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文檔簡介
1、<p> 畢 業(yè) 設(shè) 計 [論 文]</p><p> 題 目:基于單片機(jī)的數(shù)字直流電流源設(shè)計</p><p> 學(xué) 院:電氣與信息工程學(xué)院 </p><p> 專 業(yè):電子信息工程 </p><p><b> 摘 要</b>&
2、lt;/p><p> 由于現(xiàn)代科技發(fā)展的日新月異,它極大地促進(jìn)了社會的不斷向前發(fā)展,而且為高端電子設(shè)備的研發(fā)提供了新的技術(shù)支持。同時,電源充當(dāng)這些設(shè)備的食糧,眾所周知,不同的電子元件和線路對電源的大小要求是不同的,所以,我們對其的探索仍是十分的迫切。近些年基于單片機(jī)的各種器件的興起,為數(shù)控恒定電流源的研究與開發(fā)指明了發(fā)展方向。</p><p> 本文系統(tǒng)的介紹了以STC89C52單片機(jī)為中
3、心控制器數(shù)控電流源的設(shè)計方法,并運(yùn)用仿真軟件如Proteus進(jìn)行了仿真。利用按鍵設(shè)置輸出電流,單片機(jī)將該電流值送1602液晶屏顯示,同時, DAC TLC5615把數(shù)字量轉(zhuǎn)換由運(yùn)算放大器輸出的模擬電壓值,它作為參考電壓控制晶體管電流的輸出,又有限制電路輸入輸出的作用。該數(shù)控電流源是基于單片機(jī)設(shè)計的,因此精確度很高,體積小,功耗低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p> 關(guān)鍵詞:電流源;STC89C52;LCD顯示;Prote
4、us;TLC5615</p><p><b> Summary</b></p><p> Due to the rapid development of modern technology, which greatly promoted the continuous development of society, but also for the developm
5、ent of high-end electronic equipment provides a new technical support. At the same time, serve as a food supply for these devices is well known, different electronic components and circuit size of the power supply requir
6、ements are different, so we explore it remains very urgent. In recent years the rise of a variety of devices based on single-chip microcompute</p><p> System in this paper are introduced the STC89C52 microc
7、ontroller as the center controller design method of numerical control current source, and has carried on the simulation using the simulation software such as Proteus. Using the current value Settings output current, MCU
8、send 1602 LCD screen display, at the same time, with TLC5615 d/a converter to convert digital to analog, the output reference voltage, through the op-amp TLC5615 This article describes the system as a central controller
9、to ST</p><p> Key words Current source;TLC5615;STC89C52;LCD display;Proteus</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 摘 要………………………………………………………………………………I</p><p> Summ
10、ary………………………………………………………………………………II</p><p> 目 錄………………………………………………………………………………III</p><p> 1 緒論………………………………………………………………………………1</p><p> 1.1 研究背景和目的…………………………………………………………………1</p
11、><p> 1.2 研究概況與趨勢…………………………………………………………………1</p><p> 1.3 本系統(tǒng)解決的主要內(nèi)容…………………………………………………………2</p><p> 2 設(shè)計任務(wù)及要求……………………………………………………………………3</p><p> 2.1 設(shè)計任務(wù)………………………………
