畢業(yè)設(shè)計基于AT89S52單片機的直流數(shù)控恒流源設(shè)計

1、 摘要本系統(tǒng)由單片機程控設(shè)定數(shù)字信號，經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換器ad5320輸出模擬量，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電流。單片機系統(tǒng)還兼顧對恒流源進行實時監(jiān)控，輸出電流經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換后，通過a/d轉(zhuǎn)換芯片max1241，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再經(jīng)單片機分析處理，通過數(shù)字量形式的反饋環(huán)節(jié)，使電流更加穩(wěn)定，這樣構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電流源。關(guān)鍵詞：壓控恒流源 ； at89s52； 數(shù)控電源； abstractin the system, the digitally programmable signal from scm is converted to analog

2、value by dac ad5320, is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. on the other hand, the constant current source can be monitored by the scm system real-timely, its work process is that output

3、 current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by adc max1241, finally the digital value as a feedback loop is processed by scm so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is designed.keywords：voltage-controlled con

4、stant current source；at89s52；numerical controlled source；25- -目錄摘要iabstractii引言1第一章 概述21.1 設(shè)計要求21.2 理論分析21.3 系統(tǒng)介紹3第二章 硬件設(shè)計42.1 電源模塊42.1.1 電源設(shè)計42.2 恒流源模塊52.3 單片機模塊62.3.1 at89s52芯片介紹62.3.2 at89s52 硬件電路設(shè)計92.4 鍵盤模塊102.4.1 mm74c922102.4.2 鍵盤電路102.5 顯示模塊112.5.1 1602lcd顯示112.5.2 lcd顯示硬件電路122.6 a/d模塊132.6.1

5、 芯片max1241132.6.2 a/d模塊電路142.7 d/a模塊142.8 存儲模塊152.8.1 c總線152.8.2 芯片24c02c152.8.3 存儲模塊電路16第三章 軟件設(shè)計173.1 編程語言描述173.2 系統(tǒng)軟件的功能模塊173.2.1 主程序設(shè)計173.2.2 中斷程序設(shè)計18第四章 軟件仿真及硬件調(diào)試214.1 proteus214.2 軟件仿真214.3 硬件調(diào)試224.3.1 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試224.3.2 鍵盤及液晶顯示調(diào)試224.3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換與功放電路調(diào)試224.3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路調(diào)試234.3.5 存儲器電路調(diào)試23第五章 設(shè)計總結(jié)24致謝25參

6、考文獻26附錄a原理圖27附錄b硬件實物28附錄c系統(tǒng)程序29附錄d英文翻譯原文39附錄e英文翻譯譯文43引言電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務于各行各業(yè)。當今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學科領(lǐng)域。隨著計算機和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時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，普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。數(shù)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。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時間里，數(shù)控電源技術(shù)

7、有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)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(shù)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(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達到0.05v的數(shù)控電源，功率密度達到每立方英寸50w的數(shù)控電源。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關(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傳統(tǒng)電源的不足設(shè)計的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過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

8、諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護性。從上世紀九十年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(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。整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機控制, 從而使直流電源智能化 。第一章 概述1.1 設(shè)計要求（1）輸出電流范圍：20ma2000ma；（2）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值給定值的1+10 ma；（3）具有“+”、“-”步進調(diào)整功能，步進10ma；（4）改變負載電阻，輸出電壓在5v以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值

9、輸出電流值的1+10 ma； （5）紋波電流2ma；（6）自制電源。1.2 理論分析首先，在數(shù)控方面采用單片機比cpld和fpga等可編程邏輯器件好，因為此處只是一般用途的控制，沒有必要選用價格昂貴的cpld和fpga，而且他們用在此處并不合適，控制起來顯得很麻煩。而單片機則不同，他有著非常成熟的技術(shù)，這方面的參考文獻也很多，而且他從來就是用于控制方面的，在這方面有著天生的優(yōu)勢。還有他價格也不貴，僅幾元人民幣。對于這樣的應用系統(tǒng)比較劃得來。其次在恒流源方面，我們方案也很好。從理論上看，運放是接成比較器的，作為模擬反饋的，這樣在只要運放的輸入不變，那么三極管的是不變的，根據(jù)三極管的共射極輸入特性

