C8051FF330D單片機(jī)的程控恒流源設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 C8051FF330D單片機(jī)的程控恒流源設(shè)計(jì) 給出了用C8051FF330D的內(nèi)部電流型D/A轉(zhuǎn)換器和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路來(lái)輸出04V的模擬信號(hào)量， 用于控制恒流源輸出電流， 并使其按設(shè)定的值開(kāi)展變化， 從而完成可編程恒流源控制器的設(shè)計(jì)方法。利用該方法設(shè)計(jì)的程控恒流源具有電流紋波小、控制精度高和運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。 0 引言 在飛速發(fā)展的電子和電信技術(shù)系統(tǒng)中， 電源的優(yōu)劣在一定程度上決定著電信設(shè)備的性能和壽命。因此， 人們對(duì)程控恒流器件的需求也日益迫切。雖然目前市場(chǎng)上的數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)比較成熟， 數(shù)控電壓源產(chǎn)品也已朝著智能化和小型化的趨勢(shì)發(fā)展， 且價(jià)格也越來(lái)越便宜。但

2、是， 在恒流源方面， 尤其是數(shù)字控制的恒流技術(shù)則由于起步較晚， 高性能的數(shù)控恒流器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用存在著巨大的發(fā)展空間。為此， 本文以C8051FF330D單片機(jī)為控制， 并利用C8051FF330D的I2C串行總線擴(kuò)展外圍器件， 同時(shí)以模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了一種程控恒流源。而且整個(gè)電源還具有功耗低、體積小， 電流紋波小、控制精度高和運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。 1 系統(tǒng)總體構(gòu)造 該程控恒流源設(shè)計(jì)主要采用C8051FF330D單片機(jī)內(nèi)部的10位電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路來(lái)輸出04 V的模擬量， 然后用這個(gè)電壓信號(hào)來(lái)控制恒流源的輸出電流， 以使其按照給定值變化。由于本系統(tǒng)擴(kuò)展了I2C串行總線接口，以

3、及以ZLG7290為的鍵盤和LED數(shù)碼管顯示器電路， 因而可用鍵盤開(kāi)展電流值和時(shí)間間隔的設(shè)定， 其電流值設(shè)定范圍為010 A， 時(shí)間間隔為010小時(shí)。另外， 系統(tǒng)還具有掉電保護(hù)功能， 故當(dāng)其恢復(fù)用電后， 可使電流源從斷點(diǎn)處恢復(fù)運(yùn)行。 圖1所示是本系統(tǒng)的硬件組成構(gòu)造。其中，時(shí)鐘電路采用外部晶體振蕩器來(lái)提高時(shí)鐘精度，JTAG接口電路則為系統(tǒng)提供全速、非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口， 而外部復(fù)位電路可用于強(qiáng)制MCU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 圖1 系統(tǒng)硬件組成構(gòu)造圖 2 硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 模擬量輸出接口電路 C8051F330D內(nèi)部有一個(gè)10位電流型的D/A轉(zhuǎn)換器IDA0， 它的輸出電流具有0.5 mA、1 m

4、A和2 mA三種不同的設(shè)置。同時(shí)， IDA0還具有靈活的輸出更新機(jī)制， 并允許無(wú)縫滿度變化， 可支持無(wú)抖動(dòng)波形更新。IDA0的三種更新方式分別為寫IDA0H、定時(shí)器溢出和外部引腳邊沿出發(fā)。本設(shè)計(jì)采用P1.0輸出， 并采用定時(shí)器溢出的更新方式。 C8051F330D內(nèi)部電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的01 mA電流信號(hào)通過(guò)基準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)換為02 V的電壓信號(hào)后， 再經(jīng)過(guò)放大電路轉(zhuǎn)換為04 V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。其模擬量輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。 圖2 模擬量輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 2.2 掉電保護(hù)電路 在電信和其他通信系統(tǒng)中， 如果設(shè)備斷電，將給系統(tǒng)造成巨大損失， 甚至可能使系統(tǒng)癱瘓。 為了防止系統(tǒng)掉電情況的發(fā)生，

