1、數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)大致分五個(gè)模塊:單片機(jī)控制模塊、 數(shù)模 (D/A 轉(zhuǎn)換模塊、 恒流源模塊、 模數(shù)(A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊。單片機(jī)控制模塊以單片機(jī)為核心,對(duì)輸入電流信 號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出;恒流源模塊將 D/A轉(zhuǎn)換來(lái)的電壓模擬量通過(guò)恒流源電路 變成恒流;顯示模塊采用數(shù)碼管顯示譯碼芯片與 74LS47設(shè)計(jì)成 10進(jìn)制 4位數(shù)碼動(dòng) 態(tài)顯示電路。鍵盤模塊采用常見(jiàn)單路復(fù)位開(kāi)關(guān),做成 4×4矩陣鍵盤,用動(dòng)態(tài)掃描方 式讀取外部按鍵動(dòng)作,這樣設(shè)計(jì)可靠,配合凌陽(yáng) AT89S52單片機(jī),可以很輕松的實(shí) 現(xiàn)按鍵輸入 。 此外, 本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)電流 0-2A 且有±1mA 和

2、77;10mA 的兩種步進(jìn), 同 時(shí)有數(shù)碼顯示輸入的電流值。關(guān)鍵詞 單片機(jī) 鍵盤控制 D/A轉(zhuǎn)換 恒流源 A/D轉(zhuǎn)換 譯碼顯示Constant Current Resource Digital ControlledABSTRACTThe design is divided into five modules: Single-chip control, digital-to-analog (D / A conversion module, constant current source module, the output display module. To single-chip singl

3、e - chip control module as the core of the input current signals to digital output; Constant current source modules will be D / A converter to the voltage analog circuit through the constant current source into a constant current; display module display digital 74LS47 decoder chip designed with 10-b

4、and digital dynamic display four circuits. Common use of the keyboard module reset single switch, make 4 * 4 matrix keyboard, using dynamic scanning button to read the external action, so that the design of reliable, with Sun plus AT89S52 microcontroller, can easily achieve the keystrokes. In additi

5、on, the design can achieve the current 0-2A and a ± 10mA and ± 1mA Step two, at the same time digital display of the current input.KEY WORDS Single - chip Keyboard control D / A converter A / D conversion Decoding show目 錄中文摘要 . I 英文摘要 . I I 1 緒論 . . 1 1.1概述 . 1 1.2課題的背景和意義 . 1 1.3數(shù)控直流恒流源簡(jiǎn)介

6、 . 21.4恒流源的應(yīng)用 . 22 數(shù)控直流電流源整體設(shè)計(jì) . 3 2.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與論證 . 32.2系統(tǒng)原理與基本框圖 . 54 軟件設(shè)計(jì) . 30 總結(jié) . 33 致 謝 . . 34 參考文獻(xiàn) . 35 附 錄 . 361緒論1.1概述隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展, 人們對(duì)物質(zhì)需求也越來(lái)越來(lái)高, 特別是一些高新技術(shù) 產(chǎn)品。 電源 作為當(dāng)今人們生活中普遍存在的電子商品, 從上世紀(jì)九十年代末起便 迅速發(fā)展。 隨著對(duì)系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求, 電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新 推動(dòng)電源行業(yè)中直流 /直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。 從 80年代的 第一代分布式供電系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向到 2

7、0世紀(jì)末更為先進(jìn)的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)以及 中間母線結(jié)構(gòu),直流 /直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn),即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入 式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。然而,早在 90年代中,半導(dǎo)體生產(chǎn)商們就開(kāi)發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(shù),而在當(dāng) 時(shí), 這種方案的性價(jià)比與當(dāng)時(shí)廣泛使用的模擬控制方案相比處與劣勢(shì), 因而無(wú)法被廣 泛采用。 由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運(yùn)行最優(yōu)化的關(guān)注, 電源 行業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)商們便開(kāi)始共同開(kāi)發(fā)這種名為 “ 數(shù)控電源 ” 的新產(chǎn)品。 而如今隨著直 流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展,整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控 制,從而使直流電源智能化。具有遙測(cè)、遙信、遙控的三遙功能

8、 , 基本實(shí)現(xiàn)了直流電 源的無(wú)人值守。并且,在當(dāng)今科技快速發(fā)展過(guò)程中,模塊化是直流電源的發(fā)展趨勢(shì), 并聯(lián)運(yùn)行是電源產(chǎn)品大容量化的一個(gè)有效手段,可以通過(guò)設(shè)計(jì) N+1冗余電源系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展,提高電源系統(tǒng)的可靠性、可用性,縮短維修、維護(hù)時(shí)間,從而使企業(yè) 產(chǎn)生更大的效益。 智能模塊電源采用電流型控制模式, 集中式散熱技術(shù), 實(shí)時(shí)多任務(wù) 監(jiān)控,具有高效、高可靠、超低輻射,維護(hù)快捷等優(yōu)點(diǎn),機(jī)箱結(jié)構(gòu)緊湊,防腐與散熱 也作了多方面的加強(qiáng)。 它的應(yīng)用將會(huì)克服大功率電源的制造、 運(yùn)輸及維修等困難。 而 且和傳統(tǒng)可控硅電源相比節(jié)電 20%-30%節(jié)能優(yōu)勢(shì),奠定了它將是未來(lái)大功率直流電 源的首選。1.2課題的背

