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1、 数控直流电流源毕业论文数控直流电流源毕业论文第1章 绪论本章先给出了本次设计的任务书然后说明了基于单片机的数控电流源的课题背景，随后介绍了数控电流源的技术发展历程，最后提到研制基于AT89S51单片机的意义和本设计所要满足课题要求。1.1数控电流源的发展趋势数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电
2、源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，已出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从90年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时
3、，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。 现今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生
4、产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。1.2研究背景及主要研究意义低纹波、高精度稳定直流电流源是一种重要的电源，在现代科学研究和工业生产中得到了越来越广泛的应用。随着单片机技术的发展，数控电流源开始出现，其以控制灵活、调节方便的特点展示了良好的应用前景。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于行业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而带来的现代信息技术革命，给电源技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源技术提出了更高的
5、要求。随着数控电源在电子装置中的普遍应用，普通电源在工作时产生误差，会影响整个系统的精确度，电源在使用时会造成许多不良后果。世界各国纷纷对电源产品提出不同的要求并制定了一系列产品精度标准，达标后才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的电源产品才能够获得国际通行证。数控电源是80年代才发展起来的产品，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了良好的理论基础，在以后的时间里，数控电源开始长足的发展。现在市场上数控电源存在输出精度不高，功率密度比较低，带负载能力不强，体积大，价格较高，操作繁琐，工作状态不稳定等弊端，因此数控电源的主要发展方向是针对上述缺点不断改善。所以
6、，高密度的数控直流电源有很大的发展空间。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利条件。新的变化技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，以出现了数控精度达0.05V的数控电源，功率密度已达50W的数控电源。从组成上，数控电源可分为器件、主电路和控制电路三部分。本课题主要研究的是基于微处理器的数控直流恒流源的设计，恒流源时能够向负载提供恒定电流的电源，因此恒流源的应用范围非常广泛，并且在许多情况下是必不可少的。例如，在通常的充电器对蓄电池充电时，随着蓄电池端电压的逐渐升高，充电电流就会相应的减少。为了保证恒流充电，必须随时提高充电
7、器的输出电压，但采用恒流源充电后就可以不必调整输出电压，从而使劳动强度降低，生产效率得到了提高。恒流源还广泛用于测量电路中，例如电阻器阻值的测量和分级，电缆电阻的测量等，且电流越稳定，测量就越精确。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点，又可以作为其有源负载，以提高放大倍数，并且在差动放大电路、脉冲产生电路中得到广泛应用。第2章 方案比较及论证 本章首先介绍了硬件设计中设计方案的选择，接着阐述了硬件中压控恒流模块和显示模块的优缺点。并最终确定最终的设计方案和主要模块的选择方案，即采用AT89S51单片机作为系统的控制单元。2.1总体方案论证2.1.1电路设计流程图 要确定总的设计方案
8、就要根据设计指标一定一个总的电路方案，在本次设计中我们选择的是AT89S51为总的控制单元，其具体的设计流程图如2-1所示：确定设计指标拟定电路方案否设定器件参数修改电路修改电路否进行电路仿真通过仿真否电路安装调试通过调试否设计实验结束图2-1总的电路设计流程图2.1.2 基本部分总体方案确定 方案1. 利用微处理器作为控制器，以它为中心设计外围电路，并利用D/A转换形成闭环回路。CPLD器件信号调理电路逻辑电路数码管驱动电路数据锁存器数码管显示图2-2方案一设计方框图本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难，而且CPLD器件普遍比较昂贵，设计成本高。 数控直流
9、电流源由键盘、控制器、显示器、数模转换、电压电流转换和模数转换等部分组成，键盘的作用是设定电流值和确定电流步进值；控制器的作用是将设定电流值的8位（或12位）二进制输出；显示器的作用是显示设定电流值；数模转换的作用是设定电流值的数字量转换为模拟量；电压电流转换的作用是将电压转换成恒定电流输出；模数转换的作用是将输出的模拟量再转换为数字量反馈到控制器，使实际输出电流值与设定电流值一致。 方案2: 采用AT89S51单片机作为系统的控制单元，通过D/A转换将预定值送压控恒流源得到恒定电流，同时通过A/D送单片机显示实际值，系统还可实现步进控制功能。此方案各类功能易于实现，能很好的满足题目的设计要求