12、……………………………………3</p><p> 2.2 設(shè)計思路……………………………………………………………………3</p><p> 2.3 方案論證……………………………………………………………………3</p><p> 2.4 總體方案設(shè)計………………………………………………………………4</p><p> 3 硬件
13、系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………………………………5</p><p> 3.1 硬件系統(tǒng)的模塊……………………………………………………………5</p><p> 3.1.1 電路設(shè)計………………………………………………………………5</p><p> 3.1.2 電源模塊……………………………………………………………7</p>&l
14、t;p> 3.1.3 顯示模塊……………………………………………………………7</p><p> 3.1.4 鍵盤模塊……………………………………………………………9</p><p> 3.1.5 擴(kuò)流模塊……………………………………………………………9</p><p> 3.1.6 D/A模塊……………………………………………………………10<
15、/p><p> 3.1.7 TLC5615時序設(shè)計………………………………………………10</p><p> 3.2 系統(tǒng)的原理圖 ……………………………………………………………10</p><p> 4 系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………………………………11</p><p> 4.1 單片機(jī)使用狀況…………………………
16、………………………………11</p><p> 4.2 軟件系統(tǒng)的模塊…………………………………………………………11</p><p> 4.2.1 定時模塊……………………………………………………………11</p><p> 4.2.2 LCD顯示模塊………………………………………………………11</p><p> 4.3
17、程序流程圖………………………………………………………………12</p><p> 4.3.1 主控制流程圖………………………………………………………12</p><p> 4.3.2 按鍵操作流程圖……………………………………………………13</p><p> 4.3.3 D/A轉(zhuǎn)換流程圖……………………………………………………13</p>
18、<p> 4.3.4 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖……………………………………………………14</p><p> 4.3.5 LCD顯示流程圖……………………………………………………14</p><p> 4.4 程序清單…………………………………………………………………15</p><p> 5 仿真測試……………………………………………………………
19、……………16</p><p> 5.1 設(shè)計結(jié)論及使用方法……………………………………………………16</p><p> 5.2 仿真結(jié)果…………………………………………………………………16</p><p> 5.2.1 輸出電流范圍仿真…………………………………………………16</p><p> 5.2.2 步進(jìn)調(diào)整仿真
20、………………………………………………………17</p><p> 5.2.3 輸出電流仿真………………………………………………………17</p><p> 5.2.4 仿真軟件的介紹……………………………………………………18</p><p> 5.3 誤差分析…………………………………………………………………19</p><p>
21、; 結(jié)束語 ………………………………………………………………………………20</p><p> 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………21</p><p> 致謝…………………………………………………………………………………22</p><p> 附錄…………………………………………………………………………………23</p&
22、gt;<p><b> 1 緒論</b></p><p> 1.1 研究背景和目的</p><p> 近些年科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展,使得電源技術(shù)也有了飛躍的進(jìn)步。這是一個非常實(shí)用的工程技術(shù),企業(yè)正在越來越多地轉(zhuǎn)向數(shù)字電源技術(shù)。數(shù)控電流源的發(fā)展方向及用何種技術(shù)來促進(jìn)其大力發(fā)展就顯得相當(dāng)重要了。當(dāng)今人們生活離不開電源,電源更作為一種普遍的電子商品而存在