9、景和意義世界的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展時(shí) 期。 直流電源是電子技術(shù)常用的儀器設(shè)備之一, 廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、 科研等領(lǐng)域, 是 電子實(shí)驗(yàn)員、 電子設(shè)計(jì)人員及電路開(kāi)發(fā)部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和科學(xué)研究所不可缺少的電 子儀器。 在電子電路中, 通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來(lái)供電。 而整個(gè)恒流過(guò)程是由電源變壓器、 整流、 濾波、 穩(wěn)壓等四部分組成。 然而這種傳統(tǒng)的恒流電源功能簡(jiǎn)單、 不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通的直流恒流電源品種有很多 , 但均存在以下二個(gè)問(wèn)題:1 輸出電流是通過(guò)粗調(diào) (波段開(kāi)關(guān) 及細(xì)調(diào) (電位器 來(lái)調(diào)節(jié)。這樣,當(dāng)輸出電流 需要

10、精確輸出, 或需要在一個(gè)小范圍內(nèi)改變時(shí), 困難就較大。 另外, 隨著使用時(shí)間的 增加,波段開(kāi)關(guān)及電位器難免接觸不良,對(duì)輸出會(huì)有影響。2 穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,對(duì)過(guò)載進(jìn)行限流或截流型保護(hù),電路構(gòu) 成復(fù)雜, 穩(wěn)壓精度也不高。 從上面我們能看出傳統(tǒng)的恒流電源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在需要, 但是在各類電子設(shè)備和一些家用電器中, 通常又都需要穩(wěn)定的直流電源供電。 而在我 們實(shí)際生活中電源往往都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電, 那么這就需要通過(guò)變壓、 整流、 濾波、 穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。 其中濾波器用于濾整流輸出電壓中的 紋波, 一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成, 若由晶體管濾波器來(lái)

11、替代, 則可縮 小直流電源的體積, 減輕其重量, 且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家 用電器的電源,這既降低了家用電器的成本,又縮小了其體積,使家用電器小型化。 然而傳統(tǒng)的直流電源通常采用電位器和波段開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié), 并由電流表指示 電流值的大小。 因此,電流的調(diào)整精度不高,讀數(shù)欠直觀,電位器也易磨損。而基 于單片機(jī)控制的直流恒流電源能較好地解決以上傳統(tǒng)恒流電源的不足, 并且數(shù)控直流 電源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源相比,具有操作方便、電流穩(wěn)定度高的特點(diǎn)。它的紋波電流低, 電流調(diào)節(jié)精確,輸出電流大小采用數(shù)字顯示,直觀易讀。電路大部分使用集成電路, 從而使調(diào)試簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、故障率低、使用壽命

12、長(zhǎng)。1.3數(shù)控直流恒流源簡(jiǎn)介數(shù)控直流恒流源就是一個(gè)能輸出恒定電流的電源 , 在電子電路中 (如晶體管放大 器電路 我們常需要一些電壓增益較大的放大器, 為此常要將晶體管集電極的負(fù)載電 阻設(shè)計(jì)得盡量大, 但此電阻太大將容易使晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài), 此時(shí)我們可利用晶體 三極管來(lái)代替這個(gè)大電阻,這樣一來(lái)既可得到大的電阻,同時(shí)直流壓降并不大。 1.4恒流源的應(yīng)用隨著電子技術(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(kāi)穩(wěn)定的電源,

13、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?人們 對(duì)數(shù)控恒定電流器件的需求越來(lái)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(kāi) 發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間。 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 20mA2000mA范圍內(nèi)任意設(shè)定,不隨負(fù)載和環(huán)境溫度變化,并具有很高的精度,輸 出電流誤差范圍 ±4mA ,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。 2數(shù)控直流電流源整體設(shè)計(jì)2.1 整體結(jié)構(gòu)

14、 設(shè)計(jì)與論證方案一:采用 AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元,通過(guò)改變 D/A轉(zhuǎn)換器 MAX538的輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值,從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化, 間接地改變輸出電流的大小。 為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電流值的大小, 可以 將電流轉(zhuǎn)換成電壓,并經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器 MAX188進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖 2-1 原理框圖此系統(tǒng)比較靈活, 采用軟件方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制, 使系統(tǒng) 硬件更加簡(jiǎn)潔, 各類功能易于實(shí)現(xiàn), 能很好地滿足題目的要求。 本方案的基本原理如 圖 2-1所示。方案二:通過(guò)專門的恒流 /恒壓芯片 LT1769和簡(jiǎn)單的控制線路來(lái)實(shí)現(xiàn)壓控電流源 方案。

15、這種恒壓芯片具有集成度高, 使用起來(lái)控制系統(tǒng)的軟硬件都變得相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu) 點(diǎn)。但缺點(diǎn)是方案實(shí)現(xiàn)不夠靈活;由于該芯片精度不高(5% ,設(shè)備性能被局限在這 種專用芯片性能指標(biāo)所允許的范圍內(nèi)。 所以這種設(shè)計(jì)一般只適合于精度要求不高, 但 集成度和便攜性要求高的場(chǎng)合。事實(shí)證明,這不是最理想的數(shù)控電流源實(shí)現(xiàn)方案。 方案三:由單片機(jī)控制 DAC 產(chǎn)生電壓控制信號(hào),通過(guò)精密的線性壓控電流源電 路輸出所需的電流值?？蚣軋D如圖 2-2所示。 圖 2-2 方案三框圖由于在實(shí)現(xiàn)上比較直接, 并且使用了線性功率器件, 相比之下, 更容易得到較高 的精度和更穩(wěn)定的輸出。 具體實(shí)現(xiàn)上, 電流源電路的精度和質(zhì)量取決于精密的功