10、。设计方框图如图2-3所示。按键输入电流输出D/A转换单片机控制图2-3方案二设计方框图2.2外围电路选择方案2.2.1控制器方案的选择 控制器主要有单片机和可编程器件，单片机做主控器件，由于单片机在科学计算，数据处理，过程控制，仪器仪表，辅助设计等方面有着广泛的应用，操作起来简便，而且单片机在适时控制方面有它独特的优势，本次电流源的制作正需要步进控制；而且可以用已经做好的单片机开发板，用在显示和控制方比较方便。但是由于单片机的I/O口相对有限，需要用8155等可编程器件进行口的扩展 ；我们但是对于可编程芯片，如CPLD或FPGA等，对这些芯片的认知还不够、在学习中也很少接触，所以在这次论文中
11、使用起来会比较困难。而采用AT89S51作为控制模块核心。单片机最小系统简单，容易制作PCB，算术功能强，软件编程灵活、可以通过ISP方式将程序快速下载到芯片，方便的实现程序的更新，自由度大，较好的发挥C语言的灵活性，可用编程实现各种算法和逻辑控制，同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。基于以上分析，选择方案二,利用AT89S51单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换，驱动恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统，通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。在器件的，D/A转换器选用8位优质D/A转换芯片 DAC0832，直接输出电
12、压值，且其输出电压能达到参考电压的两倍，A/D转换器选用高精度8位模数转换芯片AD0809。2.2.2 显示方案方案一：使用LCD数码管显示。数码管采用BCD编码显示数字，对外界环境要求低，易于维护。但根据题目要求，如果需要同时显示给定值和测量值，需显示的内容较多，要使用多个数码管动态显示，使电路变得复杂，加大了编程工作量。方案二：使用LCD显示。LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示汉字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，管较多，硬件设计和实物制作将方便化，且设计简单等特点。综上所述，选择方案二。采用19264D汉字图形点阵液晶显示模块同时显示电流给定值和实测值。2.2.3 键盘模块方
13、案方案一 ：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多。方案二 ：采用标准4X4键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，而且可以做到直接输入电流值而不必步进。题目要求可进行电流给定值的设置和步进调整，需要的按键比较多。综合考虑两种方案及题目要求，采用方案二。 2.2.4电源模块方案系统需要多个电源，单片机、A/D、D/A、使用5V稳压电源，运放需要12V稳压电源，同时题目要求最高输出电流为2000mA，电源需为系统提供足够大的稳
14、定电流。综上所述，采用三端稳压集成7805、7812、7912分别得到5V和12V的稳定电压，再外对LM7812加功率管构成扩流电路,达到可以提供3A以上的电流。利用该方法实现的电源电路简单，工作稳定可靠。 2.2.5恒定电流源模块方案方案一：采用开关电源的开关恒流源。其组成方框图如图2-4所示。图中C1、C2为滤波电容；K是开关器件；D是续流二极管；L是扼流圈；PWM是脉宽调制电路；KF是电流反馈电路；R0是电流取样电阻。在原理图电路上，通过精选元器件和采用合理的结构设计，可以使电路的分布参数得到有效控制。采用开关电源的开关恒流源主要特点是：振荡反馈电容小，阻抗大，反馈电流小。图2-4采用开
15、关电源的开关恒流源组成框图方案二：采用集成稳压器构成的开关恒流源。图2-5所示是是三端集成稳压器构成的开关恒流源。当设定电阻R一定时，电路给负载Ro提供一恒定电流当RL发生变化时，由IC的输入输出压差进行自动补偿而使负载电流保持不变。 图2-5 采用集成稳压器构成的开关恒流源原理框图 2.2.6 设计方案本设计以AT89S51单片机为中心控制器，单片机控制按键设定输出电流值，按键包括“+1”键和“-1”键，用于设定电流值，该电流值通过单片机送入D/A转化器DAC0832转换为模拟量输出，该输出为电流值，再通过运放转换为电压值，该电压值通过压控恒流电路得到稳定输出的电流。同时设定的电流值还将通过
16、数码管显示电路显示，以便于观察。系统设计框图如下图2-6所示。AT89S51显示电路输出稳定电流压控恒流电路键盘控制D/A转换电路图2-6系统设计方框图第3章 硬件电路设计本章首先介绍了供电电源电路的设计，然后是介绍了硬件电路的核心部分控制电路，D/A转换电路和压控恒流源电路。其中供电电源电路是给整个硬件系统供电的，按键设定好输出电流后单片机将电流数字量通过P2口送入到D/A转换器中，D/A转换器将其转换为数字量后输出，在由压控恒流源模块转化为恒定的电流值，单片机控制RT19264D STN型汉字图形点阵液晶显示模块的数据端和时钟端，且RT19264D STN的输出Q0-Q7分别对应接到数码管
