簡易數控直流電流源畢業(yè)設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p>　　Abstract4</p><p><b>　　第1章 緒論5</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p&g

2、t;<p>　　1.2 技術發(fā)展歷程</p><p>　　1.3 本文的研究目的意義及主要工作</p><p><b>　　1.4 小結</b></p><p><b>　　第2章 方案設計</b></p><p>　　2.1 方案比較與論證</p><p

3、>　　2.1.2系統(tǒng)設計方案選擇</p><p>　　2.1.2壓控恒流源的選擇</p><p>　　2.1.3顯示方案選擇</p><p>　　2.2 總體設計方案</p><p><b>　　2.3本章小結</b></p><p>　　第3章 硬件電路設計</p>

4、<p>　　3.1 電源電路設計</p><p>　　3.1.1 TL7660簡介</p><p>　　3.1.2 電源電路設計</p><p><b>　　3.2 控制電路</b></p><p>　　3.2.1 單片機時鐘電路</p><p>　　3.2.2 單片機復位

5、電路</p><p>　　3.2.3 控制電路設計</p><p>　　3.3 D/A轉換電路</p><p>　　3.4 壓控恒流源電路</p><p>　　3.4.1 LM324簡介</p><p>　　3.4.2壓控恒流源電路設計</p><p><b>　　3.5

6、顯示電路</b></p><p>　　3.5.1 74LS164簡介</p><p>　　3.5.2 顯示電路設計</p><p><b>　　3.6 本章小結</b></p><p>　　第4章 軟件程序設計</p><p>　　4.1 主程序設計流程</p>

7、<p><b>　　4.2 程序設計</b></p><p><b>　　4.3 本章總結</b></p><p><b>　　結論</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　參考文獻&

8、lt;/b></p><p>　　附錄A 基于AT89S51單片機的電路原理圖</p><p>　　附錄B 基于AT89S51單片機的源程序</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著電子技術的飛速發(fā)展，電子設備越來越多，而電子設備要工作都需要有電源能夠為其通電。性能好的電子設備，首先就

9、離不開穩(wěn)定的電源，電源的穩(wěn)定度越高，電子設備機器外圍條件越優(yōu)越，設備的壽命就更長。而各種不同的電子設備所需要的供電電源不是統(tǒng)一的，所以，對于數控恒定電流源的研究與開發(fā)就顯得相當重要了?，F在數控恒壓技術已經很成熟，但在恒流方面尤其是在數控恒流方面的技術還有待發(fā)展，高性能的數控電流源的研究與開發(fā)非常重要。本文介紹了一種基于單片機的數控電流源的設計方法，系統(tǒng)以STC89C51單片機為中心控制器，利用按鍵設置輸出電流，單片機將該電流值送數碼管顯

10、示，同時，通過與D/A轉換器的數據通信端口將輸出電流的數字量送入D/A轉換器，D/A轉換器將數字量轉換為模擬量后輸出，再通過壓控恒流電路得到穩(wěn)定輸出的電流。D/A轉換器采用DAC0832。本文提供的數控電流源具有很高的精度值，可滿足多種電流源的試驗要求，且電路精煉、簡單易懂、成本低廉、實用價值和開發(fā)價值大。</p><p><b>　　關鍵字：</b></p><p>

11、;　　數控電流源，STC89C51，D/A轉換器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As electronic technology in recent years, electronic devices and electronic equipment work will need to have the power of e

12、lectricity. the perform a numerical controlled of electronic equipment is first and foremost from a stable source of stability, the higher the external condition, an electronic device, machine equipment of the more, it w

13、ill be long. And a variety of electronic equipment needed the supply of power is not unified, so for Numerical controlled constant current research and devel</p><p><b>　　Keywords:</b></p>

14、<p>　　Numerical controlled current source; AT89S51; Digital-To- Analog conversion</p><p><b>　　第1章緒論</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p>　　在現實生活中，人們經常要用到電子器件

15、，而電子電路要正常工作，電源的作用是不可忽視的，電源性能的好壞，對電路、電子儀器和電子設備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負載的電路和設備中，對電源的性能要求更高。電源技術尤其是數控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行各業(yè)。電力電子技術是電能的最佳應用技術之一。當今電源技術融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發(fā)展而來的現代信息技術革命，給電力電子技術提供了廣闊的發(fā)展前景，

16、同時也給電源提出了更高的要求。近年來，隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，數控電源在以往使用線性電源的場合中也獲得日益廣泛的應用。在一些工業(yè)場合需要提供電壓源和電流源，而且要求范圍廣，紋波低。如果采用多臺功能單一電源設備，體積和重量都會增加很多，不經濟，也不能滿足工作的要求。因此研究開發(fā)多功能、寬范圍、可調節(jié)的數控電源很有意義。</p><p>　　性能好的電子設備，首先離不開穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設備和外圍條件越

17、優(yōu)越，那么設備的壽命更長?；诖耍藗儗悼睾愣娏髌骷男枨笤絹碓狡惹校斀裆鐣?，數控恒壓技術已經很成熟，但是恒流方面特別是數控恒流的技術才剛剛起步有待發(fā)展，高性能的數控恒流器件的開發(fā)和應用存在巨大的發(fā)展空間。</p><p><b>　　技術發(fā)展歷程</b></p><p>　　數控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后