10、可知，不變時，和也保持不變，而且，。當比較大時。當運放的輸入改變時，也改變了值，這樣也就改變了和的值，而且這個變化基本也是呈線性的。這也就是本系統(tǒng)的恒流原理。由于器件受溫度的影響以及局部非線性的存在，這樣的恒流源不能做到真正的恒流，因此，當外界條件發(fā)生變化時，我們要及時給予補償，只有這樣才能做到真正的恒流。這也就是為什么要加入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的真正原因，他能實時測量電流的變化并按照一定的算法及時給予補償，采用數(shù)字補償逐次逼近的方式作為反饋調(diào)整環(huán)節(jié)，由程序控制調(diào)節(jié)功率管的輸出。當改變負載大小時，基本上不影響電流的輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器還起到測量的作用，同時送顯示讓我們知道實際的電流輸出值。1.3 系統(tǒng)介紹本

11、系統(tǒng)以at89s52單片機為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進等級可達1ma，并可由液晶模塊顯示實際輸出電流值和電流設(shè)定值。首先，采用單片穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)直流穩(wěn)壓，然后采用了分立元器件實現(xiàn)穩(wěn)流。為實現(xiàn)對輸出電流控制：一方面，通過 d/a轉(zhuǎn)換器（ad5320）輸出實現(xiàn)電流的預置，再經(jīng)過運算放大器控制晶體管的輸出電流。另一方面，單片機系統(tǒng)還兼顧對恒流源進行實時監(jiān)控，輸出電流經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過a/d轉(zhuǎn)換(max1241)芯片，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再經(jīng)單片機分析處理， 通過數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電流更加穩(wěn)定，這樣構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電流源。此外，系統(tǒng)還增加了存儲設(shè)備，能夠保存掉電

12、前的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)更加方便使用。系統(tǒng)原理框圖如下圖1：圖1 系統(tǒng)原理框圖第二章 硬件設(shè)計2.1 電源模塊 本設(shè)計共用到電源有四種：即±12v、+5v、負載電源?？蛇x用的有開關(guān)電源和穩(wěn)壓電源兩種，由于開關(guān)電源的紋波系數(shù)比較大。因此采用常用的穩(wěn)壓電源來作為整個系統(tǒng)的電源。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，如圖2所示：圖2 電源方框及波形圖整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓u2變換成脈動電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓u4。再通過穩(wěn)壓電路得到平直的直流電壓u5。2.1.1 電源設(shè)計因此該電源按常規(guī)設(shè)計

13、，即用降壓變壓器把220v市電變成較低的交流電，再通過整流橋?qū)⒔涣髯優(yōu)橹绷?，并上電容濾波再接入78x和79x系列穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓，從而得到5v，±12v的電壓源。其中5v電源采用半波整流，以減小7805的輸入電壓。從而使得穩(wěn)壓快的功耗降低，發(fā)熱量減小，保證電路的長時間工作。電路原理圖分別如圖3和圖4所示：圖3 +5v電源圖4 ±12v電源負載電源輸出電壓為1.237v可調(diào)，穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、保護電路和穩(wěn)壓電路組成。其電路原理圖如圖5所示：圖5 負載電源2.2 恒流源模塊用“運放+大功率三極管”的結(jié)構(gòu)構(gòu)成恒流源。大功率三極管選用tip122型號，它是應用范圍

14、廣、功率小、頻率低的達林頓， npn極性型，特征頻率:1000（mhz），集電極允許電流:8（a），集電極最大允許耗散功率:48（w）。其性能滿足本設(shè)計要求，同時可以通過功率管的不同容量來滿足不同的應用要求。采用常用的大功率電阻作為采樣電阻，輸出電流波動比較大，而康錳銅絲是一種溫度特性佳的阻性元件，選其作為取樣電阻，其兩端電壓正比于流過的電流，因此該電壓的反饋就是負載電流的反饋。其原理如圖6所示： 圖6 恒流電路 2.3 單片機模塊2.3.1 at89s52芯片介紹單片機是大規(guī)模集成電路結(jié)束發(fā)展的產(chǎn)物，常見的單片機有8051系列的單片機、8096系列的單片機、pic系列、avr系列、spce0

15、61a的凌陽單片機。他將中央處理器(cpu)、存儲器（rom/ram）、輸入輸出接口、定時器/記數(shù)器等主要計算機部件集成在一片芯片上，因此單片機被稱為單片機微型計算機(single chip microcomputer).單片機配上適當?shù)耐鈬O(shè)備和軟件，便可構(gòu)成一個單片機應用系統(tǒng)。本次設(shè)計對單片機的要求：只要能夠方便地擴展顯示器、鍵盤、a/d轉(zhuǎn)換器、d/a轉(zhuǎn)換器等外設(shè)即可，其他并無特殊要求。故選擇常見的美國inter公司生產(chǎn)的mcs-51系列單片機，它具有可高性高、功能強、體積小、價格低、和抗干擾能力強等特點，被廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研及日常生活等各個領(lǐng)域。而且本組同學也比較熟悉。我們