23、著。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的向前發(fā)展,更多新技術(shù)和高科技產(chǎn)品也走進(jìn)了人們的日常生活和生產(chǎn)中,給現(xiàn)代電流源技術(shù)勾畫了美好的發(fā)展藍(lán)圖。同時,由于現(xiàn)在生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展趨于更低的噪音和更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性,舊的直流電流源技術(shù)的工作方式已不能達(dá)到新時代的發(fā)展要求,數(shù)字化智能電流源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的,它促使數(shù)字直流電流源向更大的靈活性和自動化道路開創(chuàng)。</p><p> 在實(shí)際的運(yùn)用和發(fā)展上,我們?nèi)粘J褂玫碾娮釉O(shè)
24、備通常需要穩(wěn)定的直流電壓電源,它可以為這些設(shè)備提供所需的動力。通過穩(wěn)壓這個關(guān)鍵環(huán)節(jié)我們才能在實(shí)際的生活和生產(chǎn)中,使用由220 V交流電網(wǎng)提供的電力。變壓,整流,過濾器,穩(wěn)壓器是最核心的四個部分組成的電壓調(diào)整的整個過程。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的波紋,傳統(tǒng)濾波器由濾波扼流圈和電容器組成,但其可靠性低和精度低。傳統(tǒng)濾波器慢慢的退出了市場,晶體管濾波器的誕生,它們都是科技的進(jìn)步所推動的。它不僅可縮小直流電源的體積和減輕其重量,并且不需要直
25、流穩(wěn)壓器就能用于家用電器的電源。</p><p> 近些年來單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,其運(yùn)用的范圍也在不斷地擴(kuò)大,基于單片機(jī)的數(shù)字直流電流源在生產(chǎn),科研中運(yùn)用越來越廣泛。在未來的幾年中,它不僅可以應(yīng)用到日常生活中,并在一些高能物理領(lǐng)域,基于單片機(jī)控制電流源也適用于控制低紋波,調(diào)節(jié)范圍寬。</p><p> 1.2 研究概況與趨勢</p><p> 人們對于電流源
26、的研究始于十九世紀(jì)90年代末,當(dāng)時由于人們渴望得到更高效率和系統(tǒng)更低功耗的電流源,在隨后的一些年的不斷研究與實(shí)驗(yàn)中推動了電源行業(yè)中直流/直流電源轉(zhuǎn)換器向智能性前進(jìn)的步伐。在此期間,電力電子技術(shù)理論的發(fā)展,它不只是電源動力的源泉,更是為其壯大提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)。在接下來的幾十年中,它已經(jīng)在原來的基礎(chǔ)上前進(jìn)了一大步。但局限于當(dāng)時的技術(shù)其存在很大的缺點(diǎn),比如數(shù)字控值程度無法滿足生產(chǎn)要求、電流微小變化分辨不出等。我們在正確認(rèn)識到這些弊端的同時,它
27、也在對未來數(shù)控電流源的主要發(fā)展方向上給予了我們進(jìn)一步的認(rèn)識。單片機(jī)技術(shù)作為一個新興的學(xué)科為數(shù)控電源進(jìn)一步的發(fā)展指明了道路方向,特別是將其與單片機(jī)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合為進(jìn)一步發(fā)展精確的數(shù)控電流源的提供了條件,極大地刺激了數(shù)控電流源的發(fā)展速度。到90年代時的數(shù)控電流源,它在調(diào)控電流精度方面和功率使用情況都有了質(zhì)的提高。新技術(shù)的不斷被數(shù)控電流源所采用,它的功能變得更加完美。電壓的調(diào)節(jié)通過旋紐開關(guān)來進(jìn)行,這種是當(dāng)代電子產(chǎn)品的主流設(shè)計,但是它具有微小電
28、壓無法調(diào)節(jié),性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。根據(jù)上述這些,我們迫切需要一種新的控制電流源的方法即使用單片機(jī),其有很大的優(yōu)</p><p> 1) 控制電流源更加智能化。</p><p> 2) 形體更加小,具有很高的工作效率,抵制一些不必要的干擾等。</p><p> 3) 整體系統(tǒng)維護(hù)方便。</p><p> 4) 高次諧波能降到很低,設(shè)備工作噪
29、聲低,系統(tǒng)可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p> 1.3 本系統(tǒng)解決的主要內(nèi)容</p><p> 我對數(shù)控直流電流源主要是針對以下幾個方面進(jìn)行研究和設(shè)計的:</p><p> 首先是如何利用單片機(jī)對功率的輸出進(jìn)行有效的控制,輸出電壓實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào),且它的電壓與電流輸出精度高。在實(shí)際生活中有很多方法能夠做到,所以我做設(shè)計之前,必須要解決的第一個問題就是選擇一種更有效
