理，如選用cpld等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，擴(kuò)展性差，效率低，不利于對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。方案二：根據(jù)傳統(tǒng)線性恒流源的原理，以集成穩(wěn)壓芯片與數(shù)字電位器構(gòu)成電流源的主體部分，通過單片機(jī)改變數(shù)字電位器的阻值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)恒流源輸出值的調(diào)整，并使用數(shù)碼管顯示其數(shù)值。該方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但由于目前數(shù)字電位器分度有限，市場(chǎng)上能找到的最高分度只有10位，如maxim公司的max5484，難以實(shí)現(xiàn)發(fā)揮部分的功能。此外，由于流過的電流較大，需要并聯(lián)多個(gè)數(shù)字電位器才能滿足輸出的電流要求，且

19、系統(tǒng)為開環(huán)控制，穩(wěn)定性差，精度較低。方案三：采用以p89v51控制核心的單片機(jī)小系統(tǒng)，控制數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片dac0832，將電流步進(jìn)值或設(shè)定值經(jīng)da轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)恒流源電路。電流步進(jìn)值和設(shè)定值可以通過單片機(jī)小系統(tǒng)的鍵盤來完成，輸出電流值由數(shù)碼管顯示出來。輸出電流經(jīng)過采樣電阻后完成i/v轉(zhuǎn)換，再由運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)隔離放大。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片tlc0832對(duì)處理后的采樣電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)反饋至單片機(jī)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是成本低、精度高、電路簡(jiǎn)單，可升級(jí)性強(qiáng)。方案三系統(tǒng)框圖如圖2-3所示：數(shù)碼管顯示鍵盤輸入p89v51rd2a/dd/a電流采樣恒流源負(fù)載穩(wěn) 壓 源圖2-3 方案三系統(tǒng)框圖第三章 模塊硬件電路

20、的設(shè)計(jì)與比較3.1 單片機(jī)p89v51芯片的介紹根據(jù)控制系統(tǒng)所要求的控制精度，響應(yīng)速度，開發(fā)環(huán)境，i/o點(diǎn)數(shù)，輸入/輸出通道數(shù)等情況，在這里選擇了飛利浦公司的51系列8位單片機(jī)p89v51,它完全可以滿足對(duì)數(shù)據(jù)的采集、控制和數(shù)據(jù)處理的需要。3.1.1 p89v51單片機(jī)的性能介紹p89v51是飛利浦公司生產(chǎn)的一款低功耗、高性能8位單片機(jī)。片內(nèi)含64kb的flash存儲(chǔ)器和1kb的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用飛利浦公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，其芯片引腳如圖3-1所示。p89v52rd2最重要的一個(gè)特點(diǎn)就是具有x2

21、模式選擇。工程師操作單片機(jī)的時(shí)候，可以選擇80c51的通用時(shí)鐘模式（12時(shí)鐘/機(jī)器周期），或者選擇x2模式（6時(shí)鐘/機(jī)器周期）以獲得在同一時(shí)鐘頻率具有雙倍吞吐量的效果。這個(gè)特點(diǎn)的另外一個(gè)好處就是將時(shí)鐘頻率降至一半，可以取得相同的性能，這樣可以有效地降低電磁干擾。圖3-1 p89v51引腳圖主要性能參數(shù)：l 64kb片上flash編程存儲(chǔ)器，具有isp和iap兩種編程模式l 1000 次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0hz-40mhzl 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器l 1kb字節(jié)內(nèi)部ram l 32個(gè)可編程i/o口線l 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器l 5個(gè)中斷源l 可編程串行uart通道3.1.2 功能引腳說明

22、83;vcc：電源電壓·gnd：地·p0口p0口是一組8位漏極開路型雙向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)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(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邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作

23、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。flash編程和程序校驗(yàn)期間，p1接收低8位地址。此外，p1.5p1.7引腳還具有第二功能，其具體功能如表3.1所示：表3.1 p1.5p1.7引腳第二功能端口引腳第二功能p1.5mosi（用于isp編程）p1.6miso(用于isp編程）p1.7sck(用于isp編程）· 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邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”通過內(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

