畢業(yè)設(shè)計(jì)論文----基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　課 題 基于單片機(jī)控制的 </p><p>　　直流恒流源設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院（系） 電氣學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p&g

2、t;<p>　　年 級 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　導(dǎo) 師

3、 </p><p>　　定稿日期：2011-5-6</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　恒流源是一種可以提供恒定電流的電源，在現(xiàn)代的儀器和電子設(shè)備中通常需要高精度、高穩(wěn)定性的直流恒流源。此外它也被廣泛的用于計(jì)量、測量等場合。</p><p>　　恒流源常用的實(shí)現(xiàn)方法有晶體管、集成運(yùn)放、可調(diào)集成

4、穩(wěn)壓模塊等。通過不同的組合可設(shè)計(jì)出可輸出的電流小到幾十毫安大到十幾安培的電流源。高新能的恒流源不但可以提高電子器件以及科學(xué)儀器的使用效率，同時(shí)還可以減少產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，具有較高的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　本文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)控制的直流恒流源采用AT89S52單片機(jī)為控制器，由運(yùn)算放大器LM324以及達(dá)林頓管TIP122構(gòu)成恒流源主電路，并配以12位的D/A、16位的A/D轉(zhuǎn)換芯片完成輸出20mA～2

5、000mA范圍內(nèi)步進(jìn)等級小于10mA的恒定電流。人機(jī)接口采用4×4鍵盤輸入預(yù)置值以及實(shí)現(xiàn)步進(jìn)功能，通過LED數(shù)碼管顯示預(yù)置電流值和測量值。從而實(shí)現(xiàn)具有一定恒流精度的，可穩(wěn)定工作的恒流源設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)，恒流源，數(shù)模轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Con

6、stant-current source is a power which can provide constant current. In modern instruments and electronic instruments often requires high precision and high stability dc current source. In addition, it has also been widel

7、y used in metrology, measurement occasions.</p><p>　　Constant-current source implementation of methods commonly used transistors, amplifier, adjustable integrated voltage regulator and so on. Designed by dif

8、ferent combinations, constant-current can output current as small as ten mA and as big as ten A current. High-performance constant-current source and electronic devices will not only improve the efficient use of scientif

9、ic instruments, but also can reduce product development time, with high economic value and practical value.</p><p>　　In this paper the designed DC constant-current based on Microcontroller AT89S52 Single-chi

10、p Microcomputer source used for the controller, the operational amplifier LM324 and darlington device TIP122 constant current source constituted the main circuit, and with a 12-bit D / A, 16-bit A / D conversion chip out

11、put 20mA ~ 2000mA complete range of step classes less than 10mA constant current. Man-machine interface uses 4 × 4 keyboard input preset value and to achieve step function, through the LED d</p><p>　　Ke

12、y words: Single-chip Microcomputer, constant-current source, digital-analog conversion, analog-digital conversion</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p>&

13、lt;p>　　1.1 恒流源發(fā)展概述1</p><p>　　1.2 恒流源的應(yīng)用1</p><p>　　1.3 本文的研究內(nèi)容2</p><p>　　1.4 本章小結(jié)2</p><p>　　2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 整體方案的選擇3</p><p>　　2

14、.2 系統(tǒng)功能及性能概述4</p><p>　　2.3 本章小結(jié)5</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2 恒流源部分設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.3 鍵盤部分設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4 顯示

15、部分設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.5 DA轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6 AD轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.7 電源部分設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.8 PCB電路板制作24</p><p>　　3.9 本章小結(jié)26</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件

16、設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.3 本章小結(jié)31</p><p>　　5 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試與分析32</p><p>　　5.1 系統(tǒng)使用方法說明32</p><p>　　5.2 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測

17、試數(shù)據(jù)33</p><p>　　5.3 本章小結(jié)39</p><p>　　6 總結(jié)與展望40</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　致謝43</b></p><p><b>　　附錄44</b><

18、/p><p>　　附錄一 主要芯片口線分布及功能說明表44</p><p>　　附錄二 系統(tǒng)總體電路圖46</p><p>　　附錄三 系統(tǒng)總體PCB板圖47</p><p>　　附錄四 實(shí)物圖48</p><p>　　附錄五 元器件清單49</p><p>　　附錄六 系統(tǒng)總

19、程序51</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　恒流源亦稱電流源或穩(wěn)壓源，它是一種可以向負(fù)載提供恒定不變電流的電源。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用的科學(xué)儀器和電子設(shè)備的直流電源的要求也越來越高。在這些實(shí)驗(yàn)中通常對電流大小、通電時(shí)間以及動態(tài)指標(biāo)有著特別的要求，因此高性能、高精度、高穩(wěn)定性和輸出可預(yù)置的直流電流源成為必不可少

20、的實(shí)驗(yàn)基本設(shè)備 [1,2] 。</p><p>　　1.1 恒流源發(fā)展概述</p><p>　　恒流源顧名思義是指“輸入”或“輸出”在一定范圍內(nèi)變動時(shí)保持穩(wěn)定、高效、持續(xù)的電流輸出，它在電源中有著極其重要的地位[3,4]。恒流源最早大約出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代早期。當(dāng)時(shí)采用的電真空器件是鎮(zhèn)流管，由于鎮(zhèn)流管的穩(wěn)定電流功能好，因此大多用于交流電路，常被用來穩(wěn)定電子管的燈絲電流。雖然電子管不可以單

21、獨(dú)作為恒流器件使用，卻可用它來組成各種不同的恒流電路[5,6]。在六七十年代，伴隨半導(dǎo)體技術(shù)及集成技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)和制造出了各種高性能的晶體管恒流源。由于晶體管恒流源電路可封裝在同一個外殼內(nèi)，構(gòu)成一個具有恒流源功能的獨(dú)立器件，因此晶體管可直接構(gòu)成調(diào)整型恒流源。隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展，各種由分立元件構(gòu)成的恒流源可集成在一塊很小的硅片上且僅需很少的外圍元件，這樣的設(shè)計(jì)不但減小了恒流源的體積和重量，同時(shí)也提高了它的穩(wěn)定性和可靠性。在九十