16、選擇的atmel公司的at89s52單片機，他是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k isp（在系統(tǒng)可編程）flash 存儲器。使用atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52管腳如圖7所示：at89s52具有如下特點：² 兼容mcs-51指令系統(tǒng)² 32個雙向i/o口² 3個16位可編程定時/計數(shù)器&#

17、178; 全雙工uart串行中斷口線² 2個外部中斷源² 中斷喚醒省電模式² 看門狗（wdt）電路² 靈活的isp字節(jié)和分頁編程² 4.5-5.5v工作電壓 ² 時鐘頻率0-33mhz圖7 at89s52引腳² 256×8bit內(nèi)部ram² 低功耗空閑和省電模式² 3級加密位² 軟件設(shè)置空閑和省電功能 ² 雙數(shù)據(jù)寄存器指針² 8k可反復擦寫(>1000次)isp flash romat89s52主要引腳的主要功能：vcc：接+5v電源。gnd：接地。 

18、;p0口：p0口為一個8位漏極開路雙向i/o口，作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，p0口具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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

19、1.1分別作定時器/記數(shù)器2的外部記數(shù)輸入(p1.0/t2)和定時器/記數(shù)器2的觸發(fā)輸入(p1.1/t2ex),具體如下表1所示。在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。表1 各端口引腳與復用功能表引腳號第二功能p1.0t2(定時器/記數(shù)器t2的外部記數(shù)輸入)，時鐘輸入p1.1t2ex(定時器/記數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制)p1.5mosi(在系統(tǒng)編程用)p1.6miso(在系統(tǒng)編程用)p1.7sck(在系統(tǒng)編程用)p2口：p2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p2口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入

20、口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器(例如movx dptr)時，p2口送出高八位地址。在這種應用中，p2口p2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。p3口：p3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低

21、的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用，如下表2所示。在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。表2 各端口引腳與復用功能表端口引腳復用功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2（外部中斷0）p3.3（外部中斷1）p3.4t0（記時器0外部輸入）p3.5t1（記時器1外部輸入）p3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）rst：復位輸入。晶振工作時，rst腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，rst 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8

22、eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ale/ ：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（）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，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8eh的sfr的第0位置 “1”，ale操作將無效。這一位置 “1”，ale僅在執(zhí)行movx 或movc指令時有效。否則，ale將被微弱拉高。這個ale使能標志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設(shè)置對微控

23、制器處于外部執(zhí)行模式下無效。：外部程序存儲器選通信號。當at89s52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。/vpp：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h 到ffffh的外部程序存儲器讀取指令，必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應該接vcc。在flash編程期間，也接收12伏vpp電壓xtal1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.3.2 at89s52 硬件電路設(shè)計 單片機系統(tǒng)是整個數(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、實時采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對各部分反饋環(huán)節(jié)

24、進行整體調(diào)整。主要包括at89s52單片機、振蕩電路、復位電路等。電路如下圖8所示：圖8 單片機控制電路(1) at89s52單片機的p0口是個雙向口，可以作輸出輸入口，在本系統(tǒng)中用作顯示部分，p1口也是個雙向口，主要接a/d、 d/a和24c02c。p2口的p2.0、 p2.1、 p2.2、p2.3接鍵盤輸入，p2.4、 p2.5用于鍵盤控制是能端。而p3口主要用于中斷。(2) 復位電路 復位是單片機初始化操作。復位將單片機復到初始化狀態(tài)，目的是使cpu及個專用寄存器處于一個確定的初始狀態(tài)。如前面介紹，在單片機的復位信號rst上保持2個機器周期以上的高電平，單片機就會復位。本次設(shè)計采用的是手