24、外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口線上的內(nèi)容在整個(gè)訪問期間不改變。flash編程或校驗(yàn)時(shí)，p2亦接收高位地址和其它控制信號(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邏輯門電路。對(duì)p3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流。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，其引腳具體第二功能如表3.2所示。此外，p3口還接收一些用

25、于flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。·ale/prog當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ale脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog)。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的do位置位，可禁正ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令ale才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，

26、應(yīng)設(shè)置ale無效。表3.2 p3引腳第二功能端口引腳第二功能p3.0rxd(串行輸入口)p3.1txd (串行輸出口)p3.2/into（外中斷0）p3.3/int1（外中斷1）p3.4t0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0）p3.5t1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1）p3.6/wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)p3.7/rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)·psen程序儲(chǔ)存允許psen輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)p89v51向外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有兩次有效的psen信號(hào)。·ea/vpp外部訪問允許欲使cpu僅訪問外部程序存

27、儲(chǔ)器(地址為0000h-ffffh)，ea端必須保持低電平(接地)。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平(接vcc端)，cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程電壓vpp。·xtal1振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。·xtal2振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊自動(dòng)控制領(lǐng)域是單片機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要的領(lǐng)域，而在自動(dòng)控制的應(yīng)用中，被控對(duì)象有些事需要模擬量進(jìn)行控制和調(diào)整的，這樣單片機(jī)就要將處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，用變換后的模擬量對(duì)被控系統(tǒng)進(jìn)行的控制和調(diào)整，數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要

28、是應(yīng)用在這一領(lǐng)域的器件。3.2.1 dac0832概述數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出的是模擬量。d/a轉(zhuǎn)換器的原理可以歸納為“按權(quán)展開，然后相加”。因此，d/a轉(zhuǎn)換器內(nèi)部必須要有一個(gè)解碼網(wǎng)絡(luò)，已進(jìn)行按權(quán)值分別進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換。解碼網(wǎng)絡(luò)通常有兩種：二進(jìn)制加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和t型電阻網(wǎng)絡(luò)。dac0832是8分辨率的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片，轉(zhuǎn)換電路是一個(gè)r-2r的t型電阻網(wǎng)絡(luò)，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)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成，管腳如圖3-2所示。其主要特性參數(shù)

29、如下：l 分辨率為8位；l 電流穩(wěn)定時(shí)間1us；l 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；l 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；l 單一電源供電（+5v+15v）；l 低功耗，20mw。圖3-2 dac0832管腳圖dac0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。dac0832中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器，它的鎖存信號(hào)為ile；第二級(jí)鎖存器稱為dac寄存器，它的鎖存信號(hào)為傳輸控制信號(hào)。因?yàn)橛袃杉?jí)鎖存器，dac0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號(hào)的同時(shí)采集下一個(gè)數(shù)字量，這樣能有效地提高轉(zhuǎn)換速度。此外，兩級(jí)鎖存器還可以在多個(gè)d/a轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí)，利用第二級(jí)鎖存信號(hào)來實(shí)現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)換器同步輸出。

30、此外，由三個(gè)與門電路組成寄存器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng)=0時(shí)，輸入數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng)=1時(shí)，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)，對(duì)各引腳信號(hào)說明如表3.3所示。圖3-3 dac0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表3.3 dac0832各管腳功能管腳號(hào)管腳名稱管腳描述47,1316di7di0轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入1片選信號(hào)（輸入），低電平有效19ile數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)（輸入），高電平有效2第1寫信號(hào)（輸入），低電平有效18第2寫信號(hào)（輸入），低電平有效17數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)（輸入），低電平有效11iout1電流輸出112iout2電流輸出29rfb反饋電阻端8vref基準(zhǔn)電壓，范圍為10v+10v10

31、dgnd數(shù)字地3agnd模擬地dac0832與51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)可分為單緩沖方式和雙緩沖方式兩種。單緩沖方式就是使dac0832的兩個(gè)寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式，或者說兩個(gè)輸入寄存器同時(shí)受控的方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖有幾路模擬量但并不要求同步輸出的情況，就可以采用單緩沖方式。雙緩沖方式，就是把dac0832的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。雙緩沖方式用于 多路數(shù)/模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)同步輸出的目的。雙緩沖方式用于多路數(shù)/模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)同步輸出的目的。其中，兩路模擬電壓輸出是雙緩沖方式用于多路數(shù)/模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的具體應(yīng)用，