22、年代恒流源進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。在這一時(shí)期我國涌現(xiàn)出了一大批技術(shù)難度大，水平先進(jìn)的恒流源產(chǎn)品[7]。</p><p>　　如今恒流源作為一種不可缺少的電源在國內(nèi)已從過去的高能耗、低效率輸出的電源轉(zhuǎn)變?yōu)橛袭?dāng)今社會發(fā)展潮流的高效節(jié)能、高可靠性、低噪音、質(zhì)量穩(wěn)定的電源產(chǎn)品。一般國內(nèi)制造的直流恒流源能輸入較寬的交流電壓范圍，輸出較高的電流精度，恒定電流值可通過按鍵或旋鈕或者通過接口預(yù)設(shè)。且電源采用先進(jìn)的線性穩(wěn)流技術(shù)和最穩(wěn)

23、定可靠的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。成品具有整機(jī)體積小巧、重量輕、輸出效率高、工作溫度范圍大、抵抗干擾能力強(qiáng)、電網(wǎng)適應(yīng)性佳、動態(tài)的響應(yīng)迅速、輸出電流穩(wěn)定度高、雜音紋波小、保護(hù)功能完善等特點(diǎn)。但與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)相比仍存在著很大的差距，特別是在直流恒流源的工藝水平、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展上存在著巨大的不足。對于日益激烈的國際競爭來說我國的恒流源水平仍處于弱勢[8]。</p><p>　　1.2 恒流源的應(yīng)用</p>&

24、lt;p>　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，恒流源的應(yīng)用也越來越廣泛，它通常應(yīng)用于各種自動化儀表、標(biāo)準(zhǔn)燈、電真空器件、半導(dǎo)體器件等的參數(shù)測量。比如，在校驗(yàn)電流表時(shí)要使用恒流源。將被校驗(yàn)的多個電流表串聯(lián)于恒流源電路，調(diào)節(jié)其電流大小使電流值達(dá)到電流表的滿度值和零值，觀察各個電流表顯示是否正確。在示波管、顯像管等真空器件中也需要使用恒流源。這是由于它們的燈絲冷電阻很小，使用額定電壓點(diǎn)燃的通電瞬間會產(chǎn)生大電流，這個電流通常是數(shù)倍的燈絲額定電流，

25、這樣的沖擊電流容易折損燈絲壽命，但使用恒流源就可以很好的保護(hù)燈絲了。同樣是為了防止過大的電流沖擊，在各種標(biāo)準(zhǔn)燈中也采用恒流源供電。在精密的測量中恒流源可以給電橋供電，可通過采用電流電壓法測量電阻精確值等。如今恒流源更多的是應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，比如把工業(yè)生產(chǎn)中的模擬信號量采集后數(shù)字化，提供作為控制信號的恒定電流，參與下一級生產(chǎn)的控制[9]。并且恒流源不但可為各種放大電路提供偏流來穩(wěn)定其靜態(tài)工作點(diǎn),還可作為其有源負(fù)載,以提高放大倍數(shù)。恒

26、流源同時(shí)在差動放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中也有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.3 本文的研究內(nèi)容</p><p>　　通過平時(shí)的觀察發(fā)現(xiàn)，在做某些課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)時(shí)需要使用直流恒流源來供電或測量，而在實(shí)驗(yàn)室中有不少的穩(wěn)壓源但通常缺少便攜的直流電流源。因此為了方便在校學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與研究，本課題設(shè)計(jì)了可供學(xué)生使用的直流恒流源。它以單片機(jī)為主要控制器，通過鍵盤設(shè)定需要輸出的直流電流值，并可以由

27、數(shù)碼管顯示該設(shè)定值的大小以及實(shí)際輸出電流的大小。步進(jìn)等級≤10mA，可調(diào)范圍為20mA~2000mA。整個系統(tǒng)的電源將分為控制部分電源，即單片機(jī)所需的輸入電壓+5V和為其它芯片供電電源，這兩部分電源均由220V電源經(jīng)變壓器所得。此外本設(shè)計(jì)還采用單閉環(huán)控制，因此系統(tǒng)的精度將提高不少，可達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p&

28、gt;　　本章主要介紹了恒流源的意義及其應(yīng)用，并且對它的發(fā)展歷程、國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r做了說明。明確了本課題的研究方向及其意義。在后面的章節(jié)中將具體介紹本課題的研究成果。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 整體方案的選擇</p><p>　　恒流源亦稱電流源或穩(wěn)流源，它是一種可以向負(fù)載提供恒定不變電流的

29、電源。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控恒流源的應(yīng)用也越來越廣泛，它已經(jīng)不僅限于應(yīng)用于各種自動化儀表、標(biāo)準(zhǔn)燈、電真空器件、半導(dǎo)體器件等的參數(shù)測量，更多的是應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中。制作恒流源的方法有很多，主要分為：</p><p>　　（1）僅采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源 這類恒流源主要采用三端固定式集成穩(wěn)壓器構(gòu)成，調(diào)節(jié)可變電阻可以改變電流的大小，當(dāng)負(fù)載電阻變化時(shí)，三端固定式集成穩(wěn)壓器改變自身壓差來維持通過負(fù)載的

30、電流不變。這種恒流源的可靠性較高，但是無法實(shí)現(xiàn)預(yù)置電流，顯示等數(shù)控功能，因此靈活性較差，同時(shí)電路也較為復(fù)雜，效率低下，對系統(tǒng)擴(kuò)展不利。</p><p>　?。?）僅采用晶體三極管構(gòu)成的恒流源</p><p>　　這種恒流源是以晶體三極管為主要構(gòu)成器件,可以利用晶體三極管的集電極電壓在變化時(shí)對電流影響小的特點(diǎn)，以及在電路中使用電流負(fù)反饋來提高輸出電流使輸出的電流恒定。此外，還可以采用一定的溫

31、度補(bǔ)償和穩(wěn)壓措施來使電流更加穩(wěn)定。但是這種控制方法也存在靈活性較差，電路較為復(fù)雜，效率低下，對系統(tǒng)擴(kuò)展不利，對信號處理較為困難等問題，若使用不恰當(dāng)還會引起較大的誤差。</p><p>　?。?）采用單片機(jī)控制以及運(yùn)放構(gòu)成恒流源　 以上兩種方法均為主要采用模擬電路完成恒流輸出，存在著較多缺點(diǎn)，而該恒流源電路由高精度運(yùn)算放大器、采樣電阻、等組成。再結(jié)合單片機(jī)、AD、DA芯片等構(gòu)成數(shù)控電流源。通過鍵盤可以預(yù)置電流