25、動復位方式，利用按鍵閉合是單片機復位端上保持接通高電平狀態(tài)兩個機器周期以上。 (3) 振蕩電路 該電路是由內(nèi)部反相放大器通過引腳xtal1和引腳xtal2與外接的晶體以及電容c3和c4構(gòu)成，產(chǎn)生出晶體振蕩信。此晶振信號接至內(nèi)部的時鐘電路。圖中的晶振頻率為11.0592mhz，外接晶體時，電容c3和c4通常選30pf。雖然對外接電容沒有嚴格要求，但電容的大小會影響振蕩頻率、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的速度。振蕩器的這些特性對彈片機的應用影響很大，因此在設(shè)計印刷電路板時，應使晶體和電容盡可能與單片機靠近，以保證穩(wěn)定可靠。2.4 鍵盤模塊鍵盤的作用是對單片機輸入數(shù)據(jù)，設(shè)計中要求能使電流進行“+”，“-”及

26、電流值的設(shè)定，所以采用鍵盤為4×4的矩陣鍵盤，用mm74c922芯片進行識別按鍵后送at89s52的并行口p2， p2.0p2.3作為鍵盤輸入口。傳統(tǒng)的4×4矩陣鍵盤識別處理程序的編寫相對煩瑣。所以采用mm74c922芯片來將4×4矩陣鍵盤的鍵值轉(zhuǎn)換成4位二進制碼以簡化程序的編寫。2.4.1 mm74c922mm74c922是一款集成了鍵盤防抖動技術(shù)和按鍵檢測功能的16位按鍵的譯碼芯片。由cmos工藝技術(shù)制造，工作電壓3-15v，“二鍵鎖定”功能，編碼輸出為三態(tài)輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)總線相連，內(nèi)部振蕩器能完成4×4矩陣鍵盤掃描，亦可用外部振蕩器使鍵盤

27、操作與其他處理同步，通過外接電容避免開關(guān)發(fā)生前、后沿彈跳所需的延時。有按鍵按下時數(shù)據(jù)有效線變高，同時封鎖其他鍵，片內(nèi)鎖存器將保持鍵盤矩陣的4位編碼，可由微處理器讀出。其引腳圖如圖9所示： 圖9 mm74c9222.4.2 鍵盤電路由x1x4，y1y4的連接方式，即可確定每一個按鍵的編碼。如圖10所示，從鍵盤的左下角開始，依次編碼為0、1、2e、f。我們將a作為設(shè)置鍵，b作為恢復鍵，c作為加法鍵，d作為減法鍵，e作為確認鍵，f作為取消鍵。再加上09剛好16個按鍵。通過da信號觸發(fā)中斷，由于有按鍵時，da為高電平，而單片機的中斷信號為低電平，故需在da信號引腳上接上一個非門，再與單片機的int0引

28、腳相連。圖10 鍵盤電路2.5 顯示模塊2.5.1 1602lcd顯示液晶顯示器由于體積小、質(zhì)量輕、功耗低等特點，已成為各種便攜式電子信息產(chǎn)品的理想顯示器。液晶顯示器通常可分為兩大類，一是點陣型，二是字符型。一般的字符型液晶只有兩行，面積較小，能顯示字符和一些很簡單的圖形；而點陣型液晶通常面積較大，可以顯示圖形和更多的字符。為了方便設(shè)計，同時又能滿足設(shè)計的需要及盡可能降低設(shè)計成本。因此，我們選擇1602lcd液晶顯示器。目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。針對此設(shè)計，我們選用16*2模塊。1602字符型液晶顯示器實物如圖11所示：圖11 1602液晶顯示器1602引腳功能

29、說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負極液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖12是1602的內(nèi)部顯示地址。圖12 1602lcd內(nèi)部顯示地址2.5.2 lcd顯示硬件電路1602lcd的讀寫控制引腳是第5引腳r/w;在本次設(shè)計中，為了降

30、低程序設(shè)計，我們只用lcd作顯示器，在此只對其寫操作，所以設(shè)計時直接將r/w接地。其電路原理圖如圖13所示：圖13 lcd電路2.6 a/d模塊由于本次設(shè)計的數(shù)控直流電流源能夠完成設(shè)定輸出值。因此設(shè)定步進為1ma才有所意義。根據(jù)題目要求輸出20ma2000ma，以1ma為步進。需要的級數(shù)為：因，由此可見采用11的轉(zhuǎn)換芯片即可滿足要求，但市場上并沒有11位轉(zhuǎn)換器，所以系統(tǒng)中采用12位高精度a/d轉(zhuǎn)換芯片max1241。同時d/a也采用12位的轉(zhuǎn)換芯片ad5320。2.6.1 芯片max1241max1241是maxim公司推出的一種串行a/d轉(zhuǎn)換器，具有低功耗、高精度、高速度、體積小、接口簡單等