16、率放 大器。同時(shí),要特別關(guān)注設(shè)計(jì)上的問(wèn)題(如 PCB 排版等 。方案四:通過(guò)編碼開(kāi)關(guān)來(lái)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(lái)控制電流的變化;同時(shí);通過(guò)四個(gè)編碼開(kāi) 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(guò)程中發(fā)現(xiàn)編碼開(kāi)關(guān)不穩(wěn)定, 所以不宜采用。 其電路方 框圖如圖 2-3所示: 圖 2-3 方案四方框圖方案五:采用開(kāi)環(huán)電路,即利用微處理器做控制電路, D/A轉(zhuǎn)換器和 V/I轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)框圖見(jiàn)下圖:圖 2-4 智能電流源開(kāi)環(huán)系統(tǒng)框圖在這種實(shí)現(xiàn)方法中,微處理器通

17、過(guò)控制 D/A的輸出直接調(diào)控電流大小,由于無(wú) 反饋環(huán)節(jié), 會(huì)造成電流輸出效果不理想, 精度差, 量程范圍小等問(wèn)題, 尤其在需要高 精度、寬量程的電流輸出時(shí)達(dá)不到要求。方案六:在傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上, 利用控制系統(tǒng)中反饋與控制原理, 給電路加 上反饋電路, 使整個(gè)電路構(gòu)成一個(gè)閉環(huán), 軟件上利用 PID 算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的精 確控制。這種方法設(shè)計(jì)的電流源性能穩(wěn)定、帶負(fù)載能力強(qiáng)。系統(tǒng)的控制過(guò)程為:利用單片機(jī)將被預(yù)置的電流通過(guò)換算由 D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換,以輸出電壓,驅(qū)動(dòng) V/I轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電流輸出,并將該電流值對(duì)應(yīng)電壓通過(guò)閉環(huán)回 路,經(jīng)信號(hào)處理電路作 A/D轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)系統(tǒng),通過(guò) PID

18、算法調(diào)整電流輸出,并 驅(qū)動(dòng)顯示電路顯示當(dāng)前電流值。系統(tǒng)由穩(wěn)壓電路電源、單片機(jī)、 D/A轉(zhuǎn)換電路、電壓電流 (V/I轉(zhuǎn)換電路、 A/D轉(zhuǎn) 換電路、鍵盤顯示電路組成。比較以上幾種方案的優(yōu)缺點(diǎn), 方案六簡(jiǎn)潔、 靈活、 可擴(kuò)展性好, 能達(dá)到題目的設(shè) 計(jì)要求,因此采用方案六來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.2 系統(tǒng)原理與基本框圖結(jié)合以上各部分模塊電路方案,本設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖 2-5所示。該系統(tǒng)通過(guò) RS-485總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通信, 串行通信采用串行方式 1, 速率為 9600波特率。 在計(jì)算機(jī)上能適時(shí)地對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和控制, 操作方便、 快捷、 直觀。 本系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)軟件采用 VB 軟件實(shí)現(xiàn) Windows 環(huán)境

19、編程, VB 中實(shí)現(xiàn)串行通信是一個(gè) MSComm 控件,該控件通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù),為應(yīng)用程序提供串行通信功 能。 圖 2-5 數(shù)控直流電流源系統(tǒng)框圖3硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)的要求:只要能夠方便地?cái)U(kuò)展顯示器、鍵盤、 A/D轉(zhuǎn)換器、 D/A轉(zhuǎn)換器 等外設(shè)即可,其他并無(wú)特殊要求。常見(jiàn)的單片機(jī)有 8051系列的單片機(jī)、 8096系列的 單片機(jī)、 SPCE061A 的凌陽(yáng)單片機(jī)。這里采用 AT89S52。 89S52相比于 89C51價(jià)格基 本不變,甚至比 89C51更低,具有更高的性價(jià)比。單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心部分, 它主要用于鍵盤按鍵管理、 數(shù)據(jù)處 理、實(shí)時(shí)

20、采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對(duì)各部分反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行整體調(diào)整。主要包括 AT89S52單片機(jī)、 D/A轉(zhuǎn)換芯片 MAX538、 A/D轉(zhuǎn)換芯片 MAX188、 數(shù)碼管顯示譯碼芯片、 驅(qū) 動(dòng)譯碼器 74LS47等器件。AT89S52是一種低功耗、 高性能 CMOS8位微控制器, 具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和 引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。 圖 3-1 AT89S52引腳封裝圖VCC :電源GND :地P0口:P0口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路的雙向 I/O口。作為輸出口,每

21、位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0端口寫 “1” 時(shí),引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 時(shí), P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 在這種模式下, P0具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí), P0口也用來(lái)接收指令字節(jié);在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí),需 要外部上拉電阻。P1口:P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P1端口寫 “1” 時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時(shí)可以作為輸入口 使用。 作為輸入使用時(shí), 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因, 將輸出電流 (IIL 。 此外, P1.0和 P

22、1.2分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2和定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX,具體如下表所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí), P1口接收低 8位地址字節(jié)。表 3-1 AT89S52引腳功能表 P2口:P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2端口寫 “1” 時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時(shí)可以作為輸入口 使用。 作為輸入使用時(shí), 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因, 將輸出電流 (I IL 。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (例如執(zhí)行 MOVXDPTR 時(shí), P2口送

