數(shù)控直流電流源畢業(yè)論文

數(shù)控直流電流源畢業(yè)論文第1章緒論本章先給出了本次設(shè)計的任務(wù)書然后說明了基于單片機的數(shù)控電流源的課題背景，隨后介紹了數(shù)控電流源的技術(shù)發(fā)展歷程，最后提到研制基于AT89S51單片機的意義和本設(shè)計所要滿足課題要求。1.1數(shù)控電流源的發(fā)展趨勢數(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)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(yīng)用，到90年代，已出現(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。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(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。在80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到20世紀末更為先進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。早在90年代中，半導體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(shù)，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。由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運行最優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導體生產(chǎn)商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電源”的新產(chǎn)品。

現(xiàn)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)展為微機控制,從而使直流電源智能化,具有遙測、遙信、遙控的三遙功能,基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守。從組成上，數(shù)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(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)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，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。1.2研究背景及主要研究意義低紋波、高精度穩(wěn)定直流電流源是一種重要的電源，在現(xiàn)代科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控電流源開始出現(xiàn)，其以控制靈活、調(diào)節(jié)方便的特點展示了良好的應(yīng)用前景。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(wù)于行業(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)展而帶來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電源技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源技術(shù)提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍應(yīng)用，普通電源在工作時產(chǎn)生誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度，電源在使用時會造成許多不良后果。世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出不同的要求并制定了一系列產(chǎn)品精度標準，達標后才能夠進入市場。隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，滿足國際標準的電源產(chǎn)品才能夠獲得國際通行證。數(shù)控電源是80年代才發(fā)展起來的產(chǎn)品，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)展提供了良好的理論基礎(chǔ)，在以后的時間里，數(shù)控電源開始長足的發(fā)展?，F(xiàn)在市場上數(shù)控電源存在輸出精度不高，功率密度比較低，帶負載能力不強，體積大，價格較高，操作繁瑣，工作狀態(tài)不穩(wěn)定等弊端，因此數(shù)控電源的主要發(fā)展方向是針對上述缺點不斷改善。所以，高密度的數(shù)控直流電源有很大的發(fā)展空間。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)展提供了有利條件。新的變化技術(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(yīng)用，到90年代，以出現(xiàn)了數(shù)控精度達0.05V的數(shù)控電源，功率密度已達50W的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分為器件、主電路和控制電路三部分。本課題主要研究的是基于微處理器的數(shù)控直流恒流源的設(shè)計，恒流源時能夠向負載提供恒定電流的電源，因此恒流源的應(yīng)用范圍非常廣泛，并且在許多情況下是必不可少的。例如，在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(yīng)的減少。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(diào)整輸出電壓，從而使勞動強度降低，生產(chǎn)效率得到了提高。恒流源還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)定，測量就越精確。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(shù)，并且在差動放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中得到廣泛應(yīng)用。第2章方案比較及論證本章首先介紹了硬件設(shè)計中設(shè)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。并最終確定最終的設(shè)計方案和主要模塊的選擇方案，即采用AT89S51單片機作為系統(tǒng)的控制單元。