31、優(yōu)點。max1241是一種單通道12位逐次逼近型串行a/d轉(zhuǎn)換器，功耗低，轉(zhuǎn)換速度快。它使用逐次逼近技術(shù)完成a/d轉(zhuǎn)換過程。最大非線性誤差小于1lsb，轉(zhuǎn)換時間9µs。采用三線式串行接口，內(nèi)置快速采樣/保持電路。max1241內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖14）和管腳定義（如圖15）：圖14 max1241內(nèi)部結(jié)構(gòu)管腳名稱功能參數(shù)1vdd電源輸入+2.7+5.2v2vin模擬電壓輸入03shdn節(jié)電方式控制端“0”節(jié)電方式；“1”工作4ref參考電壓輸入端1.0vvdd5gnd電源地6dout串行數(shù)據(jù)輸出三態(tài)7cs芯片選通“0”選通；“1”禁止8sclk串行輸出驅(qū)動時鐘輸入頻率范圍：02.1mhz圖

32、15 max1241管腳定義2.6.2 a/d模塊電路   max1241的vdd供電范圍為2.75.25v，為減少來自電源的干擾，可在vdd引腳配置4.7f和0.1f的濾波電容。由于max1241內(nèi)部沒有參考電源提供，需外接參考電壓，只需將vref接在4.7f電解電容即可；特殊情況下，讓懸空，此時，即可在ref引腳輸入?yún)⒖茧妷?，其范圍?.0vdd.ref引腳外接電解電容不宜選擇過大，電容越大，max1241由待機模式到正常工作模式的喚醒時間將越長。max1241的三根數(shù)據(jù)線，時鐘輸入端、片選控制端和數(shù)據(jù)輸出端分別由at89s52的p1.0、p1.1和p1.2控

33、制。  max1241芯片內(nèi)部具有采樣/保持電路，無需外部保持電容和采樣/保持電路。 max1241的控制線sclk、dout可與at89s52的通用i/o口直接相連，無需任何接口變換， 模擬電壓經(jīng)前級放大至0vref 范圍后，由ain引腳輸入。其中max1241，所用到的+2.5v基準電壓，由lm336精密的2.5v并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管提供。其外圍電路如圖16所示：圖16 max1241外圍電路2.7 d/a模塊有前面的計算知，模擬量輸出通道我們選用了ad公司的單通道12位電壓輸出d/a轉(zhuǎn)換器，單電源工作，電壓范圍為2.7v5.5v，時鐘頻率最高可達30mhz。片內(nèi)高精度輸出放大器提供

34、滿電源幅度輸出，其基準來自電源輸入端，可以提供較大的動態(tài)輸出范圍，它利用能與標準的接口標準兼容的3線串行接口與微處理器交換數(shù)據(jù)，接口簡單。工作過程中，將sync置為低電平時候啟動寫序列，在這個階段，sync線至少要保持低電平一直到sclk的第16個下降沿，dac在這第16個下降沿被更新，如果在這之前sync被拉為高電平，就意味著寫序列中斷，此時移位寄存器復位。來自din線的數(shù)據(jù)在sclk的下降沿隨時鐘送入16位移位寄存器，輸入移位寄存器的數(shù)據(jù)位數(shù)為16位寬，前兩位是無關(guān)位，接下來2為是控制位，決定控制器件處于哪種工作方式，最后12位是數(shù)據(jù)位，它們代表著da轉(zhuǎn)換器即將輸出的電壓值。在第16個時鐘

35、下降沿，最后一位數(shù)據(jù)隨時鐘輸入并按照給定內(nèi)容執(zhí)行已編制好的功能。其外圍電路如下圖17所示：圖17 ad5320外圍電路2.8 存儲模塊本系統(tǒng)的外擴存儲器主要是用來記憶用戶數(shù)據(jù)，因此容量不需要很大，一般的小型存儲器芯片就可以。然而從方便系統(tǒng)擴展來和價格來考慮，我們選用了eeprom24c02，它是采用c接口的一種常用2kbit（256×8bit）的存儲器。首先，我們還是先介紹c總線。2.8.1 c總線 在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，有為數(shù)眾多的ic需要進行相互之間以及與外界的通信。為了提供硬件的效率和簡化電路的設(shè)計，philips開發(fā)了一種用于內(nèi)部ic控制的簡單的雙向兩線串行總線c。c總