18、來的發(fā)展提供了一個良好的基礎。在以后的一段時間里，數控電源技術有了長足的發(fā)展。但其產品存在數控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術及電壓轉換模塊的出現為精確數控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數字信號處理器件的研制應用，到90年代，已出現了數控精度達到0.05V的數控電源，功率密度達到每立方英寸

19、50W的數控電源。從90年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數據通訊設備的技術更新推動電源行業(yè)中直流/直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉向到20世紀末更為先進的第四代分布式供電結構以及中間母線結構，直流/直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數字控制。</p><p>　　早在90年代中,半導體生產商們就開發(fā)出了數控電

20、源管理技術,而在當時，這種方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢，因而無法被廣泛采用。</p><p>　　由于數控電源管理的更廣泛應用和行業(yè)能源節(jié)約和運行最優(yōu)化的關注，電源行業(yè)和半導體生產商們便開始共同開發(fā)這種名為“數控電源”的新產品。    </p><p>　　現今隨著直流電源技術的飛躍發(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

21、機控制, 從而使直流電源智能化, 具有遙測、遙信、遙控的三個功能, 基本實現了直流電源的無人值守。</p><p>　　從組成上，數控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關調節(jié)電壓，調節(jié)精度不高，而且經常跳變，使用麻煩。</p><p>　　數字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數，

22、有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性。</p><p>　　本文的研究目的意義及主要工作</p><p>　　隨著電子技術的不斷進步對電子儀器的要求不斷提高，電源作為電路的動力源泉扮演著越來越重要的角色，不論是學校實驗室還是維修中心都離不開實驗電源，但是傳統(tǒng)的電源不論是在控制精度還是輸出特性上都不能滿足要求。首先從精度上來看傳統(tǒng)電

23、流源的調整大多采用旋轉電位器的方式，在調整時電流值主要從電位器的刻度讀出，容易產生讀數誤差。從可操作性來看傳統(tǒng)電流源電位器上的刻度有限，讀書范圍不大，不可能非常精細，僅僅靠電位器上的幾個刻度對操作者的技巧要求比較高，同時誤差也比較大。由于單片機技術的不斷發(fā)展和D/A元件的普及使得數控電源成為可能，數控電源不論是在控制精度還是在可操作性上都有傳統(tǒng)電源無法比擬的優(yōu)勢，由于單片機使用的普遍化，使得數控電源與傳統(tǒng)電源的成本日益接近。</p

24、><p>　　本設計中需要完成了以下幾項內容：</p><p>　　單片機控制按鍵設定輸出電流值；</p><p>　　設定的電流值還將通過數碼管顯示電路顯示；</p><p>　　本設計通過恒流電路輸出穩(wěn)定的電流；</p><p>　　最終輸出的電流值為20mA-2000mA；</p><p>&

25、lt;b>　　小結</b></p><p>　　本章說明了基于單片機的數控電流源的課題背景，隨后介紹了數控電流源的技術發(fā)展歷程，最后提到研制基于AT89S52單片機的意義和本設計所要滿足課題要求。</p><p><b>　　方案設計</b></p><p><b>　　方案比較與論證</b></p

26、><p>　　2.1.2系統(tǒng)設計方案選擇</p><p>　　方案一：采用各類數字電路來組成調節(jié)設置輸出電流的電路，通過信號處理實現數控電流源，如選用CPLD等可編程邏輯器件，設計方框圖如圖2-1所示。</p><p>　　本方案電路復雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴展，對信號處理比較困難，而且CPLD器件普遍比較昂貴，設計成本高。</p><

27、p>　　方案二：采用STC89C51單片機作為系統(tǒng)的控制單元，通過D/A轉換將預定值送入恒流源得到恒定電流，同時通過A/D送單片機顯示實際值，系統(tǒng)還可實現步進控制功能。此方案各類功能易于實現，能很好的滿足題目的設計要求。設計方框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2方案2設計方案圖</p><p>　　綜上兩圖，應當選擇方案2圖形進行設計。</p><p

28、>　　2.1.2恒流源的選擇</p><p>　　方案一：采用恒流二極管或者恒流三極管，優(yōu)點是精度比較高，但這種電路能實現的恒流范圍很小，只能達到幾十毫安，不能達到設計要求。</p><p>　　方案二：采用集成運放的線性恒流源，該輸出的電流與負載無關，通過使用兩塊構成比較放大環(huán)節(jié)，利用晶體管平坦的輸出特性和深度的負反饋電路可以得到穩(wěn)定的恒流輸出和高輸出阻抗，實現電壓—電流轉換。&l

29、t;/p><p>　　綜合考慮，采用方案二，使用低噪音、高速寬帶運放OP27BJ和大林頓管TIP122構成一個恒流源電路。</p><p>　　2.1.3顯示方案選擇</p><p>　　方案一：采用LED液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強大，可顯示大量文字、圖形，顯示多樣，清晰可見，功率消耗極小，但缺點是價格昂貴，需要的接口線多，所以在此設計中不采用LED液晶顯示屏。