23、出高八位地址。 在這種應(yīng)用中, P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 在使用 8位地址(如 MOVXRI訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。表 3-2 引腳功能表 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí), P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口:P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3端口寫 “1” 時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時(shí)可以作為輸入口 使用。 作為輸入使用時(shí), 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因, 將輸出電流 (I IL 。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能(第二功能使用,如表 3-2所示。在

24、 flash 編程和校驗(yàn) 時(shí), P3口也接收一些控制信號(hào)。ST :復(fù)位輸入。晶振工作時(shí), RST 腳持續(xù) 2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 看門狗計(jì)時(shí)完成后, RST 腳輸出 96個(gè)晶振周期的高電平。 特殊寄存器 AUXR(地址 8EH 上的 DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下,復(fù)位高電平有效。ALE/PROG:地址鎖存控制信號(hào)(ALE 是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí),鎖存低 8位 地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí),此引腳(PROG 也用作編程輸入脈沖。在一般情 況下, ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖, 可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。 然而,特別強(qiáng)調(diào),在每

25、次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要,通 過(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0位置 “1” , ALE 操作將無(wú)效。這一位置 “1” , ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則, ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位(地址 為 8EH 的 SFR 的第 0位的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。PSEN :外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)(PSEN 是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí), PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次,而 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), PSEN 將不被激活。EA /VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控

26、制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序 存儲(chǔ)器讀取指令, EA 必須接 GND 。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令, EA 應(yīng)該接ccV 。在 flash 編程期間, EA 也接收 12伏 V PP 電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。圖 3-2 AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖 圖 3-3 AT89S52基本連接圖3.2 D/A轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求,所設(shè)計(jì)的直流電流源應(yīng)具有數(shù)控功能,按發(fā)揮部分的指標(biāo)要求, 應(yīng)滿足輸出最大 2000mA ,步進(jìn) 1mA 的要求,因此,用“單片機(jī)+D/A”的方式實(shí)現(xiàn) 數(shù)控功能最為合適。 根據(jù)指

27、標(biāo)要求, D/A的位數(shù)至少為 11位, 故而選擇 12位的 D/A轉(zhuǎn)換器。由于系統(tǒng)對(duì)輸出電流設(shè)定的實(shí)時(shí)性沒(méi)有要求,所以選擇串行 12bitD/A轉(zhuǎn)換 器 MAX538以節(jié)約單片機(jī)接口資源。 MAX538是 MAXIM 公司生產(chǎn)的 12位雙通道、 三線串行輸入、電壓輸出的 D/A轉(zhuǎn)換器。它不需要任何外圍器件就可達(dá)到最佳的性 能指標(biāo)。MAX538是低功耗,電壓輸出 12bitD/A轉(zhuǎn)換器。 MAX538可用電源 +5V供電, 外形為 8腳封裝。 MAX538僅吸收 140uA 的電流,是一種省電型器件。MAX538的輸出放大器可分別提供 1和 2的增益。 該器件可廣泛的應(yīng)用在便攜式 測(cè)試儀器、程控

28、增益放大器、工業(yè)過(guò)程控制、數(shù)字電話等領(lǐng)域。D/A轉(zhuǎn)換為電壓輸出;內(nèi)部有電壓基準(zhǔn);僅需 140uA 的電源電流;串行數(shù)據(jù)輸入;可單電源 +5V工作。參考電壓輸入范圍 03V;參考端輸入電阻大于 40K ;D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓 02.6;增益誤差小于±2LSB ;電源抑制比大于 300uV/V;噪聲電壓小于 400uV ;輸出電壓建立時(shí)間小于 25us 。MAX538內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖 3-4所示,它主要有控制邏輯、 12位以寄存器、 D/A轉(zhuǎn)換寄存器、基準(zhǔn)電源、上電復(fù)位等部分組成。圖 3-4 MAX538內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)MAX538的引腳排列見(jiàn)圖所示,其引腳功能為:1腳:BIPOFF ,雙極性

29、偏置端; 2腳:Din ,串行數(shù)據(jù)輸入端;3腳:CLR ,清除寄存器信號(hào),低電平有效,清除后 D/A寄存器為 000H ; 4腳:SCLK ,可作輸入端與 Din 配合輸入數(shù)據(jù);5腳:CS ,片選端,低電平有效;6腳:DOUT ,串行數(shù)據(jù)輸出端;7腳:DGND ,數(shù)字地;8腳:AGND ,模擬地,可與 DGND 共地;9腳:REFIN ,參考電源輸入端;10腳:REROUT , 2.048V 參考電壓輸出端;11腳:Vs ,負(fù)電源輸入端、與地應(yīng)接入 0.1uF 電容;12腳:VOUT , D/A電壓輸出端;13腳:V+,正電源輸入端,與地應(yīng)接入 0.1uF 電容;14腳:RFB ,內(nèi)部運(yùn)方反饋

30、電阻,一般與 VOUT 相接。 圖 3-5 MAX538引腳排列MAX538與 CPU 接口時(shí),僅需三根串行線,其輸入波形如圖所示。在時(shí)鐘頻率 為 877KHz 時(shí),傳輸 12bit 的數(shù)據(jù) D/A轉(zhuǎn)換輸出僅需 25us 的建立時(shí)間。 圖 3-6 串行輸入波形下圖為 MAX538的基本連接,參考電壓必須外接,輸出為單極性信號(hào)。 圖 3-7 MAX538基本連接圖在本設(shè)計(jì)中, MAX538的 DIN 、 SCLK 、 CS 分別接 AT89S52的 P1.0口、 ALE (PRDG 、 P1.1口。 REF 外接參考電壓電路, OUT 接 V/I轉(zhuǎn)換電路。系統(tǒng)采用 MAX6325為 MAX538