32、值，單片機(jī)將輸出數(shù)字信號給DA轉(zhuǎn)換器，DA轉(zhuǎn)換器將輸出的模擬信號送到運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器輸出給達(dá)林頓管放大電流，通過這種方法控制主電路電流大小。實(shí)際輸出的電流再通過采樣電阻變成電壓信號，AD轉(zhuǎn)換后將信號反饋到單片機(jī)中。單片機(jī)將反饋信號與預(yù)置的電流值進(jìn)行比較，根據(jù)兩者間的差值調(diào)整輸出信號大小。這樣就形成了閉環(huán)反饋，并且提高了輸出電流的精度。這種方法當(dāng)負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時(shí)具有良好的穩(wěn)定性，而且精度較高，可對系統(tǒng)進(jìn)行一定的擴(kuò)展，具有一定的

33、靈活性，恒流源電路也較為簡單[10~13]。</p><p>　　因此，基于以上各種恒流源電路的優(yōu)缺點(diǎn)分析，本設(shè)計(jì)將采第三種方法用單片機(jī)控制以及運(yùn)放構(gòu)成恒流源電路及其控制系統(tǒng)。</p><p>　　總體概括的說本設(shè)計(jì)是以直流恒流電源為設(shè)計(jì)核心,以單片機(jī)為基本控制器來實(shí)現(xiàn)對輸出電流的控制。為了實(shí)現(xiàn)對輸出電流的精確控制首先將采用12位的D/A輸出，并且可以通過鍵盤實(shí)現(xiàn)電流可預(yù)置效果,再通過精密

34、運(yùn)算放大器以及達(dá)林頓管組成的恒流源電路輸出電流。同時(shí)運(yùn)用16位的A/D芯片對輸出電流進(jìn)行采樣，并將采樣值反饋回單片機(jī),與預(yù)置值進(jìn)行比較形成閉環(huán)系統(tǒng)，使其能夠控制輸出電流的精度與穩(wěn)定性。并且將采用軟件的方法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)和電流預(yù)置功能。因此本設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的功能、較高的可靠性，同時(shí)具有體積小、電路簡單等特點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的總體框圖如下：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體框圖&

35、lt;/p><p>　　本設(shè)計(jì)的總電路圖如下所示，詳見附錄2。</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)總電路圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)功能及性能概述</p><p>　　本設(shè)計(jì)可達(dá)到的系統(tǒng)基本功能及性能有：</p><p>　　設(shè)定以及輸出電流值可顯示；</p><p>　　可通過鍵盤預(yù)設(shè)電流

36、值；</p><p>　　輸出電流范圍可達(dá)20mA~2000mA；</p><p>　　具有“+”和“-”的步進(jìn)功能，步進(jìn)等級≤10mA。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了幾種恒流源設(shè)計(jì)方案，通過對各個方案的分析選擇，最終確定了通過單片機(jī)AT89S52進(jìn)行控制，用運(yùn)

37、放及達(dá)林頓管作為恒流源電路主要器件的方案。并且對本設(shè)計(jì)所能達(dá)到的功能及性能做了簡單介紹。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 電路設(shè)計(jì)說明</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)主要完成數(shù)字控制的功能，它從鍵盤讀入鍵值，將鍵值

38、通過程序處理后輸出給DA轉(zhuǎn)換器MAX532，DA轉(zhuǎn)換器將該值輸出給恒流源電路，恒流源電路輸出的值通過AD轉(zhuǎn)換器AD7715給單片機(jī)，因此單片機(jī)又從AD轉(zhuǎn)換器中讀入數(shù)值進(jìn)行內(nèi)部程序運(yùn)算后輸出顯示，并通過閉環(huán)控制調(diào)節(jié)電流達(dá)到更精確恒流的目的。</p><p>　　單片機(jī)外圍電路如下：</p><p>　　圖3-1 單片機(jī)外圍電路圖</p><p><b>　

39、　復(fù)位電路如下：</b></p><p>　　圖3-2 單片機(jī)復(fù)位電路</p><p><b>　　晶振電路如下：</b></p><p>　　圖3-3 單片機(jī)晶振電路</p><p>　　單片機(jī)各個口線分布及使用功能如下表所示：</p><p>　　表3.1 單片機(jī)口線分布及使用

40、功能表</p><p>　　3.1.2 元器件選擇說明</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，擁有8K的在線系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。它擁有以下功能：8K字節(jié)FLASH、256字節(jié)RAM、32位I/O口線、三個16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、全雙工串行口、看門狗定時(shí)器、一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)、2個數(shù)據(jù)指針、片內(nèi)晶振以及時(shí)鐘電路。因此這些功能非常符合本設(shè)計(jì)的需

41、求。在本設(shè)計(jì)中AT89S52使用的晶振頻率為12MHz并配有20pF的電容組成外部晶振電路，在外圍還搭建了由電容、電阻以及按鈕組成的基本復(fù)位電路。</p><p>　　3.1.3 元器件介紹</p><p>　　AT89S52的主要性能有：</p><p>　?。?）兼容MCS-51單片機(jī)；</p><p>　　（2）1000次可擦寫周期；&

42、lt;/p><p>　?。?）32個可編程雙向I/O口線；</p><p>　?。?）全靜態(tài)0Hz~33Hz操作；</p><p><b>　?。?）8個中斷源；</b></p><p>　?。?）3個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；</p><p>　?。?）全雙工UART串行中斷口線；</p>

43、<p>　　（8）掉電后中斷可喚醒模式；</p><p>　　（9）看門狗（WDT）定時(shí)器；</p><p>　?。?0）具有掉電標(biāo)識；</p><p>　?。?1）8k字節(jié)在線可編程 Flash ROM；</p><p>　?。?2）低功耗空閑和省電模式；</p><p>　　（13）3級加密程序存儲器；&

44、lt;/p><p>　?。?4）雙數(shù)據(jù)寄存器指針。</p><p>　　該單片機(jī)的引腳圖如下：</p><p>　　圖3-4 單片機(jī)引腳圖</p><p>　　AT89S52引腳說明：</p><p>　?。?）P0口(P0.0～P0.7)：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平

45、。對P0口寫入“1”時(shí)，引腳作為高阻抗輸入。若在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0端口也可用為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0口有內(nèi)部上拉電阻。在對閃存編程時(shí)，P0口用于接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，在這種情況下需要外部上拉電阻。</p><p>　　（2）P1口(P1.0～P1.7)：P1端口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL邏輯電平。向P1口寫“1”時(shí)

46、，內(nèi)部上拉電阻會把端口拉高，這時(shí)可以作為輸入口使用。在作輸入使用的時(shí)候，被外部信號拉低的引腳由于內(nèi)部上拉電阻的原因，會輸出電流。另外，P1.0和P1.1分別作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體見下表。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p><b>　　P1口第二功能</b></p>