32、要實(shí)現(xiàn)兩路模擬電壓輸出，就要使用兩片dac0832，并采用雙緩沖方式連接。3.2.2 dac0832參考電壓的選擇基準(zhǔn)電壓源是當(dāng)代模擬集成電路極為重要的組成部分，它為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、a/d和d/a轉(zhuǎn)化器提供基準(zhǔn)電壓，也是大多數(shù)傳感器的穩(wěn)壓供電電源或激勵(lì)源。dac0832需要標(biāo)準(zhǔn)的2.5v參考電壓，該參考電壓由tl1431產(chǎn)生，基準(zhǔn)電源電路如圖3-4所示。圖3-4 基準(zhǔn)電源電路3.2.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，只需要一路模擬量輸出，故數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片dac0832采用單緩沖方式，連接圖如圖3-7所示，和一起連接p89v51的，和共同連接p3.7，因此兩個(gè)寄存器的地址相同。dac0832

33、是一款8位并行的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓采用2.5v基準(zhǔn)電壓源輸出分壓后供電，由比例式得知，dac0832的輸入步進(jìn)1時(shí)，dac0832的輸出電壓變化為(2.5/255)v，即約為10mv。由于恒流源采用1的采樣電阻，故恒流源的輸出電流對(duì)應(yīng)步進(jìn)接近10ma，可以滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)上的步進(jìn)電流10ma這個(gè)性能指標(biāo)。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖3-5所示：圖3-5 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3.3 模數(shù)芯片tlc0832概述tlc0832是美國(guó)ti公司推出的8位串行a/d轉(zhuǎn)換器，體積小，引腳少，已取得廣泛應(yīng)用。tlc0832是雙通道輸入，并且可以軟件配置成單端或差分輸入，串行輸出可以方便地和標(biāo)準(zhǔn)的移位寄存器及微處

34、理器接口。其中，tlc0832的主要技術(shù)參數(shù)如下：l 8位分辨率l 易于和微處理器接口或獨(dú)立使用l 滿尺度工作或用5v基準(zhǔn)電壓l 可以單通道或差分輸入選擇l 單5v供電，輸入范圍05vl 輸入和輸出與ttl和cmos兼容l 在fclock=250hz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間是25usl 具有兩個(gè)輸入通道tlc0832的引腳包括片選端、模擬量輸入端、電源/基準(zhǔn)輸入端、時(shí)鐘信號(hào)端、接地端、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出端、多路器地址輸入端，其管腳功能如表3.4所示。圖3-6 tlc0832管腳圖表3.4 tlc0832的引腳功能說明引腳號(hào)引腳名稱引腳功能說明1片選端2，3ch0，ch1模擬量輸入端8vcc/ref既是電源也是基

35、準(zhǔn)輸入端7clk時(shí)鐘信號(hào)端4gnd接地端6do轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端5di多路器地址輸入端tlc0832使用采樣-數(shù)據(jù)-比較器的結(jié)構(gòu)，用逐次逼近流程，轉(zhuǎn)換差分模擬輸入信號(hào)。要轉(zhuǎn)換的輸入電壓連接到一個(gè)輸入端，相當(dāng)于地（單端輸入）或另一輸入端（差分輸入）。tlc0832的輸入端可以分配為正極（+）或負(fù)極（-），當(dāng)連到分配為正端的輸入電壓低于分配為負(fù)端的輸入電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全“0”。tlc0832的輸入配置在多路器尋址時(shí)序中進(jìn)行，多路器地址通過di端移入轉(zhuǎn)換器。多路地址選擇模擬輸入通道，也決定輸入是單端輸入還是差分輸入。當(dāng)輸入是差分時(shí)，要分配輸入通道的特性。另外在選擇差分輸入模式時(shí)，極性也可以選擇。輸入通