30、</p><p>　　方案二：使用LCD顯示。LCD具有輕薄短小，可視面積大，方便顯示漢字數字。分辨率高，抗干擾能力強，功耗小，且設計方便等特點 ，原理圖如圖2-3所示。</p><p><b>　　圖2-3顯示原理圖</b></p><p>　　綜上所述，選擇方案二 ，采用12864漢字圖形點陣液晶顯示模塊同時顯示電流給定值和實測值。<

31、/p><p>　　總體設計方案系統(tǒng)原理圖</p><p>　　本設計以AT89C51單片機為中心控制器，單片機控制按鍵設定輸出電流值，按鍵包括“+”鍵和“-”鍵，用于設定電流值，該電流值通過單片機送入D/A轉化器DAC0832轉換為模擬量輸出，該輸出為電流值，再通過運算放大器轉換為電壓值，該電壓值通過恒流電路得到穩(wěn)定輸出的電流。同時設定的電流值還將通過數碼管顯示器電路顯示，以便于觀察。系統(tǒng)設計

32、框圖如下圖2-4所示。</p><p><b>　　圖2-4系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　2.3本章小結</b></p><p>　　本章首先介紹了硬件設計中設計方案的選擇，接著闡述了硬件中壓控恒流模塊和顯示模塊的優(yōu)缺點。并最終確定了最終的設計方案和主要模塊的選擇，即采用AT89S51單片機作為系統(tǒng)的控制

33、單元。</p><p><b>　　硬件電路設計</b></p><p><b>　　電源電路設計</b></p><p>　　電源部分提供整個電路所需各種電壓，由電源變壓器、整流電路、濾波電路及輔助穩(wěn)壓輸出構成，電源變壓器的功率由需要輸出的電流大小決定，確保有充足功率余量。</p><p>　　交

34、流電經過二極管整流之后，方向單一了，但是大?。娏鲝姸龋┻€是處在不斷地變化之中。這種脈動直流一般是不能直接用來給無線電裝供電的。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句話說，濾波的任務，就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。直流電壓紋波的大小與濾波電路的電解電容的關系是電容越大紋波越小，小功率電路一般應滿足：R*C>=2T（R是負載電阻的阻值，C是濾波電容的

35、容值，T是被濾波交流信號的周期）。</p><p><b>　　一、電容濾波</b></p><p>　　電容器是一個儲存電能的倉庫。在電路中，當有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲存的電能再放出來。充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到

36、完全消失。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。這種電容器兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔濾波的任務，電容量越大，濾波效果越好，輸出波形越趨于平滑，輸出電壓也越高，適于各種整流電路。</p><p><b>　　二、電感濾波</b></p><p>　　利用電感對交流阻抗大而對直流阻抗小的特點，可以用帶鐵芯的線圈做成濾波器。電磁濾波輸出

37、電壓較低，相輸出電壓波動小，隨負載變化也很小，適用于負載電流較大的場合。</p><p><b>　　三、復式濾波器</b></p><p>　　把電容按在負載并聯(lián)支路，把電感或電阻接在串聯(lián)支路，可以組成復式濾波器，達到更佳的濾波效果。這種電路的形狀很像字母π，所以又叫π型濾波器。電磁與電容組成的LC濾波器，其濾波效能很高，幾乎沒有直流電壓損失，適用于負載電流較大、要

38、求紋波很小的場合。但是，這種濾波器由于電感體積和重量大（高頻時可減?。?，比較笨重，成本也較高，一般情況下使用得不多。由電阻與電容組成的RC濾波器這種復式濾波器結構簡單，能兼起降壓、限流作用，濾波效能也較高，是最常用的一種濾波器。 所以本設計使用電容濾波。穩(wěn)壓電路有分立元件穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路兩種，其中集成穩(wěn)壓電路主要用于低電壓小電流的整流電路，具有體積小，電路簡單，穩(wěn)壓精度高，使用調試方便等特點，本設計使用集成穩(wěn)壓電路。</p&

39、gt;<p><b>　　穩(wěn)壓源電路設計</b></p><p>　　電路如圖3-1所示。市電經過由二極管1N4007組成的整流橋后再經 過電容濾波進入穩(wěn)壓塊，濾波電路采用電解電容和小容量無極性電容并聯(lián)的方式，大電解電容用于濾掉大部分的低頻成分，穩(wěn)壓范圍寬、效果好 ，小容量電容濾掉脈動直流中的高次諧波。由于電路中要用到+5V和-5V的供電，所以在電路LM78穩(wěn)壓得到+5V的電壓

40、，再通過TL7660正負電壓轉換器得到-5V的供電電壓。</p><p>　　LM78和LM79系列分別是正電壓和負電壓串聯(lián)穩(wěn)壓集成電路，體積小、集成度高、線性調整率和負載調整率高，在線性電源時代占領了很大市場。LM7805為固定+5 V輸出穩(wěn)壓集成電路 (采取特殊方法也可使輸出高于5 V)，最大輸出電流為1 A，標準封裝形式有TO-220、TO-263。78和79系列集成電路應用相對固定，電路形式簡單，只是正負