47、<p>　　表3.2 P1口第二功能表</p><p>　?。?）P2口（P2.0~P2.7）：P2端口同樣是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫入“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻會把端口拉高，這時(shí)可作為輸入口使用。作輸入使用時(shí)，由于內(nèi)部上拉電阻的原因，外部信號拉低引腳將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2端口輸出高

48、八位地址。在這種情況下中，P2端口使用十分強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2端口輸出P2鎖存器內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口同樣也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p>　?。?）P3口（P3.0~P3.3）：P3端口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖器同樣也能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3口寫入“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，這時(shí)可以用作輸入

49、口使用。用作輸入使用時(shí)，由于內(nèi)部上拉電阻的原因，外部信號拉低引腳將輸出電流。P3口也可以用作特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也可接收一些控制信號。</p><p>　　表3.3 P3口第二功能表</p><p>　?。?）RST：復(fù)位輸入口。晶振在工作時(shí)，RST引腳保持2個機(jī)器周期的高電平可使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST引腳輸出96個晶振周期

50、的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可使此功能無效。DISRTO在默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　?。?）ALE/：地址鎖存控制/編程輸入脈沖信號。當(dāng)使用外部程序存儲器時(shí)，該輸出信號用于鎖存低8位地址輸出脈沖。在對flash編程時(shí)，該引腳也可用作編程輸入脈沖。在這時(shí)，ALE以晶振1/6的固定頻率輸出脈沖，可作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。但是在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，都會跳過

51、ALE脈沖。若有需要，可通過將地址為8EH的SFR寄存器的第0位置“1”，這可使ALE操作變?yōu)闊o效。</p><p>　　（7）：外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行代碼時(shí)，在每個機(jī)器周期會被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將不會被激活。</p><p>　?。?） /VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為了使得可以從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指

52、令，必須接地。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。</p><p>　?。?）VCC：接正電源</p><p>　?。?0）GND：接地</p><p>　?。?1）XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入端。</p><p>　?。?2）XTAL2：振蕩器反相放大器輸出端。[14~16]</p><p>　

53、　AT89S52時(shí)序圖如下：</p><p>　　圖3-5 AT89S52時(shí)序圖</p><p>　　3.2 恒流源部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 電路設(shè)計(jì)說明</p><p>　　本設(shè)計(jì)中所采用的恒流源基本電路是由運(yùn)放LM324和達(dá)林頓管TIP122構(gòu)成恒流源主體，并由電容濾波，通過采樣電阻確定輸出點(diǎn)電位。</p>

54、<p>　　由DA輸出的電壓經(jīng)過運(yùn)放反相和電阻輸入到運(yùn)放LM324的同相輸入端。LM324的輸出端接達(dá)林頓管的B管腳，電壓進(jìn)入達(dá)林頓信號產(chǎn)生自激信號。利用達(dá)林頓管電流放大的特性，可實(shí)現(xiàn)2A的大電流的輸出。由于</p><p>　　Ic=βIb （3-1）</p><p>　　β值很大，因?yàn)檫_(dá)林頓管的電流放大倍數(shù)

55、可達(dá)到1000。因此</p><p>　　Ic>>Ib </p><p>　　Ic≈Ie </p><p>　　通過改變達(dá)林頓B管腳的電位可以改變達(dá)林頓管集電極C管腳的電流。達(dá)林頓管的E管腳和

56、地之間接采樣電阻。采用1Ω8W的鎳鎘銅絲電阻為采樣電阻。把達(dá)林頓管的E管腳和LM324的反相輸入端相連，使采樣電阻的電位送到LM324，通過它來鉗位達(dá)林頓管基極B管腳的電位。而E管腳的電壓通過AD轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)進(jìn)行處理，接C6電容使采集的電壓更穩(wěn)定。</p><p>　　因此E這時(shí)管腳電壓為</p><p>　　Ue =IeRL

57、 （3-2）</p><p>　　ΔU=UD/A-Ue （3-3）</p><p>　　當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，通過達(dá)林頓管的集電極C極和發(fā)射極E極上的電流變大，采樣電阻上的電壓升高，ΔU為負(fù)值，則B管腳的電位降低，從而使流過達(dá)

58、林頓管的集電極C極和發(fā)射極E極的電流降低。原理如下圖所示：</p><p>　　負(fù)載↓ → 集電極電流Ic↑ → 發(fā)射極電流Ie↑ → 反饋Ue↑ →ΔU↓ → 基極電流Ib↓</p><p>　　圖3-6 恒流原理圖1</p><p>　　當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，通過達(dá)林頓管的集電極C極和發(fā)射極E極上的電流變小，采樣電阻上的電壓降低，ΔU為正值，則B管腳的電位升高，從而使流

59、過達(dá)林頓管的集電極C極和發(fā)射極E極的電流升高。原理如下圖所示：</p><p>　　負(fù)載↑ → 集電極電流Ic↓ → 發(fā)射極電流Ie↓ → 反饋Ue↓ →ΔU↑ → 基極電流Ib↑</p><p>　　圖3-7 恒流原理圖2</p><p>　　當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，ΔU為零，電流穩(wěn)定不變，從而達(dá)到恒流的效果。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的恒流源電

60、路圖如下：</p><p>　　圖3-8 恒流源電路圖</p><p>　　3.2.2 元器件選擇說明</p><p>　　由于需要運(yùn)算精度高、溫漂小的集成運(yùn)放，因此選用常見的高精度運(yùn)算放大器LM324。它具有低輸入失調(diào)電壓，低噪聲、低溫漂、低時(shí)漂等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　由于LM324的輸出較小而要求的輸出電流要2A，因此采用可通過大

61、電流，電流增益大，輸入電阻高的達(dá)林頓管來放大電流。本設(shè)計(jì)采用TIP122達(dá)林頓管來實(shí)現(xiàn)，它最大可以通過5A的直流電流，放大倍數(shù)為1000左右，功率為65W。由于通過的電流較大，為了確保達(dá)林頓管正確可靠的工作，需要外加使用散熱效果好的散熱片，該散熱片的體積至少應(yīng)為50mm×20mm×40mm，否則當(dāng)通過2A的電流時(shí)，達(dá)林頓管會十分燙手而無法正常工作。</p><p>　　在選擇采樣電阻時(shí)，由于輸