31、提供 2.5V 的參考電壓。 MAX6325是一款高輸 出精度、低功耗、低噪聲的基準(zhǔn)電壓器件,其基本連接圖如下: 圖 3-8 MAX6325基本連接圖3.3 V/I轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案一:采用壓流變送器 XTRllO 。此種方案會(huì)使恒流輸出十分穩(wěn)定,但是輸出 電流較小,后級(jí)電流放大難以實(shí)現(xiàn)。專門的電流放大器價(jià)格昂貴且器件難以購(gòu)買。 方案二:采用由精密運(yùn)放與三個(gè)晶體管組成的達(dá)林頓管電路構(gòu)成的壓流轉(zhuǎn)換模 塊。轉(zhuǎn)換電路利用晶體管平坦的輸出特性和深度負(fù)反饋電路使輸出電流穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)選用方案二,使壓流轉(zhuǎn)換較容易實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中 V/I轉(zhuǎn)換電路由精密運(yùn)放與晶體管 T1、 T2、 T3組成的達(dá)林頓電路構(gòu)成。 利用晶

32、體管平坦的輸出特性和深度的負(fù)反饋電路得到穩(wěn)定的恒流輸出, 使系統(tǒng)帶負(fù)載 能力強(qiáng)。其輸出范圍達(dá)到 200mA 2000mA 。在 V/I轉(zhuǎn)換電路的輸出回路中引入一個(gè)反饋電阻 f R , 輸出電流 o I 經(jīng)反饋電阻 fR 得到一個(gè)反饋電壓 f V , f V =1211V V -, 通過(guò) 8R , 9R 加到運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端。 設(shè) 運(yùn)放的同向端和反向端的電壓為 3V , 2V 。該部分的輸入電壓為 V i (由 MAX538的 7腳輸出 。又理想運(yùn)放兩端的輸入電流值 i 3, i 2約等于零,且 3V 2V , 則有:866113799129772R R R V V V R R R V R

33、 R R V i +=+=(3-1即:8661179912977R R R V V R R R V R R R i +=+ (3-2由于 f 1112V V V -=,則:8661179911977 (R R R V V R R R V V R R R i f +=+-+ (3-3若令:K R R 1076=, K R R 198=,則有:79/R R V V i f =(3-4略去反饋回路的電流,則:f i f f R V R V I 10/0=(3-5 圖 3-9 V/I轉(zhuǎn)換電路原理圖可見(jiàn), 輸出電流的標(biāo)定由 D/A轉(zhuǎn)換的輸出電壓iV 和 f R 的阻值決定, 成線性變換。 fR 采用大線

34、徑康銅絲制作,其溫度系數(shù)很小,大線徑可使其溫度影響減至最小,此 處選用的是 1/2W的大功率精密電阻。在選三極管時(shí)注意 T3應(yīng)選用大功率管,且要 使用散熱片,以保證管子工作在線性區(qū)。設(shè)計(jì)中精密運(yùn)放采用四運(yùn)放集成芯片 LM324。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同 的運(yùn)算放大器, 除電源共用外, 四組運(yùn)放相互獨(dú)立。 其特點(diǎn)是既可單電源工作又可雙 電源工作, 并可在較寬電源電壓范圍內(nèi)工作, 且電源電流很小, 輸入偏置電流具有溫 度補(bǔ)償, 無(wú)需外接頻率補(bǔ)償元件。 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, “OV ” 為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入

35、端中, i V -(-為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端OV 的信號(hào)與該輸入端的位相反; i V +(+為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端OV 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。晶體管 T1、 T2、 T3選用 2SC4596,耐壓 60V ,最大電流 5A ,最大功率 25W , 能夠較好的滿足題目設(shè)計(jì)的要求。3.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種用來(lái)將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制數(shù)的 器件,可以認(rèn)為,模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一個(gè)將模擬信號(hào)值編制成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼的編碼器。 常用的模 /數(shù)轉(zhuǎn)化器有:計(jì)數(shù)式 A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器、逐位比較式 A/D轉(zhuǎn)換器及并行直接比較式 A/D轉(zhuǎn)換器等幾種。

36、一個(gè)完整的模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)該包含這樣一些輸入、輸出信號(hào):·模擬輸入信號(hào) Vin 和參考電壓 Vref ;·數(shù)字輸出信號(hào);·啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào);·轉(zhuǎn)換完成(結(jié)束信號(hào)或者“忙”信號(hào),輸出;·數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào),輸入。單片機(jī)對(duì) A/D轉(zhuǎn)換的控制一般分為三個(gè)過(guò)程:(1單片微機(jī)通過(guò)控制口發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào),命令模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器開(kāi)始轉(zhuǎn)換。(2單片微機(jī)通過(guò)狀態(tài)口讀入 A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài),判斷它是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。根據(jù)題目要求, 系統(tǒng)應(yīng)能測(cè)量顯示實(shí)際輸出電流的范圍及精度指標(biāo)是:范圍 20 2000mA ,精度 0.1%+1mA 。因此可知, A/D的精度至少要在 12位以上,但由于