17、的a-h端口，从而实现单片机控制数码管显示的功能。从而完成整个硬件电路的设计。3.1单片机介绍单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成
18、在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，3
19、2位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活
20、中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和
21、电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可，用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影，它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，
22、有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板，但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别。只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写
23、的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸。对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过这种电脑通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简
24、单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病整个装置就瘫痪了。现在这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 AT89S51是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable
25、 and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。8051系列的基本结构如下：8位CPU 4KB字节掩膜ROM程序存储器128字节内部RAM数据存储器 两个16位定时计数器1个全双工的异步串行口5个中断源，两个中断优先级的中断控制器时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz12 MHz的时钟频率3.1.1 AT89S51的引脚介绍如图3-1所示，AT89S51有四十条引脚，共分为端口线、电源线和控制线。图3-1 AT89S51的引
26、脚1.端口线（48）P0.0-P0.7P0口8位双向口线（在引脚的39-32号端子）。P1.0-P1.7P1口8位双向口线（在引脚1-8号端子）。P2.0-P2.7P2口8位双向口线（在引脚21-28号端子）。P3.0-P3.7P3口8位双向口线（在引脚10-17号端子）。这4个I/O口，具有不完全相同的功能。P0口有三个功能（1）外部扩展存储器时，当做数据总线（D0-D7为数据总线接口）（2）外部扩展存储器时，当做地址总线（A0-A7为地址总线接口）（3）不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1口只做I/O口使用，其内部有上拉电阻。P2口有两
27、个功能：（1）扩展外部存储器时，当做地址总线使用。（2）做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。P3口有两个功能，除作为I/O口使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊功能寄存器来设置，上拉电阻当做输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果P0口作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才有效。2.电源VCC 为芯片电源，接+5V；VSS为接地线。 控制线:控制线共有4根 （1）ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉
28、冲。 （2）PSEN:外ROM读选通信号。 （3）RST/VPD:复位/备用电源 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 （4）EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。3.2单片机时钟电路单片机时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。1、内部振荡方式：AT89S51单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和微调电容），即可构成一个稳定的自激振荡
29、器。2、外部振荡方式：把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。在本设计中采用第一种方式，用晶振和电容构成谐振电路。C3和C4虽然没有严格要求，但电容的大小影响振荡器振荡的稳定性和起振的快速性，通常选择在1030pF左右。而晶体振荡器一般选择6MHz和12MHz。本时钟电路在XTAL1和XTAL2引脚分别接一个22pF的电容，两个引脚之间接入一个12MHz的晶振，电路如图3-2所示。 C3 Y1 C412M 22p图3-2时钟电路3.3单片机复位电路复位时单片机的初始化操作，其主要功能是PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了