41、直流電壓輸出時應注意變壓器最小輸出功率和最小輸出電壓，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 LM7805和LM7905構成的正負電壓輸出電源</p><p><b>　　控制電路</b></p><p>　　本電路采用AT89C51單片機，AT89C51單片機應用普遍，價格便宜。MCS-51內核結構單片機的數據存儲器分為內部數據存儲器

42、和外部數據存儲器。MCS-51單片機的外部數據存儲器（RAM/IO）空間為64KB（地址為0000H～0FFFFH），一般通過16位數據指針DPTR來訪問，且外部RAM和外部I/O的地址安排是統(tǒng)一編址的。MCS-51的內部數據存儲器為128B或256B（AT89C51的內部數據存儲器為128B，地址空間為00H～7FH，8032、8052和8752的內部數據存儲器為256B，地址空間為00H～0FFH）。AT89C51將內部數據存儲器中

43、的不同區(qū)域從功能和用途方面來劃分，可以分為3個區(qū)域，即工作寄存器區(qū)（00H~1FH）、位尋址區(qū)（20H～2FH）、堆棧和數據緩沖器區(qū)（30H～7FH或30H~0FFH）。</p><p><b>　　單片機時鐘電路</b></p><p>　　單片機時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。</p><p>　　1、內部振蕩方

44、式：AT89C51單片機內部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制元件（晶體振蕩器和微調電容），即可構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>　　2、外部振蕩方式：把外部已有的時鐘信號引入單片機內。這種方式適宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。</p><p>　　在本設計中采用第一種方式，用晶振和電容構成諧振電路。C3和C4雖然沒有嚴格要求，但電

45、容的大小影響振蕩器振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇在10~30pF左右。而晶體振蕩器一般選擇6MHz和12MHz。本時鐘電路在XTAL1和XTAL2引腳分別接一個22pF的電容，兩個引腳之間接入一個12MHz的晶振，電路如圖3-2所示。</p><p><b>　　單片機復位電路</b></p><p>　　復位時單片機的初始化操作，其主要功能是PC初始化為000

46、0H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行時出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為使單片機正常工作，也需要按復位鍵以重新啟動。</p><p>　　RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間持續(xù)24個振蕩脈沖周期（即兩個機器周期）以上。復位操作有上電自動復位、按鍵電平復位、外部脈沖復位和自動復位四種方式。在本設計中復位電路采用按鍵電平方式，電路如圖

47、3-3所示，使RST引腳（圖中懸空腳）經過10u電解電容與VCC電源接通，同時經過電阻與地連接而實現。</p><p><b>　　單片機控制電路</b></p><p>　　本設計中的單片機控制電路設計如圖3-4所示。單片機的P0口用于控制顯示單元電路中的數碼管的選定，P1口控制按鍵，P2口作為D/A的8位數據線端口，單片機的P3.0和P3.1 引腳控制顯示電路中的

48、74LS164的時鐘端和數據端。按鍵的功能是實現輸出電流的設置。按鍵1,2,3,4的功能分別是：設定、移位、加1和減1。當單片機的P1口檢測到有按鍵按下時，啟動數碼管顯示器電路開始顯示數值，按下加1鍵顯示數字加1，按下移位鍵時移動數碼管位數調整下一位數字。輸出電流設定好后單片機將電流數字量通入P2口送入到D/A轉換器中，D/A轉換器將其轉換為數字量后輸出。</p><p>　　圖3-4單片機控制電路</p&

49、gt;<p><b>　　D/A轉換電路</b></p><p>　　DAC0832是一種8分辨率的典型的D/A轉換集成芯片，與微處理器完全兼容。內部為雙緩沖寄存器即輸入寄存器和DAC寄存器。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。DA轉換器是由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及控制電路構成。 </p&g

50、t;<p>　　該部分電路設計如圖3-5所示。D/A轉換器是接收數字量，輸出一個與數字量相對應的電流或電壓信號的模擬量接口。本設計中D/A轉換器采用DAC0832芯片。AT89S51的P2口作為數據端口與DAC0832的8位數據線相連。DAC0832采用單緩沖工作方式，使芯片的、、均與地相接，由單片機的P1.7口控制。DAC0832由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及控制電路構成。數字量從DAC0832

51、的D0-D78個數據輸入端口輸入。DAC0832與單片機的連接方式有兩種：即單緩沖工作方式和雙緩沖工作方式。在單緩沖工作方式下，一個寄存器工作于直通狀態(tài)，一個工作于受控鎖存器狀態(tài)，在不要求多相D/A同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只需要一次寫操作，就開始轉換，可以提高D/A的數據吞吐量；在雙緩沖工作方式下，兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)，當要求多個模擬量同時輸出時，可采用這種方式。本設計選用單緩沖工作方式，單片機的P1.7引腳來控

52、制DAC0832的轉換工作，原理圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5D/A轉換電路原理圖</p><p><b>　　恒流源電路</b></p><p>　　恒流源 ,是一種能向負載提供恒定電流之電路 .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 ,又可以作為其有源負載 ,以提高放大倍數 .并且在差動放大電路、脈沖產生電路中得