37、只 是用于測(cè)量顯示, 因而測(cè)量速度要求不高; 又因?yàn)闇y(cè)量對(duì)象為直流信號(hào), 故也沒(méi)有雙 極性測(cè)量的要求。據(jù)此可以考慮采用以下具有可變?cè)鲆婀δ艿?A/D轉(zhuǎn)換器。方案一:ICL7135是美國(guó) Intersil 公司生產(chǎn)的 4位半雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器,它采 用單基準(zhǔn)電壓, 能對(duì)雙極性輸入的模擬電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 它具有自動(dòng)量程控制信號(hào)輸出, 自動(dòng)極性判別信號(hào)輸出,動(dòng)態(tài)字位掃描 BCD 碼輸出的特點(diǎn),因此在轉(zhuǎn)換精度要求較 高而采樣時(shí)間可以相對(duì)較慢的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。方案二:MAX197是美國(guó) MAXIM 公司設(shè)計(jì)的 12位串行 A/D轉(zhuǎn)換器, 8通道單 端或 4通道差分輸入, 其內(nèi)部集成了 8通道

38、多路開(kāi)關(guān), 故轉(zhuǎn)換速率高且功耗低, 特別 適合對(duì)體積、 功耗和精度有較高要求的便攜式智能化儀器儀表產(chǎn)品。 因此, 這里選擇 MAX197。MAX197芯片是美國(guó) MAXIM 公司近年的新產(chǎn)品, 是多量程 (±10V , ±5V , 010V , 05V 、 8通道、 12位高精度的 A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近工作方式,有標(biāo)準(zhǔn)的 微機(jī)接口。三態(tài)數(shù)據(jù) I /O 口用做 8位數(shù)據(jù)總線,數(shù)據(jù)總線的時(shí)序與絕大多數(shù)通用的 微處理器兼容。 全部邏輯輸入和輸出與 TTL /CMOS 電平兼容。 新型 A /D 轉(zhuǎn)換器芯 片 MAX197與一般 A/D轉(zhuǎn)換器芯片相比, 具有極好的性能價(jià)格比

39、, 僅需單一+5V 供 電,且外圍電路簡(jiǎn)單,可簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 12位分辨率, 1/2LSB線形度; 單 +5V供電; 軟件可編程選擇輸入量程:10V , 5V , 0+5V, 0+10V; 輸入多路選擇器保護(hù):16.5V 8路模擬輸入通道; 6us 轉(zhuǎn)換時(shí)間, 100kSPS 采樣速度; 內(nèi) /外部采集控制; 內(nèi)部 4.096V 或外部參考電壓; 兩種掉電模式; 內(nèi)部或外部時(shí)鐘。MAX197有 28腳 DIP (窄型 、寬型 SO , SSOP 等封裝形式。其引腳如圖 3.7所 示。D0D11:輸出數(shù)據(jù)線;CH0CH7:模擬量輸入通道;CS :片選端;RD , WR :讀寫控制端;CLK :時(shí)

40、鐘輸入;INT :轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào);HBEN :12 b轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出選擇端, HBEN-1:高 4位輸出; HBEN-0:低 8位輸 出;SHDN :省電控制端, SHDN-0時(shí), MAX197進(jìn)入省電模式;REFADJ :帶隙電壓基準(zhǔn)輸出/外部調(diào)整端;REF :基準(zhǔn)緩沖輸出/ADC 基準(zhǔn)輸入;VDD :接 +5 V;DGND :數(shù)字地;AGND :模擬地。 圖 3-10 MAX197引腳圖MAX197控制字節(jié)的寫入和轉(zhuǎn)換結(jié)束后的數(shù)據(jù)讀出都是由 8位并行接口完成的, 這使得微處理器能把 MAX197作為一個(gè) I/O口來(lái)尋址,應(yīng)用極為方便。MAX197 A/D轉(zhuǎn)換的起動(dòng)是通過(guò)寫控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 即每

41、當(dāng)向其寫入一個(gè)控制字 時(shí), 同時(shí)也就起動(dòng)了一次相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。 MAX197還提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的中斷信號(hào), 當(dāng)變 換完成, 輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒后, 變?yōu)榈碗娖? 在第一個(gè)讀周期或者寫一個(gè)新的控制字 節(jié)時(shí),返回高電平。MAX197在單極性方式下, 輸出數(shù)據(jù)格式為二進(jìn)制數(shù); 在雙極性方式下, 輸出數(shù) 據(jù)格式為補(bǔ)碼形式的二進(jìn)制數(shù)。在讀取數(shù)據(jù)時(shí),當(dāng) HBEN 為低電平時(shí),讀低 8位, 當(dāng) HBEN 為高電平時(shí),讀高 4位。MAX197既可以使用內(nèi)部參考電壓源, 也可以使用外部參考電壓源。 當(dāng)使用內(nèi)部 參考源時(shí),芯片內(nèi)部的 2.5V 基準(zhǔn)源經(jīng)放大后向 REF 提供 4.096V 參考電平。這時(shí)應(yīng) 在 REF 與

42、 AGND 之間接入一個(gè) 4.7F電容, 在 REFADJ 與 AGND 之間接入一個(gè) 0.01F電容。當(dāng)使用外部參考源時(shí),接至 REF 的外部參考源必須能夠提供 400A的直流工 作電流,且輸出電阻小于 10。如果參考源噪聲較大,應(yīng)在 REF 端與模擬信號(hào)地之間接一個(gè) 4.7F電容。模擬量輸入通道擁有 ±16.5V 的過(guò)電壓保護(hù),即使在關(guān)斷狀態(tài) 下,保護(hù)也有效。 圖 3-11 MAX197內(nèi)部構(gòu)成方框圖在本次設(shè)計(jì)中 MAX197通過(guò) D0D7與 AT89S52 的 P0.0P0.7相連, 既用于輸 出 MAX197的初始化控制字, 也用于傳輸轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。 用 AT89S52單片機(jī)