36、道的兩個(gè)輸入端的任意一個(gè)都可以作為正極或負(fù)極。在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿跳變時(shí)，di端的數(shù)據(jù)移入多路器地址移位寄存器。di端地第一個(gè)邏輯高電平表示起始位，緊接著的兩位是tlc0832的配置位。在連續(xù)的每個(gè)時(shí)鐘的上升跳變，啟動(dòng)位和配置位移入移位寄存器。當(dāng)啟動(dòng)位移入多路器寄存器的開始位置后，輸入通道選通，轉(zhuǎn)換開始。tlc0832的di端在轉(zhuǎn)換過程中和多路器的移位寄存器是關(guān)斷的。3.5 人機(jī)界面方案的選擇人機(jī)界面（humanmachine interaction，簡(jiǎn)稱hmi），是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界

37、面所說人機(jī)結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響。人機(jī)交互界面通常是指用戶可見的部分，用戶通過人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流，并進(jìn)行操作。本系統(tǒng)的人機(jī)界面包括具有輸入功能的鍵盤和具有輸出功能的數(shù)碼管顯示。鑒于數(shù)控直流電流源需要有良好的人機(jī)對(duì)話界面，至少需要有一個(gè)復(fù)位按鍵和兩個(gè)步進(jìn)按鍵，另外還需要一些按鍵來擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，故選用七個(gè)按鍵來完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。電路圖中硬件設(shè)計(jì)為了節(jié)省i/o 接口線，利用了74ls165 芯片，它能將并行的輸入數(shù)據(jù)通過移位，轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)輸出。它與p89v51的接口只需要三根線，并且74ls165 還可以串接，這樣就可以為mcs-51 擴(kuò)展更多的輸入，其鍵盤連接電路如圖3-7

38、所示。對(duì)顯示部分有以下兩種方案可供選擇。方案一：采用lcd（液晶）顯示。該方案具有低壓微功耗、平板型結(jié)構(gòu)、顯示的信息量大、無電磁輻射、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但本系統(tǒng)要求顯示的數(shù)據(jù)量小，不能發(fā)揮其顯示內(nèi)容豐富的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)占用i/o口較多，且處在強(qiáng)干擾源中，可靠性較低。方案二：用數(shù)碼管顯示。該方案具有實(shí)現(xiàn)容易、發(fā)光亮度大、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，且其可靠性也優(yōu)于lcd的顯示。本系統(tǒng)要求顯示的數(shù)據(jù)量小，并且單片機(jī)的i/o口數(shù)量有限，鑒于這些因素，故顯示模塊采用方案二，顯示方式是6位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。圖3-7 鍵盤連接電路圖3-8 lcd顯示器圖3-9 數(shù)碼管3.4 恒流源方案的選擇基本的恒流源電路主要是由輸入

39、級(jí)和輸出級(jí)構(gòu)成，輸入級(jí)提供參考電壓，輸出級(jí)輸出需要的恒定電流。恒流源電路就是要能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的電流以保證其它電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)，即要求恒流源電路輸出恒定電流。方案一：采用橫流二極管或恒流三極管，精度比較高，但這種電路能實(shí)現(xiàn)的恒流范圍較小，只能達(dá)到十幾毫安，無法滿足題目的設(shè)計(jì)指標(biāo)。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)，從而使電流達(dá)到可調(diào)的目的，這種器件能夠達(dá)到12000毫安的輸出電流。改變輸出電流，通常有兩種方法：一是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)來改變輸出電流，這種方法不能滿足題目的數(shù)控調(diào)節(jié)要求；二是通過數(shù)字電位器來改變需要的電阻參數(shù)，雖然可以達(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

40、比較大，所以很難調(diào)節(jié)輸出電流。方案三：恒流源模塊電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)部分的核心，本系統(tǒng)用電壓來控制電流的變化。為了能產(chǎn)生恒定的電流，我們采用電壓閉環(huán)反饋控制。恒流源電路原理圖如圖3-10所示，該電路由運(yùn)算放大器lm324、大功率達(dá)林頓管、采樣電阻rs、負(fù)載電阻rl等組成。取樣電阻rs從輸出端進(jìn)行取樣，再與基準(zhǔn)電壓比較，并將誤差電壓放大后反饋到調(diào)整管，使輸出電壓在電網(wǎng)電壓變動(dòng)的情況下仍能保持穩(wěn)定。電路中調(diào)整管采用大功率達(dá)林頓管tip122，既能滿足輸出電流最大達(dá)到1.5a的要求，也能較好地實(shí)現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。rs選用熱穩(wěn)定性好的康銅絲。圖3-10 恒流源電路3.5 反饋閉環(huán)方案