5、 本設(shè)計(jì)采用FM24CL04作為非易失存儲(chǔ)器來(lái)保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)及其它中間數(shù)據(jù)。與EEPROM不同， FM24CL04可以以總線速度開(kāi)展寫操作， 它使用的是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩線I2C接口， 圖3所示是本電源系統(tǒng)附帶的掉電數(shù)據(jù)保護(hù)電路。 圖3 掉電數(shù)據(jù)保護(hù)電路 由于FM24CL04存儲(chǔ)器的寫入速度極快， 因此， 在一個(gè)高噪聲的通信環(huán)境中， 它受到干擾的可能性很小。此外， FM24CL04使用二線制串行總線及握手協(xié)議來(lái)開(kāi)展雙向傳輸， 由于這種方式占用的引腳少， 因此， 系統(tǒng)線路板占用的空間也比較小。 2.3 鍵盤及顯示電路 本系統(tǒng)配置有4位鍵盤和8位LED數(shù)碼管顯示電路， 以用于顯示編程數(shù)據(jù)和參數(shù)。鍵盤顯示器接

6、口電路采用*周立功單片機(jī)發(fā)展公司的專用芯片ZLG7290B數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤管理芯片。該芯片能夠直接驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管或者64位獨(dú)立的LED， 同時(shí)， 也可以掃描和管理64位按鍵。本電路將ZLG7290B通過(guò)I2C總線與單片機(jī)開(kāi)展連接， 僅需要兩根信號(hào)線即可傳遞數(shù)據(jù)。 同時(shí)， 采用ZLG7290B專用芯片還可以簡(jiǎn)化電路和程序， 減輕電路的調(diào)試負(fù)擔(dān)。而且， 作為工業(yè)級(jí)顯示驅(qū)動(dòng)芯片， ZLG7290B也具有較強(qiáng)的抗干擾能力。圖4 所示是由C8051F330D 單片機(jī)和ZLG7290B專用顯示驅(qū)動(dòng)芯片組成的鍵盤及顯示驅(qū)動(dòng)電路原理圖。 圖4 鍵盤顯示驅(qū)動(dòng)電路 一般情況下， 在設(shè)計(jì)時(shí)， 為了使電源更

7、加穩(wěn)定， 可在圖4電路的VCC和GND之間接入電解電容。由于電路中的數(shù)碼管在工作時(shí)要消耗較大的電流， 因此， 其限流電阻的典型值可取的更大一些。另外， 由于數(shù)碼管掃描和鍵盤掃描線共用，因此， 本電路采用二極管來(lái)防止按鍵對(duì)數(shù)碼管顯示的干擾。 3 軟件設(shè)計(jì) 3.1 主程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言來(lái)開(kāi)展軟件設(shè)計(jì)， 以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)應(yīng)用程序采用模塊化構(gòu)造設(shè)計(jì)， 主要包括主程序、參數(shù)調(diào)用修改子程序、DAC0初始化程序等。圖5所示是其主程序流程圖。 圖5 主程序流程圖 3.2 模塊函數(shù)程序設(shè)計(jì) 模塊函數(shù)程序主要是為構(gòu)造化模塊設(shè)計(jì)定義一些函數(shù)， 如各定時(shí)器的初始化函數(shù)、SMBUS初始化及處理函數(shù)、D

8、AC0的初始化和處理函數(shù)，另外， 也包括往鐵電存儲(chǔ)器中寫入字節(jié)的函數(shù)和從目標(biāo)地址讀取數(shù)據(jù)等函數(shù)。其中DAC0的初始化程序代碼如下： Void DAC_Init (void) REF0CN =0X30; /*內(nèi)部偏壓發(fā)生器和電壓基準(zhǔn)緩沖器工作， 基準(zhǔn)從VREF腳輸出*、 ID0CB =0XF2; 存儲(chǔ)器寫入函數(shù)如下： Viod EEPROM_ByteWrite ( uchar i2caddr,uchar addr, uchar dat ) While (smb_busy) Smb_busy = 1; Target = i2caddr; Smb_w =write; Smb_sendwordaddr = 1; Smb_randomread = 0; Smb_ackpoll =1; Word_addr = addr; Smb_singlebyte_out = dat; Psmb_data_out =&smb_singlebyte_out; Smb_data_len =1; Sta = 1; 4 結(jié)束語(yǔ) 本文給出了用C8051FF330D的內(nèi)部電流型D/A轉(zhuǎn)換器和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路來(lái)設(shè)計(jì)可編程恒流源控制器的設(shè)計(jì)方法。由于C8051F330D單片機(jī)的運(yùn)算速度比普通單片機(jī)要快， 而且功耗比較低， 同時(shí)內(nèi)置有DAC和A