43、的 P3.0作片選信號(hào),則 MAX197的高位地址為 7FH 。選擇 MAX197為軟件設(shè)置低功耗工作 方式,所以置 SHDN 腳為高電平。本文采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓,所以 REFADJ 接地,而 REF 則接內(nèi)部參考電壓。 AT89S52單片機(jī)的 P1.3腳用做判讀高、 低位數(shù)據(jù)的選擇線, 直接與 HBEN 腳相連。 MAX197的 INT 腳可與 AT89S52的 INT0相連 , 以便實(shí)現(xiàn)中斷, 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。不過(guò)本次設(shè)計(jì)不設(shè)計(jì)中斷程序。 MAX197的 CH0用于輸入經(jīng)過(guò) V/I轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)。其連接圖如圖 3-12所示。 圖 3-12 MAX197連接原理圖3.5 顯示模塊設(shè)計(jì)采用 LED

44、 數(shù)碼管顯示其需要的信息,其成本低,易于應(yīng)用。 LED 和若干無(wú)源元 件組成該顯示電路。數(shù)碼管是數(shù)碼顯示器的俗稱。常用的數(shù)碼顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管,熒光數(shù)碼管, 輝光數(shù)碼管和液晶顯示器等。 本設(shè)計(jì)所選用的是半導(dǎo)體數(shù)碼管, 是用發(fā)光二極管 (簡(jiǎn) 稱 LED 組成的字形來(lái)顯示數(shù)字,七個(gè)條形發(fā)光二極管排列成七段組合字形,便構(gòu) 成了半導(dǎo)體數(shù)碼管。因此也稱之為七段 LED 顯示器。通過(guò)七段發(fā)光二極管亮暗的不 同組合,可以顯示多種數(shù)字、字母及其它符號(hào)。方案一:采用 7289將數(shù)碼顯示和鍵盤加到一起,這樣我們用串行傳輸數(shù)據(jù),更 加可靠,但缺點(diǎn)是增加了編程的難度,同時(shí)占用系統(tǒng)資源。方案二:采用數(shù)碼管顯示譯碼芯片

45、與 74LS47設(shè)計(jì)成 10進(jìn)制 4位數(shù)碼動(dòng)態(tài)顯示 電路。這里選用方案二。74LS47是 BCD-7段譯碼器 /驅(qū)動(dòng)器,是數(shù)字集成電路,用于將 BCD 碼轉(zhuǎn)化成數(shù) 碼塊中的數(shù)字,然后我們就能看到從 0-9的數(shù)字。 圖 3-13 74LS47管腳圖74LS47譯碼器的工作原理:譯碼為編碼的逆過(guò)程。它將編碼時(shí)賦予代碼的含義 “ 翻譯 ” 過(guò)來(lái)。 實(shí)現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。 譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng) 關(guān)系。 74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器,它在這里與數(shù)碼管配合使用, 表 3-5列出了 74LS47的真值表,表示出了它與數(shù)碼管之間的關(guān)系。其引腳功能如下:LT :試燈輸入,是為

46、了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設(shè)置的。當(dāng) LT =0時(shí),無(wú) 論輸入 A3 , A2 , A1, A0為何種狀態(tài),譯碼器輸出均為低電平,若驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼 管正常,是顯示 8。BI :滅燈輸入,是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設(shè)置的。 BI =0時(shí)。不論 LT 和輸入 A3 , A2 , A1, A0為何種狀態(tài),譯碼器輸出均為高電平,使共陽(yáng)極數(shù)碼管熄滅。 RB I :滅零輸入,它是為使不希望顯示的 0熄滅而設(shè)定的。當(dāng)對(duì)每一位 A3= A2 =A1 =A0=0時(shí),本應(yīng)顯示 0,但是在 RB I =0作用下,使譯碼器輸出全為高電平。其結(jié)果 和加入滅燈信號(hào)的結(jié)果一樣,將 0熄滅。RB O :滅零輸出,它和滅燈

47、輸入 BI 共用一端,兩者配合使用,可以實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯 示的滅零控制。表 3-3 74LS47的真值表 圖 3-14 LED外形圖七段 LED 有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)形式。顯示電路一般分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)下顯示兩類。1共陽(yáng)極接法把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。 使用時(shí)公共陽(yáng)極接 Vcc , 當(dāng)某陰極 端為低電平時(shí),該段發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光。2共陰極接法把法光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)公共陰極接 GND ,當(dāng)某陽(yáng) 極端為高電平時(shí),該段發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光。七段 LED 包含七段發(fā)光二極管和小數(shù)位發(fā)光二極管,共需 8位 I/O口線控制, 其代碼為一個(gè)字節(jié)。七段 LED 字型碼

48、見(jiàn)表 3-4所示。表 3-4 七段 LED 字型碼 由 N 個(gè) LED 顯示塊可構(gòu)成 N 位 LED 顯示器。 N 位 LED 顯示器需要 N 根位選線 和 8×N 根段選線。根據(jù)顯示電路不同,位選線和段選線的連接方式不同,實(shí)際所需 的位選線和段選線的根數(shù)也不一樣。顯示電路主要有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。 1靜態(tài)顯示電路LED 顯示器工作在靜態(tài)顯示時(shí),其公共陽(yáng)極(或陰極接 Vcc(或 GND ,一直 處于顯示的有效狀態(tài), 所以每一位的顯示內(nèi)容必須由鎖存器加以鎖存, 顯示各位相互 獨(dú)立。靜態(tài)顯示時(shí), LED 的亮度高,控制容易,但功耗大,所需口線多。若顯示位數(shù) 增多,則靜態(tài)顯示方式很難適