36、線支持任何一種ic制造工藝，并且philips和其他廠商提供了種類非常豐富的c兼容芯片。作為一個專利的控制總線，c已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標準。c總線是一種用于ic器件之間的二線制總線。它通過sda（串行數(shù)據(jù)線）及scl（串行時鐘線）兩根線連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件，不管是單片機、存儲器、lcd驅(qū)動還是鍵盤接口。c總線的數(shù)據(jù)傳送格式是在c總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是是用來識別從器件的地址，其中前七位為地址碼，第8位為方向位（r/w)。方向位為“0”表示發(fā)送，每次都是先傳最高位。2.8.2 芯片24c02c24c02c是一種串行存儲器，其容量2kbit。其封裝如圖

37、18所示。a0、a1 和a2引腳用于多器件工作。將這些輸入引腳上的電平與從器件地址中的相應位作比較，如果比較結(jié)果為真，則該器件被選中。圖18 24c02c引腳sda串行數(shù)據(jù)引腳為雙向引腳，用于把地址和數(shù)據(jù)輸入/ 輸出器件。該引腳為漏極開路。因此，sda 總線要求在該引腳與vcc 之間接入上拉電阻。對于正常的數(shù)據(jù)傳輸，只允許在scl為低電平期間改變sda 電平。而sda 電平在scl 高電平期間若發(fā)生變化，表明起始和停止條件產(chǎn)生。wp寫保護引腳必須連接到 vss 或者 vcc。如果連接到 vss， 寫操作使能。如果連接到vcc，寫操作被禁止，但讀操作不受影響。vcc電源輸入引腳，標稱條件下在vc

38、c 低于3.8v 時，則vcc 閾值檢測電路會禁止內(nèi)部的擦寫邏輯。2.8.3 存儲模塊電路將a0、a1、a2全部接地，即決定了該模塊的地址為0xa0，24c02c的外圍電路如圖19所示：圖19 24c02c外圍電路第三章 軟件設(shè)計3.1 編程語言描述 c語言已成為當前舉世公認的高效簡潔，又貼近硬件的編程語言之一，將c語言向單片機上的移植，始于20世紀80年代的中后期，經(jīng)過十幾年的努力，c語言終于成為專業(yè)化的單片機實用高級語言，人們通常把開發(fā)mcs-51使用的c語言簡稱c51。采用c51編寫的應用程序結(jié)構(gòu)清楚、模塊化程度高、可讀性強，并容易移植。應用c51進行軟件開發(fā)，用戶可以不必具體考慮寄存器

39、、存儲器的分配等工作，而把這部分工作交給編譯、連接軟件，用戶只需了解mcs-51的存儲器結(jié)構(gòu)，甚至不必去了解51的指令系統(tǒng)。c51開發(fā)環(huán)境一般都提供了數(shù)學計算等子程序，為程序開發(fā)帶來方便。雖然采用c51編程形成的源代碼比不上有經(jīng)驗人員編寫的匯編語言精煉，但對于相對復雜的系統(tǒng)開發(fā)或復雜運算，還是比用匯編語言容易得多，且易于移植及有利于系統(tǒng)的維護和升級。在實時要求較高的場合，可采用c51匯編混合編程。本設(shè)計我們采用的是c51，其編譯器是keil c51，它是德國keil software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。keil c51軟件提供了豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工

40、具。c51語言編程方法是：1.啟動uvision4(keil c51基于windows下的開發(fā)環(huán)境)，創(chuàng)建一個項目文件，并從器件數(shù)據(jù)庫里選擇一款cpu芯片；2.根據(jù)應用要求，在pc上用文本編輯軟件編寫c語言源程序；利用c51編譯工具軟件對源程序進行編譯，生成目標文件(.obj文件)；利用c51連接工具對目標程序進行連接定位，生成絕對程序，即可以裝載到開發(fā)裝置仿真運行。在某些情況下，也可以將絕對程序轉(zhuǎn)化為十六進制代碼程序(.hex文件)。3.2 系統(tǒng)軟件的功能模塊根據(jù)本系統(tǒng)的實際及鍵盤設(shè)置要求，軟件設(shè)計可分為以下2個功能模塊：主程序和中斷程序。3.2.1 主程序設(shè)計主程序主要完成的是一些初始化的