30、的方式。</p><p> 其次是如何有效地實(shí)施以輸出直流電流源為基礎(chǔ)的控制按鈕上,和輸出高精度電流的要求。</p><p> 最后是用何種方法能使輸出電流穩(wěn)定的問題。</p><p> 2 設(shè)計任務(wù)及要求</p><p><b> 2.1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b
31、> 本次設(shè)計基本要求:</b></p><p> 1)設(shè)計直流電源:輸入交流200~240 V,50 Hz;輸出直流電壓≤10 V。完成0 mA~ 1000 mA之間各不同幅值的電流的輸出,紋波電流≤2 mA; </p><p> 2)能夠預(yù)置數(shù)值,能夠自動掃描輸出電流并直接顯示到LCD數(shù)碼顯示管上; </p><p> 3)電流輸出部分,
32、手動遞增和遞減,步進(jìn)≤10 mA ;</p><p> 4)編程實(shí)現(xiàn)輸出電流的控制;</p><p><b> 2.2 設(shè)計思路</b></p><p> 采用單片機(jī)為中心,整個電路輸出電壓值的大小,可以通過可變電阻值的大小以及輸入的電流數(shù)值來調(diào)節(jié)。結(jié)合相關(guān)程序和不同的按鍵來設(shè)置直流電流源的輸出電流,得到不同的輸出電壓,步進(jìn)電流設(shè)置等級
33、為0.01 A,最后電流的設(shè)定值可通過顯示器實(shí)時顯示,在量程允許范圍內(nèi),經(jīng)TLC5615轉(zhuǎn)換和運(yùn)放放大的輸出電壓可用萬用表測得。最后,為了分析系統(tǒng)誤差的來源和測試電路連接的正確性,我將分若干次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。主要的方法是通過改變電阻和輸入電流的大小,用萬用表測出電壓輸出值。</p><p><b> 2.3 方案論證</b></p><p> 鑒于我自身的實(shí)際能力
34、考慮,在這里我挑選出了兩種可行的方案,現(xiàn)對它們進(jìn)行設(shè)計前分析和抉擇:</p><p> 第一種方案:我給出了幾個組成數(shù)控直流電流源主要成分。其中,鍵盤的作用是設(shè)定電流值;控制器是用來設(shè)定為8(或12)的二進(jìn)制輸出的電流值;按鍵設(shè)定的電流值在顯示器上可以進(jìn)行正確的顯示;數(shù)模轉(zhuǎn)換可以將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為可以在電路端口測到的模擬量,但模數(shù)轉(zhuǎn)換與其相反,它是通過按鍵設(shè)定的電流值與用萬用表顯示的輸出電流值相同,輸出的模擬
35、量與數(shù)字量可以相互轉(zhuǎn)換,最后能將其反饋到控制器。如圖1所示:</p><p> 圖1 方案一的方框圖</p><p> 第二種方案:方框圖如圖2所示,整個系統(tǒng)的核心是單片機(jī),電流的輸出值是通過按鍵步進(jìn)調(diào)節(jié)的,電壓的輸出值是通過改變輸入D/A的數(shù)字量進(jìn)行的。為使系統(tǒng)硬件更加簡潔,各類功能易于實(shí)現(xiàn)。對于數(shù)據(jù)的設(shè)置以及電流的步進(jìn)操作,我采用有關(guān)程序進(jìn)行控制的。</p><
36、;p> 圖2 方案二方框圖</p><p> 2.4 總體方案設(shè)計</p><p> 方案一的直流電流源的設(shè)計簡單,采用DAC控制和電流的改變可以通過FPGA來獲得??赏ㄟ^LED管觀察得到的數(shù)據(jù)。</p><p> 方案二的設(shè)計使用單片機(jī)和有關(guān)程序作為整個電路的核心,結(jié)合Proteus軟件可以實(shí)現(xiàn)模擬仿真,因此,可以調(diào)整得到較精確的電源的電流值數(shù)值
37、。也可以通過Keil等軟件編程,可實(shí)現(xiàn)更加詳細(xì)功能和細(xì)微的操作變化。最后采用LCD進(jìn)行實(shí)時顯示。該方案的困難之一是,設(shè)計穩(wěn)定的恒流源和精密電流檢測電路。其優(yōu)點(diǎn)是步進(jìn)電流的量可以被精確地控制,并且在電流輸出和負(fù)載之間的關(guān)系幾乎沒有影響。</p><p> 通過多次與老師進(jìn)行探討和從個人實(shí)際能力出發(fā),基于我能夠較好應(yīng)用單片機(jī)的能力。最后,我決定采用方案二實(shí)施有關(guān)程序的設(shè)計和電路的仿真。</p><
38、;p> 3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計</p><p> 3.1 硬件系統(tǒng)的模塊</p><p> 3.1.1 電路設(shè)計</p><p><b> ?。?)按鍵電路</b></p><p> 如圖3所示。按鍵是常用的一類電路開關(guān),其中,不同的代碼賦予于不同的按鍵上,我們稱之為鍵碼。由于電路中高、低電平兩種狀態(tài)是通過