53、到了廣泛應用 。恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源 ,因此恒流源的應用范圍非常廣泛 ,并且在許多情況下是必不可少的。例如在用通常的充電器對蓄電池充電時 ,隨著蓄電池端電壓的逐漸升高 ,充電電流就會相應減少。為了保證恒流充電 ,必須隨時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整其輸出電壓 ,從而使勞動強度降低 ,生產效率得到了提高。恒流源還被廣泛用于測量電路中 ,例如電阻器阻值的測量和分級 ,電纜電阻的測量等 ,且電流越穩(wěn)

54、定 ,測量就越準確。恒流源的設計方法有多種 ,最簡單的恒流電路是 FET或恒流二極管 ,但其電流值有限且穩(wěn)定度也較差。分別論述線性恒流源、開關恒流源和集成穩(wěn)壓器恒流源電路的結構原理及特點。</p><p>　　3.4.1恒流源原理及電路圖</p><p>　　恒流源模塊電路的設計是本系統(tǒng)硬件設計的核心，它是用電壓來控制電流的變化。為了能產生恒定的電流，我們采用電壓閉環(huán)反饋控制。恒流源電路原

55、理圖如圖2所示，該電路由運算放大器、大功率 達林頓管，采樣電阻RS、負載電阻RL等組成。取樣電阻RS從輸出端進行取樣，再與基準電壓比較，并將誤差電壓放大后反饋到調整管，使輸出電壓在電網電壓變動的情況下仍能保持穩(wěn)定。電路中調整管采用大功率達林頓管TIPl27，既能滿足輸出電流最大達到2A的要求，也能較好地實現電壓近似線性地控制電流。R選用熱穩(wěn)定性好的康銅絲，并選取較大的阻值（2Q），使得在電流較低時也能獲得較大的電壓值。運算放大器采用高精

56、度的OP-27作為電壓跟隨器。當UI一定時，運算放大器的UI=UF，Io=Is=U1/Rs，達林頓管的，IC≈IE。（基極電流相對很小，可忽略不計），所以Io=Is=UI/RS……正因為I0=UI/RS，電路輸入電壓配UI控制電流Io，即I0不隨RL的變化而變化，從而實現電壓控制恒流的作用。</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　3.5.1

57、 74LS164簡介</p><p>　　74LS164為8位移位寄存器，管腳圖如圖3-8所示。當清除端（MR）為低電平時，輸出端（Q0-Q7）均為低電平。串行數據輸入端（A，B）可控制數據。當A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數據，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。真值表如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 74LS164真值表</p><p&

58、gt;　　H——高電平，L——低電平，X——任意電平，↑——低到高電平跳變，QA0、QB0、QH0——規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平，Qan、QGn——時鐘最近的↑前的電平。</p><p>　　3.5.2 顯示電路設計</p><p>　　該部分電路設計如圖3-9所示。LED數碼管由八只發(fā)光二極管組成，編號是a、b、c、d、e、f、g、h，分別和同名管腳相連，當發(fā)光二極管導通時發(fā)光。每個二極

59、管就是一個筆劃，若干個二極管發(fā)光時，就構成一個顯示字符。若將單片機的I/O口與數碼管的a-g和h相連，高電平（對應共陰極數碼管）或低電平（對應共陽極數碼管）的位對應的發(fā)光二極管就會亮，這樣，I/O口輸出不同的代碼就可以控制數碼管顯示不同的字符。為節(jié)約資源，選用4位一體數碼管，采用串行輸入并行輸出的8位移位寄存器74LS164進行驅動輸出，單片機的兩個并行口分別作為輸出口和時鐘控制信號。74LS164將輸入的串行數據鎖存在并行輸出端，通過

60、這些并行口線驅動數碼管的各字段。數碼管選用共陽型，當74LS164的輸出端口某線為低電位時，對應的字段被點亮。軟件設計中采用循環(huán)送顯的方式，單片機通過控制9012來選擇要送顯的數碼管，與三極管連接的引腳置高，三極管導通，即可選中該位數碼管。單片機控制74LS164的數據端和時鐘端，74LS164的輸出Q0-Q7分別對應接到數碼管的a-h端口，從而實現單片機控制數碼管顯示的功能。</p><p><b>

61、　　本章小結</b></p><p>　　本章首先介紹了供電電源電路的設計，然后是介紹了硬件電路的核心部分控制電路，D/A轉換電路和壓控恒流源電路。其中供電電源電路是給整個硬件系統(tǒng)供電的，按鍵設定好輸出電流后單片機將電流數字量通過P2口送入到D/A轉換器中，D/A轉換器將其轉換為數字量后輸出，在由壓控恒流源模塊轉化為恒定的電流值，單片機控制74LS164的數據端和時鐘端，且74LS164的輸出Q0-Q

62、7分別對應接到數碼管的a-h端口，從而實現單片機控制數碼管顯示的功能。從而完成整個硬件電路的設計。</p><p><b>　　軟件程序設計</b></p><p><b>　　主程序設計流程</b></p><p>　　單片機初始化引腳和中斷，當單片機的P1口檢測到有按鍵按下時，如果是S3鍵按下電流值加1，如果是S4鍵按