30、进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行时出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为使单片机正常工作，也需要按复位键以重新启动。RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间持续24个振荡脉冲周期（即两个机器周期）以上。复位操作有上电自动复位、按键电平复位、外部脉冲复位和自动复位四种方式。在本设计中复位电路采用按键电平方式，电路如图3-3所示，使RST引脚（图中悬空脚）经过10u电解电容与VCC电源接通，同时经过电阻与地连接而实现。 +5VC5SW-PB10u10KR1 图3-3 复位电路3.4控制电路设计本电路采用AT89S51单片机，AT89S51单片机应用普遍，价格便宜。MC
31、S-51内核结构单片机的数据存储器分为内部数据存储器和外部数据存储器。MCS-51单片机的外部数据存储器（RAM/IO）空间为64KB（地址为0000H0FFFFH），一般通过16位数据指针DPTR来访问，且外部RAM和外部I/O的地址安排是统一编址的。MCS-51的内部数据存储器为128B或256B（AT89S51的内部数据存储器为128B，地址空间为00H7FH，8032、8052和8752的内部数据存储器为256B，地址空间为00H0FFH）。AT89S51将内部数据存储器中的不同区域从功能和用途方面来划分，可以分为3个区域，即工作寄存器区（00H1FH）、位寻址区（20H2FH）、堆栈
32、和数据缓冲器区（30H7FH或30H0FFH）。本设计中的单片机控制电路设计如图3-4所示。单片机的P0口用于控制显示单元电路中的数码管的选定，P1口控制按键，P2口作为D/A的8位数据线端口，单片机的P3.0和P3.1 引脚控制显示电路中的74LS164的时钟端和数据端。按键的功能是实现输出电流的设置。按键1、2、3、4的功能分别是：设定、移位、加1和减1。当单片机的P1口检测到有按键按下时，启动数码管显示电路开始显示数值，按下加1键显示数字加1，按下移位键时移动数码管位数调整下一位数字。输出电流设定好后单片机将电流数字量通过P2口送入到D/A转换器中，D/A转换器将其转换为数字量后输出。3
33、.5转换电路设计3.5.1 D/A转换电路DAC0832是一种8分辨率的典型的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。内部为双缓冲寄存器即输入寄存器和DAC寄存器。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点在单片机应用系统中得到广泛的应用。DA转换器是由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及控制电路构成。 该部分电路设计如图3-5所示。D/A转换器是接收数字量，输出一个与数字量相对应的电流或电压信号的模拟量接口。本设计中D/A转换器采用DAC0832芯片。AT89S51的P2口作为数据端口与DAC0832的8位数据线相连。DAC0832采用单缓冲工作方式，使芯片的、
34、均与地相接，由单片机的P1.7口控制。DAC0832由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及控制电路构成。数字量从DAC0832的D0-D78个数据输入端口输入。DAC0832与单片机的连接方式有两种：即单缓冲工作方式和双缓冲工作方式。在单缓冲工作方式下，一个寄存器工作于直通状态，一个工作于受控锁存器状态，在不要求多相D/A同时输出时，可以采用单缓冲方式，此时只需要一次写操作，就开始转换，可以提高D/A的数据吞吐量；在双缓冲工作方式下，两个寄存器均工作于受控锁存器状态，当要求多个模拟量同时输出时，可采用这种方式。本设计选用单缓冲工作方式，单片机的P1.7引脚来控制DAC0832
35、的转换工作。3.5.2 A/D转换电路ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 图3-6 ADC0809引脚图(1)ADC0809的内部结构ADC0809的内部逻辑结构图如图3-7所示。
36、图3-7 ADC0809内部逻辑结构图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表3-1为通道选择表。表3-1通道选择表:C B A 被选择通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7(2）信号引脚ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装。对ADC0809主要
37、信号引脚的功能说明如下：IN7IN0模拟量输入通道 ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC转换结束信号。EO
38、C=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).3.6供电电源电路由前面的论述可以知道选择串联型稳压电路，由于三端式的稳压器只有三个输出端，性能稳定、