2.1總體方案論證2.1.1電路設(shè)計流程圖要確定總的設(shè)計方案就要根據(jù)設(shè)計指標一定一個總的電路方案，在本次設(shè)計中我們選擇的是AT89S51為總的控制單元，其具體的設(shè)計流程圖如2-1所示：確定設(shè)計指標確定設(shè)計指標擬定電路方案 擬定電路方案 否設(shè)定器件參數(shù)修改電路修改電路 否設(shè)定器件參數(shù)修改電路修改電路 進行電路仿真進行電路仿真通過仿真通過仿真 否電路安裝調(diào)試電路安裝調(diào)試通過調(diào)試 否通過調(diào)試設(shè)計實驗結(jié)束設(shè)計實驗結(jié)束圖2-1總的電路設(shè)計流程圖2.1.2基本部分總體方案確定方案1.利用微處理器作為控制器，以它為中心設(shè)計外圍電路，并利用D/A轉(zhuǎn)換形成閉環(huán)回路。CPLD器件信號調(diào)理電路邏輯電路CPLD器件信號調(diào)理電路邏輯電路數(shù)碼管驅(qū)動電路數(shù)碼管驅(qū)動電路數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)碼管顯示圖2-2方案一設(shè)計方框圖本方案電路復(fù)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(shè)計成本高。數(shù)控直流電流源由鍵盤、控制器、顯示器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、電壓電流轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換等部分組成，鍵盤的作用是設(shè)定電流值和確定電流步進值；控制器的作用是將設(shè)定電流值的8位（或12位）二進制輸出；顯示器的作用是顯示設(shè)定電流值；數(shù)模轉(zhuǎn)換的作用是設(shè)定電流值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量；電壓電流轉(zhuǎn)換的作用是將電壓轉(zhuǎn)換成恒定電流輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換的作用是將輸出的模擬量再轉(zhuǎn)換為數(shù)字量反饋到控制器，使實際輸出電流值與設(shè)定電流值一致。方案2:采用AT89S51單片機作為系統(tǒng)的控制單元，通過D/A轉(zhuǎn)換將預(yù)定值送壓控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(xiàn)步進控制功能。此方案各類功能易于實現(xiàn)，能很好的滿足題目的設(shè)計要求。設(shè)計方框圖如圖2-3所示。按鍵輸入電流輸出D/A轉(zhuǎn)換單片機控制按鍵輸入電流輸出D/A轉(zhuǎn)換單片機控制圖2-3方案二設(shè)計方框圖2.2外圍電路選擇方案2.2.1控制器方案的選擇控制器主要有單片機和可編程器件，單片機做主控器件，由于單片機在科學計算，數(shù)據(jù)處理，過程控制，儀器儀表，輔助設(shè)計等方面有著廣泛的應(yīng)用，操作起來簡便，而且單片機在適時控制方面有它獨特的優(yōu)勢，本次電流源的制作正需要步進控制；而且可以用已經(jīng)做好的單片機開發(fā)板，用在顯示和控制方比較方便。但是由于單片機的I/O口相對有限，需要用8155等可編程器件進行口的擴展；我們但是對于可編程芯片，如CPLD或FPGA等，對這些芯片的認知還不夠、在學習中也很少接觸，所以在這次論文中使用起來會比較困難。而采用AT89S51作為控制模塊核心。單片機最小系統(tǒng)簡單，容易制作PCB，算術(shù)功能強，軟件編程靈活、可以通過ISP方式將程序快速下載到芯片，方便的實現(xiàn)程序的更新，自由度大，較好的發(fā)揮C語言的靈活性，可用編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，同時其具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點?；谝陨戏治?，選擇方案二,利用AT89S51單片機將電流步進值或設(shè)定值通過換算由D/A轉(zhuǎn)換，驅(qū)動恒流源電路實現(xiàn)電流輸出。輸出電流經(jīng)處理電路作A/D轉(zhuǎn)換反饋到單片機系統(tǒng)，通過補償算法調(diào)整電流的輸出,以此提高輸出的精度和穩(wěn)定性。在器件的，D/A轉(zhuǎn)換器選用8位優(yōu)質(zhì)D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，直接輸出電壓值，且其輸出電壓能達到參考電壓的兩倍，A/D轉(zhuǎn)換器選用高精度8位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD0809。2.2.2顯示方案方案一：使用LCD數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，對外界環(huán)境要求低，易于維護。但根據(jù)題目要求，如果需要同時顯示給定值和測量值，需顯示的內(nèi)容較多，要使用多個數(shù)碼管動態(tài)顯示，使電路變得復(fù)雜，加大了編程工作量。方案二：使用LCD顯示。LCD具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示漢字數(shù)字，分辨率高，抗干擾能力強，功耗小，管較多，硬件設(shè)計和實物制作將方便化，且設(shè)計簡單等特點。綜上所述，選擇方案二。采用19264D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。2.2.3鍵盤模塊方案方案一：采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點為當按鍵較多時占用單片機的I/O口數(shù)目較多。方案二：采用標準4X4鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當按鍵較多時可降低占用單片機的I/O口數(shù)目，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進。 題目要求可進行電流給定值的設(shè)置和步進調(diào)整，需要的按鍵比較多。綜合考慮兩種方案及題目要求，采用方案二。2.2.4電源模塊方案 系統(tǒng)需要多個電源，單片機、A/D、D/A、使用5V穩(wěn)壓電源，運放需要±12V穩(wěn)壓電源，同時題目要求最高輸出電流為2000mA，電源需為系統(tǒng)提供足夠大的穩(wěn)定電流。綜上所述，采用三端穩(wěn)壓集成7805、7812、7912分別得到±5V和±12V的穩(wěn)定電壓，再外對LM7812加功率管構(gòu)成擴流電路,達到可以提供3A以上的電流。利用該方法實現(xiàn)的電源電路簡單，工作穩(wěn)定可靠。2.2.5恒定電流源模塊方案方案一：采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源。其組成方框圖如圖2-4所示。