41、的選擇3.5.1 閉環(huán)系統(tǒng)的原理在自動(dòng)控制理論中，控制方式通?？梢杂虚_環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制方式三種。開環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的控制輸入不受輸出影響的控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，不存在由輸出端到輸入端的反饋通路。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱為無反饋控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)由控制器與被控對(duì)象組成?？刂破魍ǔ＞哂泄β史糯蟮墓δ堋Ｍ]環(huán)控制系統(tǒng)相比，開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多，同時(shí)也比較經(jīng)濟(jì)。開環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是控制精度和抑制干擾的性能都比較差，而且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變動(dòng)很敏感。因此，一般僅用于可以不考慮外界影響，或慣性小，或精度要求不高的一些場(chǎng)合，如步進(jìn)電機(jī)的控制，簡(jiǎn)易電爐爐溫調(diào)節(jié)，水位調(diào)節(jié)等。 圖3-11 開環(huán)系統(tǒng)框圖

42、由信號(hào)正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動(dòng)控制系統(tǒng)，成為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)，是基于反饋原理建立的自動(dòng)控制系統(tǒng)。所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進(jìn)行控制，即通過比較系統(tǒng)行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。在反饋控制系統(tǒng)中，既存在由輸入到輸出的信號(hào)前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號(hào)反饋通路，兩者組成一個(gè)閉合的回路。因此，反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制是自動(dòng)控制的主要形式，自動(dòng)控制系統(tǒng)多數(shù)是反饋控制系統(tǒng)。在工程上常把在運(yùn)行中使輸出量和期望值保持一致的反饋控制系統(tǒng)稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。反饋控制是指將系統(tǒng)的輸出信息返送到輸入端，與輸入信息進(jìn)行

43、比較，并利用二者的偏差進(jìn)行控制的過程。反饋控制其實(shí)是用過去的情況來指導(dǎo)現(xiàn)在和將來。在控制系統(tǒng)中，如果返回的信息的作用是抵消輸入信息，稱為負(fù)反饋，負(fù)反饋可以使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；若其作用是增強(qiáng)輸入信息，則稱為正反饋，正反饋可以使信號(hào)得到加強(qiáng)。在自動(dòng)控制理論中，“反饋控制”是信號(hào)沿前向通道（或稱前向通路）和反饋通道進(jìn)行閉路傳遞，從而形成一個(gè)閉合回路的控制方法。反饋信號(hào)分“正反饋”和“負(fù)反饋”兩種。為了和給定信號(hào)比較，必須把反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成與給定信號(hào)具有相同量剛和相同量級(jí)的信號(hào)。圖3-12 閉環(huán)系統(tǒng)框圖同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），

44、只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。3.5.2 數(shù)控直流電流源閉環(huán)系統(tǒng)方案選擇數(shù)控直流電流源需要具有良好的抗干擾性，故需要加入反饋回路，以抑制干擾因素，保證系統(tǒng)的精度，增強(qiáng)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力。其方案如下：方案一：采樣電阻上的電壓，可知輸出電流與采樣電阻存在近似線性關(guān)系，因此可以從檢測(cè)電阻上電壓的大小來直接增減反饋深度。方案二：從采樣電阻上得到一個(gè)反饋電壓，由于采樣電阻阻值比較小，在該電阻上的壓降相應(yīng)也小，為了提高系統(tǒng)控制的靈敏度，采用一級(jí)運(yùn)算放大器對(duì)采樣電壓進(jìn)行放大，再送到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換