39、按鍵的閉/開來控制的,因此,實(shí)際電路操作中會產(chǎn)生抖動。本次設(shè)計為了保證實(shí)驗(yàn)的精確性,我采用了軟件程序來去除抖動的方法。</p><p> 圖3 單片機(jī)的按鍵電路圖</p><p><b> (2) 復(fù)位電路</b></p><p> 復(fù)位信號是在復(fù)位電路中生成的,并且它作用于微控制器的RST引腳并將信號送入單片機(jī)中進(jìn)行的(注:若使單片機(jī)
40、可以有效地復(fù)位,RST端子應(yīng)保持超過10 MS高電平。),且單片機(jī)的各狀態(tài)在復(fù)位后都恢復(fù)到初始化狀態(tài)。復(fù)位邏輯電路圖如圖4所示。</p><p> 圖4 單片機(jī)復(fù)位電路圖</p><p> (3) STC89C52單片機(jī)</p><p> STC89C52是一種低耗高性能且全雙工異步串行口的微控制器。它有40個引腳可以供使用,2個16位定時/計數(shù)器,2個優(yōu)先
41、級,同時內(nèi)含5個中斷源等。STC89C52的存儲器系統(tǒng)由8 K 字節(jié)程序存儲空間和256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間組成。需要強(qiáng)調(diào)的是它沒有內(nèi)帶EEPROM存儲空間。</p><p> 此單片機(jī)擁有4個8位的并行雙向I/O口,它們分別記作P0、P1、P2、P3,其不但可以按字節(jié)尋址,而且還可按位尋址。其中:</p><p> P2口(P2.0-P2.7,21-28腳):它輸出高8位地址,當(dāng)其訪問
42、片外 EPROM/RAM 時。</p><p> P3口(P3.0-P3.7,10-17腳):每個引腳都有第二功能。 </p><p> 表1 P3口線第二功能</p><p> 單片機(jī)系統(tǒng)圖如圖5所示。</p><p> 圖5 單片機(jī)系統(tǒng)圖</p><p> 3.1.2 電源模塊</p>
43、<p> 該系統(tǒng)使用220伏電源來獲得固定的直流電源,為了得到穩(wěn)定的直流電,我們要想辦法將220 V先降到一個低壓狀態(tài),在這里可以使用常規(guī)的變壓器。最后,為了得到電路所需的5 V電壓,我們可通過整流濾波獲得。由于電路中最大允許通過的電流是1安培,在這里我們不使用線性電源,因?yàn)?,它會造成過多熱量的功率,但開關(guān)電源LM2596可以消除這一弊端。穩(wěn)定的5伏的電路可以提供所需的直流電壓,并能滿足10 V輸出的最大電壓。</p
44、><p> 圖6 穩(wěn)壓電源電路圖</p><p> 3.1.3 顯示模塊</p><p> 方案一:不同的設(shè)定值以及其它輸出特性值可采用LED數(shù)碼管顯示,則不僅要求的數(shù)量較多而且使電路變得復(fù)雜。</p><p> 方案二:使用LCD液晶顯示。其具有輕薄短小,分辨率高,方便的顯示數(shù)字,功耗小等優(yōu)點(diǎn)。</p><p&g
45、t; 在本次設(shè)計中的LCD液晶選擇上,鑒于我們接觸到的字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的,所以,我采用LCD1602液晶模塊,它可以同時顯示16×02即32個字符(16列2行),它可以完全滿足設(shè)計的要求。LCD1602具有體積小與顯示內(nèi)容豐富等功能,常被用在袖珍型儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中,其與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式。如下表2所示。</p><p> 表2 LCD16
46、02引腳功能</p><p> 根據(jù)上面所敘述的內(nèi)容,我最后采用的是LCD液晶顯示所設(shè)定的電流值。連接電路圖如圖7所示。</p><p> 圖7 LCD1602與單片機(jī)的接線圖</p><p> 3.1.4 鍵盤模塊</p><p> 本按鍵模塊使用的是獨(dú)立操作按鍵,按鍵一端接I/O口,一端接地且單片機(jī)的I/O口都有內(nèi)部上拉。當(dāng)按
47、鍵沒有按下的時候I/O口檢測到的是高電平;反之,它為低電平(相當(dāng)于I/O短接地)。這樣的話,我們就可以根據(jù)I/O口端電壓的高低來判斷按鍵的使用情況。在電路板上,我設(shè)計了四個按鍵,它們分別被命名為功能按鍵(SET)、增加按鍵(+)、減少按鍵(-)、復(fù)位鍵(RESET)。其電路圖如圖8所示。</p><p> 圖8 鍵盤與單片機(jī)的接線圖</p><p> 3.1.5 擴(kuò)流模塊</
48、p><p> 如圖9所示。因D/A輸出功率是有限的,所以我們需要額外和擴(kuò)大電流電路。我們可以這樣做,把D/A的輸入端連接到LM358的輸出端,并要求兩者應(yīng)同向連接。三極管TIP31C在電路中的作用是進(jìn)行電路擴(kuò)流,這是為了達(dá)到輸出電流為1 A的設(shè)計要求,另一個重要作用是防止燒壞D/A轉(zhuǎn)換器的可能性。</p><p> 圖9 功率放大電路圖</p><p> 3.1