圖中C1、C2為濾波電容；K是開關(guān)器件；D是續(xù)流二極管；L是扼流圈；PWM是脈寬調(diào)制電路；KF是電流反饋電路；R0是電流取樣電阻。在原理圖電路上，通過精選元器件和采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使電路的分布參數(shù)得到有效控制。采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源主要特點是：振蕩反饋電容小，阻抗大，反饋電流小。圖2-4采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源組成框圖方案二：采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源。圖2-5所示是是三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源。當設(shè)定電阻R一定時，電路給負載Ro提供一恒定電流當RL發(fā)生變化時，由IC的輸入——輸出壓差進行自動補償而使負載電流保持不變。圖2-5采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源原理框圖2.2.6設(shè)計方案本設(shè)計以AT89S51單片機為中心控制器，單片機控制按鍵設(shè)定輸出電流值，按鍵包括“+1”鍵和“-1”鍵，用于設(shè)定電流值，該電流值通過單片機送入D/A轉(zhuǎn)化器DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，該輸出為電流值，再通過運放轉(zhuǎn)換為電壓值，該電壓值通過壓控恒流電路得到穩(wěn)定輸出的電流。同時設(shè)定的電流值還將通過數(shù)碼管顯示電路顯示，以便于觀察。系統(tǒng)設(shè)計框圖如下圖2-6所示。AT89S51顯示電路AT89S51顯示電路輸出穩(wěn)定電流壓控恒流電路鍵盤控制D/A轉(zhuǎn)換電路輸出穩(wěn)定電流壓控恒流電路鍵盤控制D/A轉(zhuǎn)換電路 圖2-6系統(tǒng)設(shè)計方框圖第3章硬件電路設(shè)計本章首先介紹了供電電源電路的設(shè)計，然后是介紹了硬件電路的核心部分控制電路，D/A轉(zhuǎn)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(shè)定好輸出電流后單片機將電流數(shù)字量通過P2口送入到D/A轉(zhuǎn)換器中，D/A轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后輸出，在由壓控恒流源模塊轉(zhuǎn)化為恒定的電流值，單片機控制RT19264DSTN型漢字圖形點陣液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)端和時鐘端，且RT19264DSTN的輸出Q0-Q7分別對應(yīng)接到數(shù)碼管的a-h端口，從而實現(xiàn)單片機控制數(shù)碼管顯示的功能。從而完成整個硬件電路的設(shè)計。3.1單片機介紹單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對提及要求嚴格的控制設(shè)備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作。單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可，用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影，它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板，但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別。只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性。由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸。對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過這種電腦通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。AT89S51是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。8051系列的基本結(jié)構(gòu)如下：eq\o\ac(○,1)8位CPUeq\o\ac(○,2)4KB字節(jié)掩膜ROM程序存儲器eq\o\ac(○,3)128字節(jié)內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存儲器eq\o\ac(○,4)兩個16位定時\計數(shù)器eq\o\ac(○,5)1個全雙工的異步串行口eq\o\ac(○,6)5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制器eq\o\ac(○,7)時鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生1.2MHz～12MHz的時鐘頻率3.1.1AT89S51的引腳介紹如圖3-1所示，AT89S51有四十條引腳，共分為端口線、電源線和控制線。 圖3-1AT89S51的引腳1.端口線（4×8）eq\o\ac(○,1)P0.0-P0.7P0口8位雙向口線（在引腳的39-32號端子）。eq\o\ac(○,2)P1.0-P1.7P1口8位雙向口線（在引腳1-8號端子）。eq\o\ac(○,3)P2.0-P2.7P2口8位雙向口線（在引腳21-28號端子）。eq\o\ac(○,4)P3.0-P3.7P3口8位雙向口線（在引腳10-17號端子）。這4個I/O口，具有不完全相同的功能。P0口有三個功能（1）外部擴展存儲器時，當做數(shù)據(jù)總線（D0-D7為數(shù)據(jù)總線接口）（2）外部擴展存儲器時，當做地址總線（A0-A7為地址總線接口）（3）不擴展時，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個功能：（1）擴展外部存儲器時，當做地址總線使用。（2）做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。P3口有兩個功能，除作為I/O口使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊功能寄存器來設(shè)置，上拉電阻當做輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果P0口作為輸入時，處在高阻抗狀態(tài)，只有外接一個上拉電阻才有效。2.電源VCC為芯片電源，接+5V；VSS為接地線。⒊控制線:控制線共有4根（1）ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖①ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