63、下，則電流值減1。啟動數碼管顯示電路開始顯示數值，輸出電流設定好后單片機將電流數字量通過P2口送入到D/A轉換器中，D/A轉換器將其轉換為數字量后輸出。</p><p>　　本設計主程序流程圖如圖4-1所示。</p><p><b>　　程序設計</b></p><p>　　AT89S51單片機內部主要由9個部件組成：1個8位中央處理器；4KB

64、Flash存儲器；128B的數據存儲器；32條I/O口線；2個定時器/計數器；1個具有6個中斷源、4個優(yōu)先級的中斷嵌套結構；用于多處理機通信、I/O擴展或全雙工UART的串行口；特殊功能寄存器；1個片內振蕩器和時鐘電路。AT89S51系列單片機完全繼承了MCS-51的指令系統(tǒng)，共有111條指令，按其功能可分為五大類：數據傳送類指令、算術運算類指令、邏輯運算類指令、控制轉移類指令、布爾操作。</p><p>　　A

65、T89S51具有4K的內置Flash可在線編程程序存儲器，對于這樣內部有4KB的程序存儲器的芯片，若引腳接VCC（+5V），則PC的值在0～0FFFH（4KB）之間時，CPU取指令時訪問內部的程序存儲器。若PC值大于0FFFH時，則訪問外部的數據存儲器。如果引腳接Vss（地），則內部的程序存儲器被忽略，即CPU只能訪問外部的數據存儲器。程序存儲器的操作完全由PC控制。對于內部有程序存儲器（ROM或EPROM）的芯片，引腳可接高電平也可接

66、低電平，而對于內部無程序存儲器（如8031和8032）的芯片，必須擴展外部程序存儲器，引腳必須接地。</p><p>　　本設計中通過引腳定義設定單片機控制其他器件的引腳。</p><p><b>　　按鍵掃描</b></p><p>　　本設計中按鍵采用查詢方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，有按鍵按下時，轉向相應的子

67、程序。對于每一個按鍵，都有一個接口電路與單片機相連，單片機查詢到哪一個鍵按下，然后通過跳轉指令轉入該按鍵編碼子程序，根據編碼方式控制NE555的起振時間。按鍵按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴有一定時間的觸點機械抖動，，然后其觸點才穩(wěn)定下來，抖動時間的長短與開關的機械特性有關，一般為5-10ms。在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作。為了克服按鍵觸點機械抖動所致的檢測

68、誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件、軟件兩方面考慮。在按鍵數比較少時，可采用硬件去抖動，按鍵數比較多時，采用軟件去抖動。硬件可采取在鍵輸出端加R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構成去抖動電路。軟件上采取的措施是：在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個10ms左右的延時程序后，再確認，該按鍵電平是否仍處于閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認該鍵處于閉合狀態(tài)，同理，在檢測到該鍵釋放后，也采用相同的步驟進行確認，從而消除抖動的影響。</p>

69、<p>　　本設計中采用軟件延時方法去按鍵抖動。 </p><p><b>　　D/A轉換</b></p>&l

70、t;p>　　DAC0832進行D/A轉換，可以采用兩種方法對數據進行鎖存：</p><p>　　第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而DAC寄存器工作在直通狀態(tài)，就是使和都為低電平，DAC寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通。此外，使輸入寄存器的控制信號ILE處于高電平，處于低電平，這樣當端來一個負脈沖時，就可以完成1次轉換。</p><p>　　第二種方法是使輸入寄存器工作在

71、直通狀態(tài)，而DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)，使和為低電平，ILE為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號處于無效狀態(tài)而直通。當和端輸入1個負脈沖時，使得DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數據進行轉換。</p><p>　　根據以上DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器不同的控制方法，DAC0832有如下3種工作方式：</p><p>　　單緩沖方式：單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄存器

72、同時接受資料，或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。</p><p>　　雙緩沖方式：雙緩沖方式是先使輸入寄存器接受資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到DAC寄存器，即分 兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個D/A轉換同步輸出的情形。</p><p>　　直通方式：直通方式是資料不經兩級鎖存器鎖存，即、、、均接地，ILE接高電

73、平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路，不過在使用時，必須通過另加I/O接口與MCU連接，以匹配MCU與D/A轉換。</p><p>　　本設計中選用的是第一種數據鎖存方法單緩沖工作方式，將和直接接低電平，接低電平，由單片機P1.7引腳控制。該部分子程序流程圖如圖4-2所示。</p><p><b>　　數碼管顯示</b></p><p>　　根據數

74、碼管的驅動方式不同，數碼管送顯方式有兩種：靜態(tài)送顯和動態(tài)送顯。</p><p>　　靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動4個數碼管，靜態(tài)顯示則需要32根I/O端口來驅動，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性

75、。</p><p>　　動態(tài)顯示驅動：數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最廣泛的顯示方式之一。動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個碼段“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字型碼時，所有數碼管都接收到相同的字型碼，那個數碼管顯示該字形由單片機對位選通電路的控制，所以將欲顯示的數碼管的位選通端選通，該數碼管就顯示，其