41、設(shè)置（比如液晶顯示和鍵盤），和監(jiān)控程序。主程序流程圖如圖20所示。其中監(jiān)控程序流程圖如圖21所示： 圖20 主程序流程圖 圖21 監(jiān)控程序流程圖3.2.2 中斷程序設(shè)計中斷程序主要是對不同的按鍵做出不同的處理，其中斷流程圖如圖22所示：圖22 中斷程序流程圖其中數(shù)字程序流程圖如圖23所示。設(shè)置程序流程圖如圖24所示： 圖23 數(shù)字程序流程圖 圖24 設(shè)置程序流程圖恢復程序流程圖如圖25所示。加法程序流程圖如圖26所示： 圖25 恢復程序流程圖 圖26 加法程序流程圖減法程序流程圖如圖27所示。確認程序流程圖如圖28所示： 圖27 減法程序流程圖 圖28 確認程序流程圖.取消程序流程圖如圖29所

42、示：.圖29 取消程序流程圖如上述流程圖所示，本系統(tǒng)的程序是分為很多功能小模塊，只要完成每個小程序的編寫，整個系統(tǒng)的程序也就隨之完成。這樣做大大減小了編程難度！系統(tǒng)的完整程序見附錄b。第四章 軟件仿真及硬件調(diào)試在組裝硬件之前，做足軟件的仿真是硬件能夠正常工作的保障！為此，我們在設(shè)計時，就采用proteus仿真，這樣便于我們在編程時，能夠及時的發(fā)現(xiàn)程序的不足，及時的修改，使我們編寫的程序更加完美。4.1 proteusproteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片

43、機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。proteus是世界上著名的eda工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到pcb設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年已增加cortex和dsp系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支

44、持iar、keil和mplab等多種編譯器。4.2 軟件仿真首先，我們在proteus里編輯原理圖（如圖30所示），然后在單片機的屬性中導入由在keil軟件里編輯的程序生成的hex文件，即可執(zhí)行仿真！圖30 仿真原理圖由于設(shè)計要求規(guī)定輸出為20ma2000ma。因此我們在初始化是就默認初始值為20ma。我們接著單擊鍵盤上的“加”鍵，設(shè)置值加1，輸出值也加1的變化。連續(xù)單擊幾次加鍵，再單擊“減”鍵，也達到我們想要的結(jié)果。單擊設(shè)置鍵，我們輸入0126，即要求輸出為126ma的電流，單擊確認鍵，發(fā)現(xiàn)輸出值也達到了126ma。由于我們選取的取樣電阻值為1歐，因此，我們檢測的電壓值理論上就是輸出電流值。

45、如圖31所示：圖31 proteus仿真圖4.3 硬件調(diào)試由于時間有限，我們沒有通過先制作pcb板，再來焊接電路的方式進行，因此，我們在直接焊板子的時候，就省略電源電路的部分，這部分可由實驗室的電源提供。4.3.1 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試先查看電源，然后利用示波器測單片機ale引腳，以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，即為正常工作。如果正常，基本上就沒問題，就可以下載簡單的程序加以驗證了。4.3.2 鍵盤及液晶顯示調(diào)試為了直觀的測試鍵盤，我們先調(diào)試了液晶顯示模塊，在液顯調(diào)通后，然后用鍵盤輸入進行調(diào)試，看鍵值是否正確。經(jīng)測試，鍵盤所有功能正常，顯示器也能正常工作。4.3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換與功放電路調(diào)試我們

46、直接編寫程序，并給定某個確定的數(shù)值，看轉(zhuǎn)換結(jié)果是否正確。若正確就可以接上功放電路進行功放電路的調(diào)試，甚至還可以改變程序中的定值，來看輸出是否恒流。由于時間和硬件的原因，這部分只是我們在軟件調(diào)試上的方法，在實際中沒有進行調(diào)試。4.3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路調(diào)試對于這部分我們采用電位器輸出接到芯片的模擬輸入端，將電位器可調(diào)的最大電壓接到ad芯片上的基準電壓，然后將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到單片機i/o口，利用顯示器顯示出i/o口的值，旋動電位器，若將電位器調(diào)節(jié)輸出最小電壓，則顯示0，若調(diào)節(jié)電位器輸出最大電壓，則顯示4095（該芯片是12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器），即說明該部分電路正常。由于時間和硬件的原因，這部分只是我們在軟件調(diào)

47、試上的方法，在實際中沒有進行調(diào)試。4.3.5 存儲器電路調(diào)試存儲器芯片只要硬件連接不出錯，一般是不會出問題的。我們使用的是c總線的串行存儲器24c02c，我們只對硬件電路做了檢查。畢竟在軟件上，我們已經(jīng)仿真成功。第五章 設(shè)計總結(jié)經(jīng)過兩個多月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了,但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛的同時又充滿樂趣！通過本次畢業(yè)設(shè)計，沒有接受任務以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。下面我對整個畢業(yè)設(shè)計的過程做一下簡單的總結(jié)。第一，在選擇畢業(yè)設(shè)計的