62、出的最大電流有2A，使用1Ω的采樣電阻方便計(jì)算，因此電阻的功率將為P=I2 R=4×1=4W，再考慮留有余量等因素，故采用8W的大功率電阻來確保電路正常工作。</p><p>　　3.2.3 元器件介紹</p><p>　　LM324是由4個獨(dú)立的高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)放組成的集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。它不僅可以在雙電源下工作，還可以在寬電壓范圍的單電源下工作。單電源

63、時(shí)的電壓范圍是3~30V，雙電源的電壓范圍是±1.5~±15V[17~19]。并且該芯片具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）輸出電壓振幅大；</p><p><b>　?。?）電源功耗小；</b></p><p><b>　　（3）偏置電流低；</b></p><p>　　

64、（4）具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽?lt;/p><p>　?。?）輸入端具有靜電保護(hù)功能；</p><p>　?。?）短路保護(hù)輸出。</p><p>　　LM324的引腳圖如下：</p><p>　　圖3-9 LM324引腳圖</p><p>　　達(dá)林頓管又稱復(fù)合晶體管。它是由兩個晶體管連接而形成的，這種連接方法可以獲得很大的電

65、流增益和很高的輸入電阻。TIP122 NPN達(dá)林頓功率晶體管采用TO-220塑料封裝，它最大可以通過5A的直流電流，放大倍數(shù)為1000左右，功率為65W。要達(dá)到良好的效果需要加裝散熱片。</p><p>　　TIP122的管腳圖以及內(nèi)部電路圖如下：</p><p>　　圖3-10 TIP122管腳圖 圖3-11 TIP122內(nèi)部電路圖&

66、lt;/p><p>　　3.3 鍵盤部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 電路設(shè)計(jì)說明</p><p>　　鍵盤是單片機(jī)人機(jī)接口的一個重要設(shè)計(jì)部分之一。人們通過鍵盤輸入數(shù)值，從而達(dá)到期望的效果。鍵盤主要有獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。本設(shè)計(jì)采用的是4×4的矩陣式鍵盤。要想單片機(jī)及時(shí)響應(yīng)鍵操作又不多占用CPU的工作時(shí)間，就要根據(jù)CPU的工作情況選擇合適的鍵盤工作方

67、式。鍵盤的工作方式一般有兩種，分別為編程掃描方式(查詢方式)和中斷掃描方式。</p><p>　　本系統(tǒng)由于是矩陣式鍵盤，因此采用編程掃描方式，該方式采用的是反線法。鍵盤與單片機(jī)的連接口是P0口，P0.0~P0.3進(jìn)行列掃描，P0.4~P0.7進(jìn)行行掃描，CPU對鍵盤掃描，采用程序控制的方式調(diào)用鍵盤掃描子程序從而響應(yīng)鍵輸入要求。</p><p>　　由于鍵盤的按鍵一般采用觸點(diǎn)式按鍵，因此當(dāng)

68、按鍵按下或釋放時(shí)，觸點(diǎn)會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)不會立即接通；當(dāng)按鍵釋放時(shí)，觸點(diǎn)也不會立即斷開，它們都是要經(jīng)過一段時(shí)間的抖動才能穩(wěn)定狀態(tài)，抖動的時(shí)間則由按鍵材料決定，但通常在5ms ~10ms 的范圍內(nèi)。按鍵的抖動現(xiàn)象會造成單片機(jī)將一次操作誤認(rèn)為多次操作，因此，為了保證CPU的正常識別判斷，必須要消除按鍵抖動的影響。 </p><p>　　通常消除抖動影響的措施有硬件和軟件兩種方式。硬件的解決方式為在按

69、鍵的輸出端加 R-S 觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成去抖動電路。軟件的解決方法為在第一次檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段小延時(shí)程序，然后再判斷該鍵是否的確被按下，從而消除了抖動影響。由于硬件去抖動要加電路，成本會增加，因此本設(shè)計(jì)采用的是軟件去抖動。</p><p>　　鍵盤部分的電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖3-12 鍵盤部分電路圖</p><p>　　3.3.2

70、元器件選擇說明</p><p>　　該部分設(shè)計(jì)主要采用常見的12×12mm方形按鍵，上拉電阻采用510歐姆的電阻與+5V電源相連。</p><p>　　3.4 顯示部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 電路設(shè)計(jì)說明</p><p>　　顯示部分主要采用MAX7219芯片對8段共陰極數(shù)碼管驅(qū)動。由于MAX7219是針對共陰極數(shù)碼管

71、設(shè)計(jì)的驅(qū)動芯片，因此本設(shè)計(jì)采用的數(shù)碼管是共陰極的。</p><p>　　顯示部分的電路圖設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　圖3-13 顯示部分電路圖</p><p>　　MAX7219各個口線分布及使用功能如下：</p><p>　　表3.4 MAX7219口線分布及使用功能表</p><p>　　3.4.2 元器件

72、選擇說明</p><p>　　本系統(tǒng)選用MAX7219作為顯示驅(qū)動芯片。由于本系統(tǒng)顯示的是預(yù)置電流值（4 位）和輸出電流測量值（4 位），因此一共需要 8 個數(shù)碼管，若使用普通的驅(qū)動芯片則要耗費(fèi)單片機(jī)大量的I/O口線，并且加大了軟件編程的難度。但使用MAX7219則可方便許多，因?yàn)槊科酒沈?qū)動 8 位共陰數(shù)碼管，所以選用一片 MAX7219 即可滿足系統(tǒng)的需要。并且該芯片的三個輸入端口DIN、CLK和LOAD只

73、要直接與單片機(jī)的任意三個I/O口相連就可驅(qū)動8個數(shù)碼管，也就是說驅(qū)動8個數(shù)碼管只占用了單片機(jī)3個口線，因此大大節(jié)省了單片機(jī)的硬件資源，并且在編程方面也變得容易了許多。</p><p>　　此外，在Iset 端口處和電源之間連接一個電阻Rset，就可通過改變Rset 的大小來控制段電流，從而調(diào)節(jié)顯示器亮度。這就解決了數(shù)碼管亮度不一，難以控制的問題。</p><p>　　在選擇數(shù)碼管時(shí)要注意，

74、由于MAX7219只能驅(qū)動共陰極數(shù)碼管，因此所采用的數(shù)碼管必須是共陰極的。 </p><p>　　3.4.3 元器件介紹</p><p>　　MAX7219是美國MAXIM公司生產(chǎn)的一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動器。一片MAX7219就可與微處理器連接驅(qū)動8個7段LED數(shù)碼管，或者也可以連接64個獨(dú)立的LED或者條線圖顯示器。其片內(nèi)包含有一個B型BCD編碼器、多路掃描電路、段和位