45、。數(shù)據(jù)由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理，為了達(dá)到10ma步進(jìn)，選用8位串行a/d芯片可以滿足題目要求，而且該芯片是采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，硬件電路簡(jiǎn)單。同時(shí)反饋系統(tǒng)控制靈活，易于達(dá)到10ma的步進(jìn)要求。方案二的電路原理如圖3-13所示：圖3-13 反饋電路3.6 電源方案的選擇系統(tǒng)電源模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)該是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要問題，系統(tǒng)電源模塊是系統(tǒng)所有功能得到充分發(fā)揮的重要保證，同時(shí)也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全工作的前提，提高電源模塊的可靠性和抗干擾性是提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。系統(tǒng)的電源由市電通過變壓、整流、穩(wěn)壓、濾波及ac/dc變換后提供系統(tǒng)所需的直流電源。電源組成框圖如圖3-14所示： 交流供電設(shè)備

46、變壓電路整流電路穩(wěn)壓電路濾波電路 圖3-14 系統(tǒng)電源組成框圖本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的電源模塊主要分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)外圍芯片的供電電源、運(yùn)放比較器lm324的±9v雙電源供電、恒流源電路的供給電源。3.6.1 各電源模塊的設(shè)計(jì)1. 恒流源電路的供給電源恒流源的供給電源的電路如圖3-15所示。其中，采用220v、50hz的市電來提供電源，經(jīng)過變壓器降壓，然后經(jīng)過橋堆kbp206全橋整流成直流，電容去耦，最后經(jīng)過可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出。考慮到電流源的輸出電壓在10v以內(nèi)變化，最大輸出電流為500ma，由公式p=u*i，可以粗略地估算出電流源的功耗為5w左右。鑒于要預(yù)留功率余量，所選變壓器的標(biāo)定

47、功率為15w。可調(diào)三端正電壓穩(wěn)壓器lm317t，其在輸出電壓范圍為1.2v到37v時(shí)能夠提供超過1.5a的電流，故選用該穩(wěn)壓器可以滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求。圖3-15 恒流源供給電源電路2.單片機(jī)外圍芯片的供電電源和運(yùn)算放大器lm324的±9v雙電源單片機(jī)的外圍功能芯片包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片dac0832和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片tlc0832，其供電采用變壓器變壓，橋堆kbp206全橋整流，電容去耦，然后經(jīng)過78系列三端集成穩(wěn)壓器lm7805生成標(biāo)準(zhǔn)的5v電源。運(yùn)算放大器lm324采用±9v的雙電源供電，該電源電路的交流變壓環(huán)節(jié)和單片機(jī)外圍芯片供電電源的交流變壓環(huán)節(jié)共用同一個(gè)中心抽頭式變壓器

48、，即交流220v交流36v，變壓器的二次繞組帶有一個(gè)抽頭。交流變壓后，亦經(jīng)過橋堆kbp206的全橋整流，電容去耦，然后經(jīng)過78系列正電壓穩(wěn)壓器lm7809和79系列負(fù)電壓穩(wěn)壓器lm7909穩(wěn)壓后，分別輸出+9v標(biāo)準(zhǔn)電源和9v標(biāo)準(zhǔn)電源。其電源電路如圖3-16所示：圖3-16 輔助電源電路3.6.2 三端集成穩(wěn)壓器概述穩(wěn)壓電路可以起穩(wěn)壓作用即當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓近似保持不變的電路。它是直流穩(wěn)壓電源不可缺少的重要組成部分，決定了直流穩(wěn)壓電源的性能及使用場(chǎng)合。三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部集成了一個(gè)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，引入了電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，同時(shí)采用多種措施提高性能，如提高溫度穩(wěn)定性、穩(wěn)壓

49、系數(shù)、過流及過壓保護(hù)等。三端集成穩(wěn)壓器根據(jù)輸出電壓是否可調(diào)分為固定式和可調(diào)式。根據(jù)輸出電壓的極性分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出。如圖3-3所示三端集成穩(wěn)壓器的輸出端與輸入端之間串接調(diào)整管，為了使調(diào)整管工作在線性狀態(tài)，不論是固定式還是可調(diào)式一定要保證輸入端輸出端之間最少有(23v) 的壓差，小于此值時(shí)調(diào)整管會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)，失去調(diào)節(jié)作用。最大壓差一般不能超過40v，否則可能會(huì)使調(diào)整管擊穿。不同型號(hào)的三端集成穩(wěn)壓器的最大壓差是有區(qū)別的。圖3-17 輸入與輸出內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.6.3 系統(tǒng)電源模塊的抗干擾措施電源模塊的抗干擾技術(shù)是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的電源模塊，應(yīng)在設(shè)計(jì)過程中充分考慮到抗干擾性能的要