48、選題時，我就選擇自己比較感興趣的數(shù)字控制方面的，這樣做起來動力很大。第二，確定好畢業(yè)設(shè)計選題后就是找資料了。查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準備工作，我們到圖書館去借了相關(guān)方面的書籍，同時也在網(wǎng)上大量搜索相關(guān)內(nèi)容?？傊还芡ㄟ^哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。 第三，綜合已有的資料來更透徹的分析本次設(shè)計題目。首先，我們要閱讀大量的資料，能夠是自己對畢業(yè)設(shè)計課題有更深入的理解，然后基于此，展開自己的設(shè)計，第一步要完成的是系統(tǒng)總體方案的設(shè)計。這一步是關(guān)鍵，因為以后的工作都是在此基礎(chǔ)上做的！ 第四，有了研究方向，就要動手實現(xiàn)。為了更好的編寫程序，我們選擇先利用proteus仿真。編

49、寫源代碼的時候是編寫一個小模塊就進行調(diào)試，這樣可以避免設(shè)計的最后出現(xiàn)太多的錯誤而亂成一團糟。一步步地做下去之后，你會發(fā)現(xiàn)要做出來并不難，只不過每每做一會兒會發(fā)現(xiàn)一處錯誤要修改，就這樣在不斷的修改調(diào)試，再修改再調(diào)試。 第五, 軟件仿真成功以后，我們才開始寫論文和實物電路的焊接，word雖然是人人都知道的文字編輯軟件，但真要用它來寫論文，才發(fā)現(xiàn)自己懂得的一點點word知識不夠用，還好有網(wǎng)絡，能夠在線學習word的使用技巧，以完成論文的編輯和排版。電路的焊接，我們也不敢輕易妄動，畢竟時間有限，并且有些芯片數(shù)量有限，燒壞就很麻煩，所以也只能在別人的指導和幫助下一步一步完成，是一個動手學習的過程！我們只

50、有對自己有了更高的要求，才能作為動力不斷取得新的成績!在整個設(shè)計過程中，使我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。 致謝四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而對于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的艱苦跋涉，兩個月的精心準備，畢業(yè)設(shè)計終于到了快完成的時候，心頭照例該如釋重負，但創(chuàng)作過程中常常出現(xiàn)的輾轉(zhuǎn)反側(cè)和力不從心之感卻揮之不去。畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)作的過程并不輕松：各種壓力的時時襲擾，知識積累的尚欠火候，致使我一次次埋頭于圖書館中，一次次在深夜奮力敲打鍵盤。第一次花費如此長的時間和如此多的精力，完成一

51、套設(shè)計作品，其中的艱辛與困難難以訴說，但曲終幕落后留下的滋味，是值得我一生慢慢品嘗的。在這里需要的感謝的人很多，是他們讓我這大學四年從知識到人格上有了一個全新的改變。感謝我的指導老師嚴輝老師，夠順利完成畢業(yè)設(shè)計，離不開他的悉心指導。他對我的設(shè)計從確定題目、修改直到完成，給予了我許多的指點和幫助。感謝他在繁忙的工作之余，擠出時間對設(shè)計提出精辟的修改意見。在此，向嚴老師致以最誠摯的謝意。我也要感謝電子與信息工程學院所有教育過我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉，也是完成本設(shè)計的基礎(chǔ)。感謝我的父母，是他們無微不至的關(guān)懷、一貫的體諒與支持，使我能在工作和學習上不斷前進，他們是我努力工作和

52、積極生活的精神支柱。感謝我的室友和好友們，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。能和你們相遇、相交、相知，是我人生的一大幸事，讓我們永遠記住曾在一起經(jīng)歷過的歡笑與淚水！讓我們一起面對美好的未來，共同為充滿希望的前程而繼續(xù)努力奮斗！同時也感謝安徽建筑工業(yè)學院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。  最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。參考文獻1、孫涵芳 徐愛卿.mcs51系列單片機原理.北京：北京航空航天大學出版社，20022、閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版3、周雪. 模擬電子技術(shù)m. 西安: 西安電子科技大學出版社,2004.4、梅笙,李瑋. 基于at89c52 控制的數(shù)控直