（2）PSEN:外ROM讀選通信號。

（3）RST/VPD:復(fù)位/備用電源①RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。

②VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

（4）EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。

①EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。3.2單片機時鐘電路單片機時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。1、內(nèi)部振蕩方式：AT89S51單片機內(nèi)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(diào)電容），即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。2、外部振蕩方式：把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。在本設(shè)計中采用第一種方式，用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。C3和C4雖然沒有嚴格要求，但電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。 C3 Y1 C4 12M 22p圖3-2時鐘電路3.3單片機復(fù)位電路復(fù)位時單片機的初始化操作，其主要功能是PC初始化為0000H，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(fù)位鍵以重新啟動。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)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(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按鍵電平復(fù)位、外部脈沖復(fù)位和自動復(fù)位四種方式。在本設(shè)計中復(fù)位電路采用按鍵電平方式，電路如圖3-3所示，使RST引腳（圖中懸空腳）經(jīng)過10u電解電容與VCC電源接通，同時經(jīng)過電阻與地連接而實現(xiàn)。+5V C5 SW-PB 10u 10K R1圖3-3復(fù)位電路3.4控制電路設(shè)計本電路采用AT89S51單片機，AT89S51單片機應(yīng)用普遍，價格便宜。MCS-51內(nèi)核結(jié)構(gòu)單片機的數(shù)據(jù)存儲器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器。MCS-51單片機的外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM/IO）空間為64KB（地址為0000H～0FFFFH），一般通過16位數(shù)據(jù)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(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器為128B或256B（AT89S51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器為128B，地址空間為00H～7FH，8032、8052和8752的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器為256B，地址空間為00H～0FFH）。AT89S51將內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的不同區(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(shù)據(jù)緩沖器區(qū)（30H～7FH或30H~0FFH）。本設(shè)計中的單片機控制電路設(shè)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(shù)碼管的選定，P1口控制按鍵，P2口作為D/A的8位數(shù)據(jù)線端口，單片機的P3.0和P3.1引腳控制顯示電路中的74LS164的時鐘端和數(shù)據(jù)端。按鍵的功能是實現(xiàn)輸出電流的設(shè)置。按鍵1、2、3、4的功能分別是：設(shè)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(shù)碼管顯示電路開始顯示數(shù)值，按下加1鍵顯示數(shù)字加1，按下移位鍵時移動數(shù)碼管位數(shù)調(diào)整下一位數(shù)字。輸出電流設(shè)定好后單片機將電流數(shù)字量通過P2口送入到D/A轉(zhuǎn)換器中，D/A轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后輸出。3.5轉(zhuǎn)換電路設(shè)計3.5.1D/A轉(zhuǎn)換電路DAC0832是一種8分辨率的典型的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。內(nèi)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(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。DA轉(zhuǎn)換器是由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及控制電路構(gòu)成。該部分電路設(shè)計如圖3-5所示。D/A轉(zhuǎn)換器是接收數(shù)字量，輸出一個與數(shù)字量相對應(yīng)的電流或電壓信號的模擬量接口。本設(shè)計中D/A轉(zhuǎn)換器采用DAC0832芯片。AT89S51的P2口作為數(shù)據(jù)端口與DAC0832的8位數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換電路及控制電路構(gòu)成。數(shù)字量從DAC0832的D0-D78個數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)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(shè)計選用單緩沖工作方式，單片機的P1.7引腳來控制DAC0832的轉(zhuǎn)換工作。3.5.2A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。

ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0～5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 圖

3-6ADC0809引腳圖(1)ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。

圖3-7ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

圖中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表3-1為通道選擇表。 表3-1通道選擇表:CBA被選擇通道000IN0001INCBA被選擇通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7(2）信號引腳

ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：

IN7～IN0——模擬量輸入通道

ALE——地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。

START——轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復(fù)位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。CLK——時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高

OE——輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).3.6供電電源電路由前面的論述可以知道選擇串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，由于三端式的穩(wěn)壓器只有三個輸出端，性能穩(wěn)定、價格低廉、應(yīng)用方便，可以穩(wěn)定輸出電壓，選擇三端式的穩(wěn)壓器，電路連接圖為：圖3-8正負5V電壓輸出圖3-9正負12V電壓輸出3.7LCD顯示器機構(gòu)與原理本設(shè)計采用RT19264DSTN型漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（12X16點陣）及64X256點陣顯示RAM（GDRAM）。可顯示內(nèi)容為192列×64行，還帶多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。RT19264D與單片機接口：8位或4位并行/3位串行。在本設(shè)計中，采用8位并行接法，RT19264D與單片機P2口相連，用于顯示設(shè)定值與當前測量值。其接口如圖3-10所示。圖3-10RT19264D接口3.8鍵盤3.8.1鍵盤的介紹1鍵盤的選擇及基本結(jié)構(gòu)鍵盤按結(jié)構(gòu)的不同可分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤兩類，每類按譯碼方式的不同又分為編碼式和非編碼式兩種。單片機中一般使用的都是用軟件來識別和產(chǎn)生鍵代碼的非編碼鍵盤。行列式鍵盤的編碼方式有靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)接口主要由一個行編碼器和一個列編碼器構(gòu)成；動態(tài)接口可采用計數(shù)器、譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成。這兩種鍵盤由硬件完成鍵的編碼任務(wù)。一般在小型儀器儀表和控制系統(tǒng)中，使用較多的是行列式和獨立式的非編碼鍵盤；如果系統(tǒng)要求實現(xiàn)多鍵同時按下的處理，則用非編碼獨立方式較為合適。在該系統(tǒng)中采用的是行列式鍵盤。行列式鍵盤中的鍵實際上就是一個機械開關(guān)，位于行線和列線的交點處，當鍵被按下時，其交點的行線和列線接通，使相應(yīng)行線或列線上的電平發(fā)生變化，根據(jù)電平變化情況確定被按下的鍵。2電路硬件說明(1)在“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中，把單片機的P3.0-P3.7端口通過8聯(lián)撥動撥碼開關(guān)JP3連接到“4×4行列式鍵盤”區(qū)域中的M1-M4，N1-N4端口上。(2)在“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中，把單片機的P0.0-P0.7端口連接到“靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任何一個a-h端口上;要求：P0.0對應(yīng)著a，P0.1對應(yīng)著b，……，P0.7對應(yīng)著h。3程序設(shè)計內(nèi)容(1)4×4矩陣鍵盤識別處理。(2)每個按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。鍵盤的一端(列線)通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么?還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地;另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。4鍵盤程序流程圖所編程序首先對鍵盤進行識別看是否有鍵按下，若有鍵按下則對按鍵進行去抖動，然后根據(jù)按鍵的物理位置計算鍵碼，最后按鍵釋放，這也就完成了一次按鍵輸入，若無按鍵釋放則直接返回。下圖為鍵盤程序流程圖；鍵盤識別鍵盤識別有鍵按下？