50、求。因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)的正確與否，不僅取決于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法，同時(shí)還取決于系統(tǒng)的抗干擾措施，尤其是電源模塊的抗干擾措施，否則勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)原理正確而系統(tǒng)穩(wěn)定性差，甚至不能使用的問題，因此抗干擾技術(shù)的研究引起了從業(yè)者越來越高的重視。單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，其電源模塊的穩(wěn)定性尤其需要重視。將電源產(chǎn)生的干擾切斷，盡量小地影響單片機(jī)，這也是電源設(shè)計(jì)中需要注意的一個(gè)問題，常用的方法如下幾種：l 采用濾波電路。在電源模塊的輸出端，采用電容濾波電路，濾掉電源產(chǎn)生的諧波。l 注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離開來，晶振外殼接地并固定。從而使電源模塊中的干擾盡量少影響到晶振。l 電路板合

51、理分區(qū)，盡可能使電源與敏感器件遠(yuǎn)離。l 電源地線與數(shù)字信號(hào)地線要相互隔離，防止地線之間的耦合。第四章 軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)中，軟件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對(duì)那些控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況。一套優(yōu)秀的單片機(jī)應(yīng)用軟件，其程序結(jié)構(gòu)是合理、緊湊和高效的。同一種任務(wù)，有時(shí)用主程序完成是合理的，但有時(shí)需子程序執(zhí)行效率最高，占用cpu資源最少。一些要求不高的中斷任務(wù)或單片機(jī)的速度足夠高，可以使用程序掃描查詢也可以用中斷申請(qǐng)執(zhí)行，這也要具體的問題具體分析。對(duì)于多中斷系統(tǒng)，但它們存在矛盾時(shí)，需區(qū)分輕重緩急，主要和次要的區(qū)別對(duì)待，并適當(dāng)?shù)厥跈?quán)予不同的中斷優(yōu)先級(jí)別。在程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

52、，需要摒棄單片機(jī)入門時(shí)的一些業(yè)余的編程方法。比如，在以前的單片機(jī)編程中，如果需要延時(shí)，就寫一個(gè)“死循環(huán)”語句，讓單片機(jī)不停地循環(huán)以達(dá)到延時(shí)的效果。這中做法是對(duì)單片機(jī)資源最大的浪費(fèi)。因此，在這里我們要想辦法，把cpu 解放出來，讓它不要白白浪費(fèi)延時(shí)等待時(shí)間。寧可讓它一遍又一遍的掃描看有哪些任務(wù)需要執(zhí)行，也不要讓它停留在某個(gè)地方空轉(zhuǎn)消耗cpu 時(shí)間。在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，就采用了定時(shí)器中斷置標(biāo)志位，然后主程序掃描判斷去執(zhí)行子程序。數(shù)控直流電流源的軟件結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，包括主程序、鍵盤管理、d/a轉(zhuǎn)換處理、a/d轉(zhuǎn)換處理、數(shù)碼管顯示5個(gè)部分。數(shù)碼管鍵盤管理d/a數(shù)據(jù)處理a/d數(shù)據(jù)處理主程序圖4-1 數(shù)控直流恒流源的軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際要求軟件設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)功能模塊：4.1 主程序模塊main流程圖如圖4-2所示，主程序負(fù)責(zé)數(shù)控直流電流源系統(tǒng)的顯示模塊以及一些子程序標(biāo)志位的判斷。4.2 定時(shí)器中斷服務(wù)子程序如圖4-4所示，其主要功能是解放cpu，提高單片機(jī)的運(yùn)行效率。4.3 鍵盤掃描子程序模塊流程圖如圖4-5所示，本系統(tǒng)采用定時(shí)器中斷來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掃描，判斷按鍵是否有效按下。由上面整個(gè)流程可以知道，cpu主要所做的事情，就是對(duì)一些計(jì)數(shù)器加一，然后根據(jù)條件改變狀態(tài)，再根據(jù)這個(gè)狀態(tài)來決定是否執(zhí)行某一