49、.6 D/A模塊</p><p> 在D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)置中,對于轉(zhuǎn)換器的選擇,我們要從設(shè)計的內(nèi)容和要求進(jìn)行細(xì)致的系統(tǒng)的分析。在使用之前,我仔細(xì)分析了老師給出的寶貴意見。最后,我決定采用了TLC5615,它是一種10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。詳細(xì)引腳功能如圖10:</p><p> 圖10 TLC5615引腳圖</p><p> ?。?)DIN:串行數(shù)據(jù)輸入端; <
50、/p><p> ?。?)SCLK:串行時鐘輸入端; </p><p> ?。?)CS:芯片選用通端,低電平有效; </p><p> ?。?)DOUT:用于級聯(lián)時的串行數(shù)據(jù)輸出端; </p><p> ?。?)AGND:模擬地; </p><p> ?。?)REFIN:基準(zhǔn)電壓輸入端;</p><p&g
51、t; 3.1.7 TLC5615時序設(shè)計</p><p> 如圖11所示。當(dāng)CS為低電平時,我們可以看到DIN中的數(shù)據(jù)被SCLK時鐘的上升沿移入到16位移位寄存器中(注:二進(jìn)制最高有效位被導(dǎo)前移入);但當(dāng)其為高電平時,就不能把數(shù)據(jù)移入了。最后可供DAC電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p> 圖11 TLC5615工作時序圖</p><p> 3.2 系統(tǒng)的原
52、理圖</p><p><b> 詳見附錄。</b></p><p><b> 4 系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p> 4.1 單片機(jī)使用狀況</p><p> 本設(shè)計中數(shù)控直流電流源的數(shù)據(jù)要存儲到數(shù)據(jù)存儲器中去,用到了30 H到50 H之間的單元。通常數(shù)控直流電流源須根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)
53、節(jié)的,因此,需要在單片機(jī)的P口上加上按鍵,即直接接在P 2口上。電路中的液晶顯示器,我們可以把它接到單片機(jī)的P0口線上,其使能端接到了P 3口線。</p><p> 4.2 軟件系統(tǒng)的模塊</p><p> 4.2.1 定時模塊</p><p> 在具體的操作過程中,主要用到了兩種定時模塊,它們在電路中各有不同的作用。其一是為了保證按鍵程序掃描結(jié)果的正確性
54、,同時,為了將抖動對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響降到最低,尤其是電壓抖動。所以,當(dāng)使用按鍵設(shè)置數(shù)據(jù)時,我們第一要做的工作是去抖動。其二是由于我們在觀察東西的時候,它需要一個傳輸時間才能把我們看到的信息送到大腦中。正是這一點(diǎn),因此我們要盡量延長屏幕上數(shù)字顯示內(nèi)容的時間,從而確保我們能觀察到所需要的內(nèi)容。無論是抖動的去除還是數(shù)碼管延時顯示,在這里,我均采用軟件的方法來實(shí)現(xiàn)。</p><p> 4.2.2 LCD顯示模塊<
55、/p><p> 關(guān)于寄存器選擇如下表3。</p><p> 表3 寄存器選擇控制表</p><p> 1602液晶模塊與器件接口如圖12所示: </p><p> 圖12 LCD1602接口圖</p><p> 4.3 程序流程圖</p><p> 4.3.1 主控制流程圖<
56、;/p><p> 如圖13所示。對于這次數(shù)控直流電流源的設(shè)計,我是運(yùn)用將其構(gòu)建成模塊的方式進(jìn)行的。使用此方式不但可加強(qiáng)系統(tǒng)邏輯性,而且使系統(tǒng)看起來更加的直觀和立體,便于理解和復(fù)查。</p><p> 圖13 主控制流程圖</p><p> 4.3.2 按鍵操作流程圖</p><p> 如圖14所示。在本次程序設(shè)計中,為了便于按鍵的操作
57、,我專門設(shè)計了一個按鍵掃描子程序。它的功能是,分配各個按鍵的操作功能,實(shí)時監(jiān)督不同按鍵得到的指令,并對所得到的信息進(jìn)行掃描歸納。我的判斷依據(jù)是由于在設(shè)計中鍵碼與按鍵是一一對應(yīng)的,那么可以根據(jù)鍵碼來判斷按鍵是否按下。</p><p> 圖14 按鍵掃描流程圖</p><p> 4.3.3 D/A轉(zhuǎn)換流程圖</p><p> 如圖15所示。下圖給出了數(shù)模轉(zhuǎn)換的
58、具體步驟,它的元件選用要根據(jù)課題要求來選擇。交流電壓向電路提供所需電壓,隨后數(shù)模轉(zhuǎn)換器開始工作,電路中的數(shù)據(jù)開始交換,測試電路運(yùn)行情況,最后關(guān)閉電源。</p><p> 圖15 D/A轉(zhuǎn)換流程圖</p><p> 4.3.4 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖</p><p> 如圖16所示。系統(tǒng)在進(jìn)行部分的操作過程中,它所使用的是十進(jìn)制數(shù),且數(shù)制是不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的,但做除法