75、驅(qū)動器以及一個存貯每個數(shù)據(jù)的8×8靜態(tài)RAM。而對于所有的LED段電流的設(shè)置則僅需一個外部電阻即可實(shí)現(xiàn)。MAX7219允許用戶對每個數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼或者不編碼。該芯片內(nèi)部包含一個150μA的低功耗關(guān)閉模式，一個掃描限制寄存器允許用戶顯示1-8位數(shù)據(jù)，一個模擬和數(shù)字亮度控制器，以及一個讓LED全亮的檢測模式。[20~22]</p><p>　　MAX7219的引腳圖如下：</p><p&g

76、t;　　圖3-14 MAX7219引腳圖</p><p>　　該芯片有如下功能特點(diǎn)：</p><p>　?。?）獨(dú)立的LED 段控制；</p><p>　?。?）高電壓中斷顯示；</p><p>　?。?）10MHz 連續(xù)串行口；</p><p>　?。?）數(shù)字譯碼與非譯碼選擇；</p><p&g

77、t;　?。?）共陰極數(shù)碼管驅(qū)動顯示；</p><p>　?。?）亮度的數(shù)字和模擬控制。</p><p>　　該芯片的各個引腳功能如下：</p><p>　　（1） DIN：串行數(shù)據(jù)的輸入端口。當(dāng)時(shí)鐘上升沿出現(xiàn)時(shí)數(shù)據(jù)被載入內(nèi)部的16 位寄存器。</p><p>　　（2）DIG0–DIG7：八個數(shù)據(jù)位驅(qū)動線。在正常使用時(shí)顯示器共陰極為低電平，關(guān)

78、閉時(shí)此端口輸出高電平。</p><p>　?。?）SEG A–SEG G,DP：數(shù)碼管的七段和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動，為顯示器提供電流。當(dāng)一個段驅(qū)動關(guān)閉時(shí)，此端為低電平。</p><p>　　（4）V+： 正電源輸入。</p><p>　?。?）GND： 接地端口。</p><p>　?。?）LOAD：數(shù)據(jù)載入。連續(xù)數(shù)據(jù)的后16 位在LOAD 端的上升沿

79、時(shí)將被鎖定。</p><p>　　（7）CLK：時(shí)鐘串行輸入端。當(dāng)時(shí)鐘上升沿出現(xiàn)時(shí)，數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存器。當(dāng)下降沿出現(xiàn)時(shí)，數(shù)據(jù)從DOUT端輸出。最大速率為10MHz。</p><p>　　（8）SET： 通過連接一個電阻到V+ 來設(shè)置段電流。</p><p>　?。?）DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端，從DIN端輸入的數(shù)據(jù)在16.5個時(shí)鐘周期后在此端口有效。當(dāng)使用多個MA

80、X7219時(shí)用此端口可方便擴(kuò)展。</p><p>　　MAX7219的時(shí)序圖如下：</p><p>　　圖3-15 MAX7219的時(shí)序圖</p><p>　　3.5 DA轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 電路設(shè)計(jì)說明</p><p>　　MAX532是一個12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，因此它可以輸出4096級電

81、壓。由下面的電路圖可見，電路分別在正電源端和負(fù)電源端與地之間加了兩個濾波電容，分別是0.1μF的電容和10μF的電解電容，這兩個電容主要起穩(wěn)壓作用，使芯片能更好更穩(wěn)定的工作。本設(shè)計(jì)中的MAX532采用三線接口方式，即使用CS、DIN、SCLK三個端口與單片機(jī)的任意3個I/O口相連，而LDAC始終接低電平，這樣數(shù)據(jù)將在片選信號CS為高電平時(shí)更新，這種方法在使用一片MAX532時(shí)較為常見。</p><p>　　AD5

82、87則通過+15V電源輸出+10V電壓作為基準(zhǔn)電壓提供給MAX532。</p><p>　　DA轉(zhuǎn)換部分的電路圖設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　圖3-16 DA轉(zhuǎn)換部分的電路圖</p><p>　　MAX532及AD587的各個口線分布及使用功能如下：</p><p>　　表3.5 MAX532及AD587的各個口線分布及使用功能表<

83、;/p><p>　　3.5.2 元器件選擇說明</p><p>　　由于MAX532是12位的DA轉(zhuǎn)換芯片，因此它的分辨率為12位，即表示數(shù)字量每變化一位，則輸出為滿量程的1/=1/4096，所以輸出的精度較高。此外本設(shè)計(jì)使用AD587這種10V基準(zhǔn)電壓源芯片來提供給MAX532基準(zhǔn)電壓。AD587的輸入電源電壓是+15V，可利用已有的電壓資源來提供電源，十分方便。由于AD587是一種高精度的

84、電源芯片，因此基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性也得到了保障。</p><p>　　3.5.3 元器件介紹</p><p>　　MAX532是一種帶有輸出放大器的雙路串行12位電壓輸出數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器,其接口能與標(biāo)準(zhǔn)的SPI、QSPI和MICROWIRE接口標(biāo)準(zhǔn)兼容，輸入電源電壓在12-15V之間，所有輸入端口與TTL和CMOS兼容。[23~26]</p><p>　　MAX532的

85、引腳圖如下：</p><p>　　圖3-17 MAX532的引腳圖</p><p>　　MAX532有如下功能特性：</p><p>　　（1）電壓輸出范圍：±12V；</p><p>　?。?）電流輸出范圍：±10mA；</p><p>　?。?）高速6MHz三線接口；</p>&

86、lt;p>　　（4）工作電壓范圍：±12V~±15V；</p><p>　?。?） SPI、QSPI和MICROWIRE接口；</p><p>　　（6）整體非線性程度低，小于±1/2LSB； </p><p>　?。?）內(nèi)部上電復(fù)位。</p><p>　　MAX532各個引腳功能如下：</p>

87、<p>　?。?）Vdd：電源正輸入；</p><p>　?。?）Vss：電源負(fù)輸入；</p><p>　?。?）DGND：數(shù)字地；</p><p>　　（4）SCLK：串行時(shí)鐘輸入；</p><p>　?。?）DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出；</p><p>　?。?）DIN：串行數(shù)據(jù)輸入；</p>