39、价格低廉、应用方便，可以稳定输出电压，选择三端式的稳压器，电路连接图为：图 3-8正负5V电压输出图3-9正负12V电压输出3.7 LCD显示器机构与原理本设计采用RT19264D STN型汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（12X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可显示内容为192列 64行，还带多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。RT19264D与单片机接口：8位或4位并行/3位串行。在本设计中，采用8位并行接法，RT19264D与单片机P2口相连，用于显示设定值与当前测量值。其接口如
40、图3-10所示。图3-10 RT19264D接口3.8 键盘3.8.1键盘的介绍1 键盘的选择及基本结构键盘按结构的不同可分为独立式键盘和行列式键盘两类，每类按译码方式的不同又分为编码式和非编码式两种。单片机中一般使用的都是用软件来识别和产生键代码的非编码键盘。行列式键盘的编码方式有静态和动态两种。静态接口主要由一个行编码器和一个列编码器构成；动态接口可采用计数器、译码器和数据选择器构成。这两种键盘由硬件完成键的编码任务。一般在小型仪器仪表和控制系统中，使用较多的是行列式和独立式的非编码键盘；如果系统要求实现多键同时按下的处理，则用非编码独立方式较为合适。在该系统中采用的是行列式键盘。行列式键
41、盘中的键实际上就是一个机械开关，位于行线和列线的交点处，当键被按下时，其交点的行线和列线接通，使相应行线或列线上的电平发生变化，根据电平变化情况确定被按下的键。2 电路硬件说明 (1)在“单片机系统”区域中，把单片机的P3.0-P3.7端口通过8联拨动拨码开关JP3连接到“44行列式键盘”区域中的M1-M4，N1-N4端口上。(2)在“单片机系统”区域中，把单片机的P0.0-P0.7端口连接到“静态数码显示模块”区域中的任何一个a-h端口上;要求：P0.0对应着a，P0.1对应着b，P0.7对应着h。3 程序设计内容 (1)44矩阵键盘识别处理 。 (2)每个按键都有它的行值和列值，行值和列值
42、的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。键盘的一端(列线)通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么?还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地;另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。4 键盘程序流程图 所编程序首先对键盘进行识别看是否有键按下，若有键按下则对按键进行去抖动，然后根据按键的物理位置计算键码，最后按键释放，这也就完成了一次按键输入，若无按键释放则直接返回。下
43、图为键盘程序流程图；键盘识别有键按下？ 去抖动确定案件物理位置计算键码返回按键释放 图3-11键盘程序流程图3.8.2 键盘显示与单片机连接图该设计采用的是AT89C51单片机和4*4的键盘，LCD液晶显示，各器件的管教都应一一对应连接。本次设计中，我们用到的LCD是12864，总共有20个管脚。下图为AT89C51单片机和键盘、显示器的连接图：图3-12 键盘显示与单片机的连接电路图 第4章 软件设计 一个完整的系统都是由硬件和软件构成的，在前两章介绍了课题的硬件设计的原理和电路，这一章主要介绍课题的软件设计。本章介绍了软件设计的流程图，首先给出系统的整体主程序流程图，然后介绍了AT89S5
44、1的程序设计，并叙述了按键扫描中出现触点机械抖动的问题，采用软件延时方法去按键抖动。并阐述了DAC0832进行D/A转换时采用数据锁存方法单缓冲工作方式和程序设计的流程。最后介绍了显示模块程序设计的流程图和采用动态送显方式来驱动数码管。整个软件部分的设计是数控恒流源的重要部分，合理的软件设计有利于简化整体的设计，能生成符合要求的信号，最终降低成本。4.1主程序设计流程单片机初始化引脚和中断，当单片机的P1口检测到有按键按下时，如果是S3键按下电流值加1，如果是S4键按下，则电流值减1。启动数码管显示电路开始显示数值，输出电流设定好后单片机将电流数字量通过P2口送入到D/A转换器中，D/A转换器
45、将其转换为数字量后输出。本设计主程序流程图如图4-1所开始初始化引脚中断是否有键按下NS3键是否按下YYYNS4键是否按下电流值增加1YNY电流值减1YN数值送DA转换并输出数码管显示 图4-1主程序流程4.2程序设计AT89S51单片机内部主要由9个部件组成：1个8位中央处理器；4KBFlash存储器；128B的数据存储器；32条I/O口线；2个定时器/计数器；1个具有6个中断源、4个优先级的中断嵌套结构；用于多处理机通信、I/O扩展或全双工UART的串行口；特殊功能寄存器；1个片内振荡器和时钟电路。AT89S51系列单片机完全继承了MCS-51的指令系统，共有111条指令，按其功能可分为五大类：数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算类指令、控制转移类指令、布尔操作。AT89S51具有4K的内置Flash可在线编程程序存储器，对于这样内部有4KB的程序存储器的芯片，若引脚接VCC（+5V），则PC的值在00FFFH（4KB）之间时，CPU取指令时访问内部的程序存储器。若PC值大于0FFFH时，则访问外部的数据存储器。如果引脚接Vss（地），则内部的程序存储器被