59、要進(jìn)行。 </p><p> 圖16 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖</p><p> 4.3.5 LCD顯示流程圖</p><p><b> 如圖17所示。</b></p><p> 圖17 LCD顯示流程圖</p><p><b> 4.4 程序清單</b></p
60、><p><b> 附錄中有所需程序。</b></p><p><b> 5 仿真測試</b></p><p> 5.1 設(shè)計結(jié)論及使用方法</p><p> 本次設(shè)計比較成功,在按鍵操作中能夠按照預(yù)先給定的功能進(jìn)行操縱,并完成了進(jìn)行數(shù)控直流電流源的顯示。如圖18所示。</p>
61、<p> 首先運(yùn)行Proteus軟件,在計算機(jī)上找到已經(jīng)設(shè)計好的電路文件并雙擊打開,然后點(diǎn)擊單片機(jī)的線路圖,加載提前通過軟件編程的應(yīng)用程序,單擊run按鈕,整個電路的性能測試就可以進(jìn)行了。詳細(xì)操作說明:按了復(fù)位鍵之后,液晶顯示屏上顯示“Set Current 1.00 A”。不能直接按增減鍵來進(jìn)行電流的調(diào)節(jié),需要按下功能鍵才能進(jìn)入電流設(shè)置,這個時候我們可以看到光標(biāo)在數(shù)據(jù)下方閃動。然后,我們可以手動實(shí)現(xiàn)步進(jìn),屏幕會顯示變化的
62、數(shù)據(jù),直到是想要的數(shù)字即可設(shè)定。</p><p> 圖18 仿真界面圖</p><p><b> 5.2 仿真結(jié)果</b></p><p> 5.2.1 輸出電流范圍仿真</p><p> 在量程內(nèi)顯示正確結(jié)果,必須在設(shè)計程序上滿足限制電流輸出范圍是0~1000 mA,限定輸出電壓值小于或等于10 V的前提
63、條件;從而,當(dāng)我們所預(yù)置的數(shù)字超過系統(tǒng)的量程時,其不能在頻幕上顯示。</p><p> 在電流設(shè)置的環(huán)節(jié)中,我們在仿真模擬時開始應(yīng)先按下SET鍵,系統(tǒng)會出現(xiàn)如圖19所示畫面,這時可手動輸入數(shù)據(jù),它在量程0~1000 mA內(nèi),則會正確顯示,若不滿足0~1000 mA,則顯示器無法顯示。</p><p> 圖19 輸出電流值SET顯示界面圖</p><p> 5
64、.2.2 步進(jìn)調(diào)整仿真</p><p> 通過點(diǎn)擊SET鍵進(jìn)行數(shù)值的設(shè)定,這個操作只有在有效量程內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的。具體操作是點(diǎn)擊增加鍵(+)、減少按鍵(-)來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)的,它的步進(jìn)電流值是0.001 安培,電流數(shù)值大小的變化可通過顯示器觀察得到。</p><p> 5.2.3 輸出電流仿真</p><p> 下圖20所示是通過按鍵步進(jìn)調(diào)節(jié)使仿真電流達(dá)到200 m
65、A,并外接2.0歐姆負(fù)載電阻時的狀態(tài)。經(jīng)按鍵操作將電流值預(yù)置為200毫安,在電路外接萬用表測得實(shí)際輸出的電流值和電壓值。做好對所需器材準(zhǔn)備,下面就進(jìn)行仿真環(huán)節(jié)了。</p><p> 圖20 負(fù)載電阻為2.0仿真狀態(tài)圖</p><p> 表4 負(fù)載RL=2.0Ω的數(shù)據(jù)表格</p><p><b> 當(dāng)電阻為3.0時</b></p&
66、gt;<p> 表5 負(fù)載RL=3.0Ω的數(shù)據(jù)表格</p><p> 5.2.4 仿真軟件的介紹</p><p> Proteus軟件所提供了上萬種元器件,新元件可能是現(xiàn)在技術(shù)無法制造的或者是我們無法把一些性能加到實(shí)際元件中去的,現(xiàn)實(shí)中不能滿足人們的科研要求的。Proteus就很好的解決了這一遺憾,更加重要的是,Proteus還提供了目前所使用的儀器所沒有的功能,這
67、為人們進(jìn)行科研和電路開發(fā)奠定了良好的開端。一些實(shí)驗(yàn)需要在理想情況下才能進(jìn)行,現(xiàn)在可以在計算機(jī)上直接模擬進(jìn)行了,這是在實(shí)踐中很難實(shí)現(xiàn)的。但Proteus軟件的出現(xiàn)很好地解決了這個難題,它不但給人們提供了一個實(shí)踐的互動平臺,而且更是節(jié)約了儀器制造的成本。</p><p> 該軟件的特點(diǎn)是:①支持PCB自動或人工布線,擁有多樣的激勵源包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖等。②互動的電路仿真。③提供軟件調(diào)試功能??膳cKe