88、<p>　?。?）：芯片選擇端口。在低電平時(shí)選中芯片；</p><p>　?。?）：異步加載 數(shù)據(jù)輸入，低電平時(shí)有效；</p><p>　?。?）RFBA： A通道的反饋電阻；</p><p>　?。?0）VREFA：A通道的參考電壓輸入；</p><p>　?。?1）VOUTA：A通道的電壓輸出；</p><

89、;p>　?。?2）AGNDA：A通道的模擬地；</p><p>　?。?3）RFBB：B通道的反饋電阻；</p><p>　　（14）VREFB：B通道的參考電壓輸入；</p><p>　?。?5）VOUTB：B通道的電壓輸出；</p><p>　　（16）AGNDB：B通道的模擬地。</p><p>　　MAX

90、532的時(shí)序圖如下：</p><p>　　圖3-18 MAX532時(shí)序圖</p><p>　　AD587是一款高精度的10V參考電源芯片，它的引腳圖如下：</p><p>　　圖3-19 AD587引腳圖</p><p>　　3.6 AD轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6.1 電路設(shè)計(jì)說明</p>

91、<p>　　由于AD7715是16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此可以對輸出地電流進(jìn)行精確地測量。測量出的值將傳給單片機(jī)，并通過LED數(shù)碼管顯示出來。由于AD本身需要一個時(shí)鐘輸入，但這個輸入時(shí)鐘只能是1MHz或2.4576MHz（需要與軟件配合使用），因此為了方便使用選擇1MHz的晶振并配合C2，C13電容組成晶振電路。芯片AD780則是提供給AD7715基準(zhǔn)電壓的電源芯片。</p><p>　　AD轉(zhuǎn)換部分的

92、電路圖設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　圖3-20 AD轉(zhuǎn)換部分電路圖</p><p>　　AD7715及AD780的各個口線分布及使用功能如下：</p><p>　　表3.6 AD7715及AD780各個口線分布及使用功能表</p><p>　　3.6.2 元器件選擇說明</p><p>　　對于16位的AD771

93、5模數(shù)轉(zhuǎn)換器來說，即該轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸入模擬量為滿量程值的倍，因此可以保證高精度的測量。并且AD7715是串行輸出，這使得在硬件上比并行輸出更為方便一些。本設(shè)計(jì)選用提供給AD7715的基準(zhǔn)電壓為2.5V，這個電壓由超高精度帶隙基準(zhǔn)電壓源AD780提供，該芯片可以輸出2.5V或3V的超高精度電壓，這個電壓的選擇由AD780的接線決定。同時(shí)，AD780的輸入電源電壓是+15V，可利用已有的電壓資源來提供電源，十分方便。由于AD587是一

94、種超高精度的電源芯片，因此基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性也得到了保障。AD轉(zhuǎn)換的分辨率為：</p><p>　　分辨率=2.5V×≈0.038mV （3-4）</p><p>　　3.6.3 元器件介紹</p><p>　　AD7715模數(shù)轉(zhuǎn)換器是美國模擬器件公司推出的16位采用和差轉(zhuǎn)換技術(shù)（∑-Δ技術(shù)）系列ADC之一。該系列A/D轉(zhuǎn)換

95、器均由信號緩沖、可編程增益放大、∑-Δ調(diào)制器、數(shù)字濾波、三線串行接口等幾部分組成，具有0.0015%的非線性。AD7715有一個差分模擬輸入，還有一個差分參考輸入。它可在+5V的單電源下工作，不僅可以處理0~20mV、0~80mV、0~1.25V以及0~2.5V之間的單極性輸入信號還可以處理雙極性的輸入信號。[26]</p><p>　　AD7715的引腳圖如下：</p><p>　　圖3

96、-21 AD7715引腳圖</p><p><b>　　各個引腳的功能為：</b></p><p>　　（1）MCLK IN : 芯片主時(shí)鐘信號。不僅可由晶振提供, 也可由與CMOS 兼容的時(shí)鐘驅(qū)動, 在這種方式下MCLK OUT引腳應(yīng)該懸空。但無論采用哪一種時(shí)鐘方式,它的頻率必須為1MHz 或2.4576MHz 。</p><p>　?。?

97、）MCLK OUT : 當(dāng)芯片的主時(shí)鐘信號由晶振提供時(shí), 此引腳與MCLK IN引腳及晶振引腳相連。</p><p>　?。?）SCLK:串行時(shí)鐘的邏輯輸入。</p><p>　　（4） :片選信號,低電平有效。</p><p>　?。?）:復(fù)位端,低電平有效。在低電平時(shí)芯片內(nèi)的控制邏輯、接口邏輯、校準(zhǔn)系數(shù)、數(shù)字濾波器以及模擬調(diào)制器復(fù)位到上電狀態(tài)。</p>

98、;<p>　　（6）DIN : 寫入片內(nèi)輸入移位寄存器中串行數(shù)據(jù)的串行輸入端。此數(shù)據(jù)是移入設(shè)定寄存器還是通訊寄存器,由通訊寄存器中的寄存器設(shè)定位決定。</p><p>　?。?）DOUT :由芯片內(nèi)輸出移位寄存器中讀出串行數(shù)據(jù)的串行輸出端。此輸出移位寄存器可以包含設(shè)定寄存器、通訊寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的信息, 至于具體是哪一個寄存器,則由通訊寄存器中的寄存器設(shè)定位決定。</p><p

99、>　?。?）AIN +：片內(nèi)可編程增益放大器差動模擬輸入的正端。</p><p>　?。?）AIN -: 片內(nèi)可編程增益放大器差動模擬輸入的負(fù)端。</p><p>　?。?0）REF IN( + ):參考差動輸入的正端,該引腳電位必須大于REF IN ( - ) 。</p><p>　?。?1）REF IN( - ):參考差動輸入的負(fù)端,該引腳電位必須小于RE

100、F IN ( + ) 。</p><p>　　（12）: 當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，來自AD7715 數(shù)據(jù)寄存器新的輸出字是有效的。當(dāng)完成全部16 位的讀操作時(shí), 此引腳變成高電平。在輸出的更新時(shí)間內(nèi), 如果沒有數(shù)據(jù)被讀出, 此引腳將持續(xù)500 倍Tclk in 時(shí)鐘周期, 然后返回高電平。當(dāng)為高電平時(shí), 不能進(jìn)行讀操作,也就是說當(dāng)數(shù)據(jù)正在更新時(shí), 不能從數(shù)據(jù)寄存器中讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)更新完成后,返回低電平；</p