有鍵按下？去抖動去抖動確定案件物理位置確定案件物理位置計算鍵碼計算鍵碼返回按鍵釋放返回按鍵釋放圖3-11鍵盤程序流程圖3.8.2鍵盤顯示與單片機連接圖該設(shè)計采用的是AT89C51單片機和4*4的鍵盤，LCD液晶顯示，各器件的管教都應(yīng)一一對應(yīng)連接。本次設(shè)計中，我們用到的LCD是12864，總共有20個管腳。下圖為AT89C51單片機和鍵盤、顯示器的連接圖：圖3-12鍵盤顯示與單片機的連接電路圖 第4章軟件設(shè)計一個完整的系統(tǒng)都是由硬件和軟件構(gòu)成的，在前兩章介紹了課題的硬件設(shè)計的原理和電路，這一章主要介紹課題的軟件設(shè)計。本章介紹了軟件設(shè)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(shè)計，并敘述了按鍵掃描中出現(xiàn)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(zhuǎn)換時采用數(shù)據(jù)鎖存方法單緩沖工作方式和程序設(shè)計的流程。最后介紹了顯示模塊程序設(shè)計的流程圖和采用動態(tài)送顯方式來驅(qū)動數(shù)碼管。整個軟件部分的設(shè)計是數(shù)控恒流源的重要部分，合理的軟件設(shè)計有利于簡化整體的設(shè)計，能生成符合要求的信號，最終降低成本。4.1主程序設(shè)計流程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鍵按下，則電流值減1。啟動數(shù)碼管顯示電路開始顯示數(shù)值，輸出電流設(shè)定好后單片機將電流數(shù)字量通過P2口送入到D/A轉(zhuǎn)換器中，D/A轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后輸出。本設(shè)計主程序流程圖如圖4-1所開始開始初始化引腳中斷初始化引腳中斷是否有鍵按下 N是否有鍵按下 S3鍵是否按下 YS3鍵是否按下Y Y NS4鍵是否按下S4鍵是否按下電流值增加1 Y N電流值增加1 Y 電流值減1Y N電流值減1 數(shù)值送DA轉(zhuǎn)換并輸出數(shù)值送DA轉(zhuǎn)換并輸出數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示圖4-1主程序流程4.2程序設(shè)計AT89S51單片機內(nèi)部主要由9個部件組成：1個8位中央處理器；4KBFlash存儲器；128B的數(shù)據(jù)存儲器；32條I/O口線；2個定時器/計數(shù)器；1個具有6個中斷源、4個優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；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(nèi)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(shù)據(jù)傳送類指令、算術(shù)運算類指令、邏輯運算類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令、布爾操作。AT89S51具有4K的內(nèi)置Flash可在線編程程序存儲器，對于這樣內(nèi)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(nèi)部的程序存儲器。若PC值大于0FFFH時，則訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器。如果引腳接Vss（地），則內(nèi)部的程序存儲器被忽略，即CPU只能訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器的操作完全由PC控制。對于內(nèi)部有程序存儲器（ROM或EPROM）的芯片，引腳可接高電平也可接低電平，而對于內(nèi)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。本設(shè)計中通過引腳定義設(shè)定單片機控制其他器件的引腳。4.3按鍵掃描本設(shè)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(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序。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(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入該按鍵編碼子程序，根據(jù)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(guān)的機械特性有關(guān)，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(shù)比較少時，可采用硬件去抖動，按鍵數(shù)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(gòu)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。本設(shè)計中采用軟件演示方法去按鍵抖動。4.4D/A轉(zhuǎn)換DAC0832進行D/A轉(zhuǎn)換，可以采用兩種方法對數(shù)據(jù)進行鎖存：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(zhuǎn)換。第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(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(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。