49、應(yīng)。一般需要采用動(dòng)態(tài)顯示方式。2動(dòng)態(tài)顯示電路對(duì)于動(dòng)態(tài)顯示, 一般將所有位的段選線的同名端聯(lián)在一起, 由一個(gè) 8位 I/O口控 制, 形成段選線的多位復(fù)用。 而各位的公共陽(yáng)極或公共陰極則分別由相應(yīng)的 I/O口線 控制,實(shí)現(xiàn)各位形成段的分時(shí)選通,即同一時(shí)刻只有被選通位是能顯示相應(yīng)的字符, 而其他所有位都是熄滅的。 由于人眼有視覺(jué)暫留現(xiàn)象, 只要每位顯示間隔足夠短, 則 會(huì)造成多位同時(shí)點(diǎn)亮的假象。 這就需要單片機(jī)不斷的對(duì)顯示進(jìn)行控制, 犧牲單片機(jī)的 CPU 時(shí)間來(lái)?yè)Q取元件的減少以及顯示功耗的降低。 圖 3-15為動(dòng)態(tài)顯示電路結(jié)構(gòu)框圖。 圖 3-15 動(dòng)態(tài)顯示電路結(jié)構(gòu)框圖其工作過(guò)程為:將字形代碼送入字

50、形鎖存器鎖存, 這時(shí)所有的顯示塊都有可能顯 示同樣的字符; 再將需要顯示的位置代碼送入字位鎖存器鎖存。 為防止閃爍。 每位顯 示時(shí)間在 12ms,然后顯示另一位, CPU 需要不斷的進(jìn)行顯示刷新。本設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)極接法, 組成動(dòng)態(tài)顯示電路, 采用譯碼器 74LS47和 4位共陽(yáng) LED 段數(shù)碼管顯示電路進(jìn)行顯示,其中最高位可以顯示千位的 “1” 。顯示模塊電路如圖所示: 行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。 矩陣的行線和列線分別通過(guò)兩并行接口 和 CPU 通信。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量 “0” 和 “1” ,開(kāi)關(guān)的一端(列線通 過(guò)電阻接 V CC ,而接地是通過(guò)程序輸出數(shù)字 “0” 實(shí)

51、現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是:確 定有無(wú)鍵按下, 判斷哪一個(gè)鍵按下, 鍵的功能是什么; 還要消除按鍵在閉合或斷開(kāi)時(shí) 的抖動(dòng)。 兩個(gè)并行口中, 一個(gè)輸出掃描碼,使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地, 另一個(gè)并行口輸入 按鍵狀態(tài), 由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵, 通過(guò)軟件查表, 查出 該鍵的功能。鍵盤電路圖見(jiàn)圖 3-17。3.7 電源模塊設(shè)計(jì)這里采用兩套直流穩(wěn)壓電源, 一套為單片機(jī)及其外設(shè)提供工作電源, 另一套為大 功率三極管及其電流源負(fù)載提供電源,兩套電源分開(kāi),可以提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。 本設(shè)計(jì)共用到電源有兩種:即±5V , +12V。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

52、,如圖 3-18。 圖 3-18 電源方框及波形圖a 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 U0。LM7805是美國(guó)四家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的三端固定穩(wěn)壓集成電路, 用于將輸入的電 壓穩(wěn)壓集為 5V 后提供給有關(guān)電路,其應(yīng)用相當(dāng)廣泛,在視頻、音頻、計(jì)算機(jī)、游戲 機(jī)等各種電器上均有應(yīng)用。LM7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了,它使用方便,用很簡(jiǎn)

53、單的電路即可以輸 入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源 , 他的輸出電壓恰好為 5V ,剛好是 51系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電 方式檢測(cè)串口地址是否有 PC 機(jī)發(fā)來(lái)的控制信號(hào),實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)控制電流輸出; (3實(shí)現(xiàn) D/A轉(zhuǎn)換和 A/D轉(zhuǎn)換;(4用 PID 算法進(jìn)行電流調(diào)整,實(shí)現(xiàn)輸出電流的精確控制。在本系統(tǒng)中,采用離散增量 PID 算法,具體控制過(guò)程為 :單片機(jī)經(jīng) A/D芯片讀出實(shí) 際輸出電流 k I , 然后和設(shè)定電流 I s 相比較, 得出差值 k s k I I E -=, 單片機(jī)根據(jù) k E 的正 負(fù)大小, 調(diào)用 PID 公式, 計(jì)算出本次電流調(diào)節(jié)的增量 k I , 然后根據(jù)前一次 D/A芯片輸 出電流 I q-1,計(jì)算出本次電流輸出 q I 。離散增量 PID 的計(jì)算公式為:( ( (2121121211-+-=+-=k k k d k k K P k k k d k K k p k E E E K E K E E K E E E K E K E E K I式中:11K K K p =, d p d K K K =, k E 為本次采樣時(shí)刻的電流誤差, 1-K E 為上 次采樣電流誤差, 2-k E 為再上次采樣電流誤差值。 圖 4-1 軟件流程圖圖 4-2 是根據(jù)此公式編制出 PID 算法程序。使用 PID 算法能否達(dá)到設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)品 質(zhì),在于調(diào)整好三個(gè)關(guān)鍵參數(shù):P