101、><p>　?。?3）AVDD :模擬正電源；</p><p>　?。?4）DVDD :數(shù)字電源。通常大小和模擬正電源相同；</p><p>　?。?5）AGND :模擬地；</p><p>　?。?6）DGND :數(shù)字地。</p><p>　　AD7715的寫時(shí)序圖如下：</p><p>　　圖

102、3-22 AD7715寫時(shí)序圖</p><p>　　AD7715的讀時(shí)序圖如下：</p><p>　　圖3-23 AD7715讀時(shí)序圖</p><p>　　AD780是一款輸出2.5V或3V的超高精度帶隙基準(zhǔn)電壓源。輸出電壓大小由外部接線決定。它的引腳圖如下：</p><p>　　圖3-24 AD780引腳圖</p>&l

103、t;p>　　3.7 電源部分設(shè)計(jì)</p><p>　　由于輸出電流的最大值要達(dá)到2A，設(shè)計(jì)輸出電壓小于10V，因此電源功率至少20W，再考慮10W左右的余量，因此總輸出功率在30W左右。+5V和±15V電源均采用市面上常見的開關(guān)電源。其中+5V的電源輸出電流達(dá)到5A，+15V的輸出電流達(dá)到2A，-15V的輸出電流達(dá)到0.5A，這樣不僅可以保證電路正常工作，而且輸出的電流以及功率均可達(dá)到要求。<

104、;/p><p><b>　　開關(guān)電源圖如下：</b></p><p>　　圖3-25 開關(guān)電源圖</p><p>　　3.8 PCB電路板制作</p><p>　　在設(shè)計(jì)PCB電路板時(shí)，首先考慮電磁干擾問題。電子電路的輸出部分容易產(chǎn)生大電壓和大電流的突變。這種突變會通過電源和信號線對相連的電路產(chǎn)生干擾，同時(shí)對周圍環(huán)境產(chǎn)生較

105、強(qiáng)的電磁輻射（輻射干擾）。通常電子電路的信號幅度較低，對噪聲比較敏感，抗干擾性差，可能會影響電路性能，甚至?xí)闺娐窡o法工作。但可通過電源隔離、信號隔離、濾波等方式抑制。而輻射干擾，則只能通過合理的電路布局、走線以及屏蔽等措施來減小電磁干擾的影響。</p><p>　　其次考慮的是大電流問題。由于本設(shè)計(jì)最大的輸出電流為2A，大電流會導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)燙，嚴(yán)重時(shí)會燒斷導(dǎo)線，導(dǎo)致電路失效。所以在布線時(shí)，要合理計(jì)算導(dǎo)線寬度使之可

106、以承受正常工作時(shí)的大電流。本設(shè)計(jì)中導(dǎo)線的寬度為1mm，這樣即使銅的厚度只有3.5μm，也可承受2.3A的電流。</p><p>　　再次還要考慮電源、地線加粗的問題，通常應(yīng)為信號線的3倍左右。對于器件散熱問題則要考慮由于本身的開關(guān)損耗和管耗等因素影響，發(fā)熱會比較嚴(yán)重，需要采用合理的散熱來保證元器件連續(xù)長時(shí)間的正常工作。通?？杉友b散熱片或散熱器來解決該問題。在本設(shè)計(jì)中就對容易發(fā)燙的大功率達(dá)林頓管TIP122加裝了散

107、熱片使其可以在2A時(shí)也能正常工作。</p><p>　　最后是整個電路的布線問題。布線時(shí)頂層和底層應(yīng)該走線互相垂直，避免兩層平行導(dǎo)線的出現(xiàn)。對于地線的連接通常是一點(diǎn)接地法。即將所有接地線先分別按性質(zhì)不同連接在一起，形成一個環(huán)再集中在一點(diǎn)接地，注意，模擬地和數(shù)字地要分別在不同的環(huán)上，最后再連起來。這樣，即使地線兩端有一定的電位差，作為模擬電路和數(shù)字電路其內(nèi)部元件所受的電位也是基本相同的，這樣就不會影響電路的正常工作

108、了[27,28]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的總體PCB圖詳見附錄3。本設(shè)計(jì)的PCB實(shí)物圖如下所示：</p><p>　　圖3-26 印制電路板正面</p><p>　　圖3-27 印制電路板反面</p><p><b>　　3.9 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對本設(shè)計(jì)的各個硬

109、件環(huán)節(jié)做了具體詳細(xì)的介紹，主要有單片機(jī)最小系統(tǒng)、恒流源電路、模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、LED顯示電路以及鍵盤電路。在最后還對PCB板的設(shè)計(jì)制作的注意點(diǎn)進(jìn)行了說明。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主程序流程圖如下所示。該部分程序主要完成各部分子程序調(diào)用以及根

110、據(jù)鍵盤所接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換及處理。具體程序見附錄6。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 DA轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的DA轉(zhuǎn)換子程序流程圖如下，通過主程序的調(diào)用使用該子程序。在編寫時(shí)要注意發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)先發(fā)送高位，再發(fā)送低位[29,30]。

111、具體程序見附錄6。</p><p>　　圖4-2 DA轉(zhuǎn)換子程序流程圖</p><p>　　4.2.2.AD轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的AD轉(zhuǎn)換子程序流程圖如下，通過主程序的調(diào)用使用該子程序。值得注意的是AD7715先發(fā)送高位再發(fā)送低位，因此在接收數(shù)據(jù)時(shí)要高低位轉(zhuǎn)換，所以還包含一段高低位轉(zhuǎn)換子程序[31]。具體程序見附錄6。</p>

112、<p>　　圖4-3 AD轉(zhuǎn)換子程序流程圖</p><p>　　4.2.3 顯示子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的顯示子程序流程圖如下，通過主程序的調(diào)用使用該子程序。具體程序見附錄6。</p><p>　　圖4-4 顯示子程序流程圖</p><p>　　4.2.4 鍵盤子程序</p><p>　　矩

113、陣式鍵盤的軟件掃描方式主要有兩種，一種是逐行掃描法，另一種是反線法。本設(shè)計(jì)采用的是較為方便的反線法，鍵盤子程序的流程圖如下圖所示。具體程序見附錄6。</p><p>　　圖4-5 鍵盤子程序流程圖</p><p>　　4.2.5 閉環(huán)控制子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　為了使輸出的電流值可以更接近設(shè)定值，因此在軟件設(shè)計(jì)中加上了閉環(huán)控制子程序。這使得整個輸出的電流更