根據(jù)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：單緩沖方式：單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄存器同時接受資料，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。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(zhuǎn)換同步輸出的情形。直通方式：直通方式是資料不經(jīng)兩級鎖存器鎖存，即、、、均接地，ILE接高電平。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(zhuǎn)換。本設(shè)計中選用的是第一種數(shù)據(jù)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。開始開始向P2口寫數(shù)據(jù)向P2口寫數(shù)據(jù)延時5us將WR1置底延時5us將WR1置底將WR置為高電平將WR置為高電平結(jié)束結(jié)束 圖4-2D/A寫入數(shù)據(jù)子程序流程圖4.5LCD顯示根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式不同，數(shù)碼管送顯方式有兩種：靜態(tài)送顯和動態(tài)送顯。靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)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(qū)動4個數(shù)碼管，靜態(tài)顯示則需要32根I/O端口來驅(qū)動，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最廣泛的顯示方式之一。動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)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(shù)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(shù)碼管都接收到相同的字型碼，那個數(shù)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(shù)碼管的位選通端選通，該數(shù)碼管就顯示，其它數(shù)碼管均不會亮。通過輪流控制各個數(shù)碼管的選通斷使數(shù)碼管輪流顯示。在顯示過程中，每個數(shù)碼管的顯示時間為1-2ms，由于人們的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余暉效應(yīng)，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。本設(shè)計中選用動態(tài)顯示驅(qū)動方式，數(shù)據(jù)通過74LS164的數(shù)據(jù)端送至數(shù)碼管顯示。先按照74LS164的時鐘時序?qū)懭?段碼，寫完后送入數(shù)碼管，子程序流程圖如圖4-3所示。開始開始讀取要顯示的數(shù)據(jù)讀取要顯示的數(shù)據(jù)查表求的該數(shù)據(jù)的顯示斷碼查表求的該數(shù)據(jù)的顯示斷碼將斷碼逐位移入74LS164將斷碼逐位移入74LS1648位是否移完？ N8位是否移完？ 數(shù)碼管點亮數(shù)碼管點亮延時 延時 圖4-3數(shù)碼管顯示子程序流程圖4.6程序控制子程序代碼如下：ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMP INT0ORG 000BHAJMP TIMER0ORG 0013HAJMP INT1ORG 001BHAJMP TIMER1 MAIN:MOVSP,#40HACALLCHUSHIHUALP11:ACALLINT0ACALLBCDACALLDISPLAYSJMPLP11CHUSHIHUA:MOVA,#00HMOVB,#00HMOV2AH,AMOVP0,#0FFHMOVP1,#0FFHMOVP2,#0FFHMOV45H,#00HMOV44H,#00HMOV43H,#00HMOV61H,#00HMOV60H,#00HMOV62H,#00HMOVT_G,#00HMOVTIMCOUNT,#00HMOVTIMER_H,#4CHMOVTIMER_L,#0FHSETBP3.5RET MOVA,R2 CLRC MOV20H,#00H MOV21H,#00H MOV22H,#00H MOV24H,#00H MOV25H,#00H MOVR3,#10H NEXT:RLCA MOVR2,A MOVA,20H ADDCA,20H DAA MOV20H,A MOVA,21H ADDCA,21H DAA MOV21H,A MOVA,22H ADDCA,22H DAA MOV22H,A MOVA,R2 DJNZR3,NEXT MOVA,R6 clrc MOVR3,#08H NEXT1:RLCA MOVR6,A MOVA,24H ADDCA,24H DAA MOV24H,A MOVA,25H ADDCA,25H DAA mov20h,a mova,25h addca,21h da mov22h,a mova,22h anla,#0fh mov31h,a mova,22h anla,#0f0h swapa mov32h,a mova,21h anla,#0fh mov33h,a mova,20h anla,#0f0 