76、它數碼管均不會亮。通過輪流控制各個數碼管的選通斷使數碼管輪流顯示。在顯示過程中，每個數碼管的顯示時間為1-2ms，由于人們的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余暉效應，只要掃描的速度夠快，給人的印象就是同時點亮的，而且不會有閃爍感。動態(tài)顯示與靜態(tài)顯示的效果是一樣的，但是動態(tài)顯示能節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。</p><p>　　本設計中選用動態(tài)顯示驅動方式，數據通過74LS164的數據端送至數碼管顯示。先按照74L

77、S164的時鐘時序寫入8段碼，寫完后送入數碼管，子程序流程圖如圖4-3所示。</p><p><b>　　子程序代碼如下：</b></p><p>　　void write_164(uchar lx)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j;</p&

78、gt;<p><b>　　j=lx;</b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CLK_164=0;</p><p>　　if((j&0x01)==0x01)</p><p

79、><b>　　{</b></p><p>　　DTAT_164=1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　DTAT_

80、164=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　delay(3);</b></p><p>　　CLK_164=1;</p><p><b>　　j=j>>1;</b></p><p><b>　　

81、delay(2);</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void disp_all(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar

82、 i,j;</p><p>　　for(i=0;i<20;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=0;j<4;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0=0X0F;<

83、;/b></p><p>　　write_164(DISP_SAVE[j]);</p><p>　　P0=LED_TAB[j];</p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　P0=0X0F;</b></p><p><b>　　}</b><

84、;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　write_164(0xff);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　本章總結</b></p><p>　　一個完整的系統(tǒng)都是由硬件和軟件構成的，在前兩章介紹了課題的

85、硬件設計的原理和電路，這一章主要介紹課題的軟件設計。本章介紹了軟件設計的流程圖，首先給出系統(tǒng)的整體主程序流程圖，然后介紹了AT89S51的程序設計，并敘述了按鍵掃描中出現觸點機械抖動的問題，采用軟件延時方法去按鍵抖動。并闡述了DAC0832進行D/A轉換時采用數據鎖存方法單緩沖工作方式和程序設計的流程。最后介紹了顯示模塊程序設計的流程圖和采用動態(tài)送顯方式來驅動數碼管。整個軟件部分的設計是數控恒流源的重要部分，合理的軟件設計有利于簡化整體

86、的設計，能生成符合要求的信號，最終降低成本。</p><p><b>　　硬件制作</b></p><p><b>　　5.1元器件清單</b></p><p>　　元器件清單如表5-1所示。</p><p><b>　　5.2硬件制作</b></p><p

87、>　　實驗所用儀器：數字萬用表、電烙鐵、剪刀、剝線鉗、尖嘴鉗、圓口鉗、鑷子、吸錫器等。</p><p><b>　　制作與調試過程：</b></p><p>　　1、按照原理圖選擇合適大小的萬用板并合理布線。</p><p>　　2、按照布線規(guī)則焊接元器件。</p><p>　　3、在上電前先仔細檢查硬件是否沒有問

88、題，主要包括是否有虛焊、漏焊、連錫現象，并檢查電源與地線是否相互之間存在短路的可能，并核對引腳使用是否正確。</p><p>　　4、調試軟件程序沒有問題后將編譯生成的HEX文件燒寫入單片機。</p><p>　　5、進行軟、硬件系統(tǒng)聯(lián)調。按下“設定鍵”，數碼管顯示系統(tǒng)進入電流設定狀態(tài)，利用“移位鍵”、“加1鍵”、“減1鍵”可設定電流值。</p><p>　　6、用

89、萬用表與負載串聯(lián)測量輸出電流值。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　隨著電子設備的應用越來越多以及電子元器件的種類越來越多，各種設備和元器件的供電電流大小不一，所以數控電流源的研究越來越重要。本文介紹了一種基于51單片機的數控直流電流源的設計方法，文中從方案選則到方案確定，詳細介紹了整個系統(tǒng)的電路設計和程序設計原理及設計過程，并最終完成了系

90、統(tǒng)制作與調試，從而也驗證了所提設計方案的正確性和可實施性。本文所提出的設計方案、硬件電路均簡單易懂，便于實際操作，而且費用低廉，具有很高的性價比。</p><p>　　當然，本設計也有很多需要改進和提高的地方，對于單片機的利用還可以更加全面，可以通過多余的I/O擴展系統(tǒng)功能，在電流的精度方面還可以進行改進。通過本次設計，對我自身來說也是一次很大的鍛煉，不但提高了動手能力，還擴展了自己的知識面，學會了如何做一個電子

91、設計，對日后的學習有很大的幫助。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文的選題、課題的研究、實驗器材及論文的撰寫工作是在導師zz的幫助和悉心指導下完成的。zz導師謙虛嚴謹的治學態(tài)度、淵博的知識、敏銳的思維和孜孜不倦的教導，使我倍受啟發(fā)，值得我一生去學習。在zz老師的指導下，我逐步培養(yǎng)了自己獨立分析問題和解決問題的能力，使我在人生成長的關鍵

92、道路上受益匪淺。在此，向我的導師表示崇高的敬意和衷心的感謝。</p><p>　　最后要感謝各位評審老師在百忙中抽出時間對論文進行審稿和參加答辯會，并對各位參加答辯會的老師同學表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 范風強，蘭嬋麗. 單片機語言C51應用實戰(zhàn)集錦. 電子工業(yè)出版社..</p&g

93、t;<p>　　2 童詩白，華成英. 模擬電子技術基礎. 高等教育出版社.</p><p>　　3 閻石. 數字電子技術基礎. 高等教育出版社.</p><p>　　4 熊建. 數控恒流源的設計與實現. 成都電子機械高等專科學報，2008/01.</p><p>　　5 陶林偉. 基于微處理器的精密數控恒流源. 電子技術應用，2007/07.&

94、lt;/p><p>　　6 王南. 提高LED穩(wěn)定度的高精度數控恒流源. 微計算機信息，2006/35.</p><p>　　7 吳志祥. 數控恒流源設計. 常州工學院報，2006/04.</p><p>　　8 黃智偉. 全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計. 北京航空航天大學出版社.</p><p>　　9 遲欽河，趙仲生等. 89C51單片

95、機在多通道數據采集系統(tǒng)中的應用. 動化儀表，2000/6.</p><p>　　10 華等編著·MCS-51系列單片機實用接口技術·北京：北京航空航天大學出版社，1993</p><p>　　11 張立科·單片機通信技術與工程實踐·北京：人民郵電出版社，2005</p><p>　　12 張凱等編著·MCS-51單

96、片機綜合系統(tǒng)及其設計開發(fā)·北京：科學出版社，1996</p><p>　　13 朱宇光編著·單片機應用新技術教程·北京：電子工業(yè)出版社，2000</p><p>　　14 余永權·89系列FLASH單片機原理與應用·北京：電子工業(yè)出版社，2000</p><p>　　15 樓然苗，李光飛·51系列單片

97、機設計實例·北京：北京航空航天大學出版社，2003</p><p>　　16 李東生·PROTEL 99SE電路設計技術入門與應用·北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　17 張有順編著·MCS-51/96系列單片機簡明教程·北京：中國脊梁出版社，1998</p><p>　　附錄A 基于AT89S5

98、1單片機的電路原理圖</p><p>　　附錄B 基于AT89S51單片機的源程序</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>

99、　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar DISP_SAVE[7];</p><p>　　uchar BCD_TAB[11]={0X84,0XE7,0X2C,0X25,0X47,0X15,0X14,0XA7,0X04,0X05,0XFF};</p><p>　　sbit key_1=P1^0;</p

100、><p>　　sbit key_2=P1^1;</p><p>　　sbit CLK_164=P3^1;</p><p>　　sbit DTAT_164=P3^0;</p><p>　　sbit WR_DA=P1^7;</p><p>　　uchar IU_num;</p><p>

101、;　　uchar LED_TAB[7]={0x0e,0x0d,0x0b,0x07,0x0f};</p><p>　　void delay(uint tt) //延時程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(;

102、tt>0;tt--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<10;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void writ

103、e_dac(uchar data2) //DAC寫入</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P2=data2;</b></p><p><b>　　WR_DA=0;</b></p><p><b>　　delay(5);</b>

104、;</p><p><b>　　WR_DA=1;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　P2=0X00;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*

105、****************************************************************/</p><p>　　void write_164(uchar lx) //寫入164</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j;</p><p>&

106、lt;b>　　j=lx;</b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CLK_164=0;</p><p>　　if((j&0x01)==0x01)</p><p><b>　　

107、{</b></p><p>　　DTAT_164=1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　DTAT_164=0;</p>

108、;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　delay(3);</b></p><p>　　CLK_164=1;</p><p><b>　　j=j>>1;</b></p><p><b>　　delay(2);</b

109、></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void disp_all(void) //顯示數據送顯</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j;

110、</p><p>　　for(i=0;i<20;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=0;j<4;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0=0X0F;</b>

111、;</p><p>　　write_164(DISP_SAVE[j]);</p><p>　　P0=LED_TAB[j];</p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　P0=0X0F;</b></p><p><b>　　}</b></p>

112、;<p><b>　　}</b></p><p>　　write_164(0xff);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************************************************************/</p>

113、;<p>　　void get_key(void) //按鍵讀取</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(key_1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(200);</p><p>　　if(

114、key_1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(IU_num>0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　IU_num--;</b></p><p><b>　　}<

115、;/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key_2==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(200);</p><

116、;p>　　if(key_2==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(IU_num<255)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　IU_num++;</b></p><p>&l

117、t;b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***********************************************

118、*****************************/</p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><

119、;p>　　get_key(); //按鍵程序</p><p>　　write_dac(IU_num); //DA程序</p><p>　　DISP_SAVE[1]=BCD_TAB[IU_num/100];</p><p>　　DISP_SAVE[2]=BCD_TAB[(IU_num%100)/10];</p><p>　　DISP_SA