retMOVSCON,#00HMOVR0,#33HMOVR1,#79HMOVR7,#8SZZH:MOVA,@R0INCR0MOVB,#10HDIVABMOV@R1,BINCR1MOV@R1,AINCR1DJNZR7,SZZHMOVR1,#79HMOVR6,#7MOVDPTR,#TABBK:MOVA,@R1MOVCA,@A+DPTRMOVSBUF,AJNBTI,$CLRTIINCR1DJNZR6,BKRETTAB:DB11H,0D7H,32H,92H,0D4H,98H,18H,0D3H,10H,90Hpinlvfa:MOVR2,#20MOVTMOD,#51HMOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHMOVTL1,#00HMOVTH1,#00HSETBEASETBET0SETBTR0SETBTR1loop20:JBCTF0,TIMER0SJMPXXTIMERO:MOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHDJNR2,loop20CLRTR1第5章結(jié)論隨著電子設(shè)備的應(yīng)用越來越多以及電子元器件的種類越來越多，各種設(shè)備和元器件的供電電流大小不一，所以數(shù)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(shù)控直流電流源的設(shè)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(shè)計和程序設(shè)計原理及設(shè)計過程，并最終完成了系統(tǒng)制作與調(diào)試，從而也驗證了所提設(shè)計方案的正確性和可實施性。本文所提出的設(shè)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。當然，本設(shè)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(shè)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設(shè)計，對日后的學習有很大的幫助。致謝幾個月的時間匆匆而過，在這即將離開學校的時刻，不禁讓我想起了這三年來學校對我的照顧和關(guān)懷。在這里我首先要感謝母校工業(yè)高等?？茖W校！感謝工業(yè)高等?？茖W校為我提供一個學習深造的機會。感謝你們曾經(jīng)給予我關(guān)懷、教育和培養(yǎng)的各位老師，感謝同學們對我的幫助與鼓勵。在論文即將完成之際，我要衷心感謝我的指導老師，本設(shè)計自始至終都是在指導老師的悉心指導下完成的。從論文的選題、方案論證、開題、研究工作的開展、關(guān)鍵問題的解決、論文的撰寫乃至修改，每一環(huán)節(jié)都凝聚著恩師的心血，老師為我提供了很多寶貴的意見，避免讓我少走了許多彎路。指導老師嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度、淵博的知識、對學生誨人不倦的指導與幫助，不僅使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計，也使我們具備了從事科研工作的一些基本技能，為以后的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)，令我受益匪淺，是難得的良師益友。同時其他老師和同學的大力支持和協(xié)助，在此一并表示衷心的感謝。在整個設(shè)計過程中，他們也為我提供了不少幫助，幫我解決了很多困難，使我的論文得以順利完成。參考文獻[1]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天出版社，2005.10[2]楊將新.李華軍.單片機程序及應(yīng)用從基礎(chǔ)到實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.9[3]張剛毅.彭喜元，董繼成.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出社，2006.1[4]何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.8[5]李光飛.樓苗然.51系列單片機[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003[6]謝自美.電子線路設(shè)計·實驗·測試[M].武漢：華中理工大學出版社，2002[7]陳永甫.電子電路智能化設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版，2002.8[8]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)[M].北京：高等教育出版社，1999[9]竇振中.單片機外圍器件實用手冊(存儲器分冊)[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998[10]李光飛.樓然苗.單片機課程設(shè)計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004[11]程遠楚.單片機智能頻率信號裝置[J].自動化與儀器儀表，2001，1(6)：37～38[12]操長茂.殷海兵.基于單片機多功能頻率計[J].電子測量技術(shù)，2003，5(1)：20～30[13]陳曉榮.紅全.基于單片機的測量頻率的幾種適用方法[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2003，52(1)：40～42[14]劉志剛.王小志.用單片機實現(xiàn)分頻段測量信號頻率[J].江蘇電器，2008，32(8)：73～75[15]楊勇.基于單片機的智能頻率計的系統(tǒng)研究[J].西安郵電學院院報，2003，15(7)：13～1616]赫建國.劉立新.基于單片機的頻率計設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，42(9)：72～73基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)