68、il和Hitesh結(jié)合,進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。</p><p> 總之,所做的基于單片機(jī)的數(shù)控直流電流源電路能夠利用仿真軟件先在計算機(jī)上進(jìn)行模擬。</p><p><b> 5.3 誤差分析</b></p><p> 輸出電流的紋波的影響。為了消除影響,我們可以采用,不要將器件靠近容易產(chǎn)生脈沖工作設(shè)
69、備和降低電源紋波等一系列屏蔽的方法。</p><p> 在運(yùn)放前加一級晶體管或者場效應(yīng)管的差分級,選擇低噪聲的運(yùn)放。</p><p> 該設(shè)計的電流源可能存在的誤差,第一種是移位電路電壓參考價值是不是非常標(biāo)準(zhǔn),按照設(shè)定的期望能否輸出所需電壓值。運(yùn)用高標(biāo)準(zhǔn)測量電路,標(biāo)準(zhǔn)化移位電路的輸出電壓。第二個能否達(dá)林管按照對應(yīng)的理想條件下開展相應(yīng)的工作。 </p><p>&
70、lt;b> 結(jié)束語</b></p><p> 不知不覺就要馬上畢業(yè)了,在這幾個月的課程設(shè)計中,它讓我學(xué)會了好多道理,讓我認(rèn)識到了自己的不足并給予了我補(bǔ)救的機(jī)會。在這里我認(rèn)識到知識永遠(yuǎn)是沒有盡頭的,自己在這段時間里雖然有時會感覺很累,但真的很充實(shí),很感謝學(xué)校能給予我們這個證明自己能力的機(jī)會。它讓我對本專業(yè)有了新的見解,明白了自己將來能做哪些方向,具體怎么做的問題。通過它讓我知道了電子世界不會那
71、么的枯燥無趣,在它的身上也有很多的奧妙等著我們?nèi)ヒ灰唤獯稹?lt;/p><p> 大學(xué)四年即將結(jié)束,在河南城建學(xué)院學(xué)習(xí)的過程將是我人生的一筆珍貴的財富,我想我會很珍惜這些用四年匆匆青春換來的知識,在這里我學(xué)到了很多專業(yè)知識和一些已經(jīng)或者將要懂得的做人的道理,對于這里的一切我都報以感恩的態(tài)度來表達(dá)我對母校的熱愛,在即將進(jìn)入社會的時候,我能將所學(xué)理論知識運(yùn)用到實(shí)踐中去,基于此來完成此次課題設(shè)計,我感到非常的高興。<
72、;/p><p> 這次設(shè)計給我?guī)淼挠绊戇€是很大的,經(jīng)歷它之后我看到了本專業(yè)知識的欠缺,還有許多的知識等著我去學(xué)習(xí)和運(yùn)用,讓我明白了畢業(yè)不是對知識學(xué)習(xí)的終結(jié)而是真正的開始。我很慶幸自己還有機(jī)會和時間去彌補(bǔ)自己的不足,讓我在離開母校的時候還能進(jìn)一步提高自己。經(jīng)過這幾個月的不斷摸索和實(shí)踐,我發(fā)現(xiàn)自己的動手能力得到了很大的提高,一些自己不會做的不能做到的基于單片機(jī)的設(shè)計慢慢的我也能做出來了,對于一些原理和仿真軟件的操作也
73、有了自己的一些獨(dú)特見解。在這個勞累且生活充實(shí)的過程中,我從身邊的每個人身上都看到了一個共同的精神縮影即拼搏的沖勁,它給予我的不僅僅是精神上的震撼還有行動上支持,我想這種精神會伴隨著自己一生,在我即將離開生活四年的母校,踏入社會的時刻將使我受益終身。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 孫肖子.模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ) [M]西安電子
74、科技大學(xué)出版社,2009</p><p> [2] 閻石.?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,1997年</p><p> [3] 曾 波.?dāng)?shù)控恒流源.電子世界 [J] 第九期,2005</p><p> [4] 何廣興.新編電子電路實(shí)用手冊 [M] 北京:電子工業(yè)出版社,2011</p><p> [5] 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)
75、用.西安:西安電子科技大學(xué),2002年</p><p> [6] 劉樹中,孫書膺,王春平.單片機(jī)和液晶顯示驅(qū)動器串行接口的實(shí)現(xiàn)[J].微計算機(jī)信息,2007</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 經(jīng)過幾個月忙碌,從第一天拿到畢業(yè)課題到現(xiàn)在設(shè)計的結(jié)束。這期間發(fā)生了很多事情,借此機(jī)會我要向那些在設(shè)計過程中幫助我的人表達(dá)
76、最深切的謝意。首先說的是我的導(dǎo)師X老師,拿到課題后我們組去跟老師會面,我對老師的第一印象就是瘦瘦高高的,給人一種很親切的感覺。在設(shè)計過程中,當(dāng)我遇到瓶頸時,徐老師幫我梳理思路,分析問題的癥結(jié)所在提出了一些邏輯清晰,富有建設(shè)性的建議,在我進(jìn)行實(shí)物焊接的過程中,遇到了一些自己無法解決的難題,X老師能在百忙之中幫助我解決一些技術(shù)性的問題。X老師在這段時間給予了我莫大的幫助,給我的接下來的人生帶來了很大影響。 </p><p
77、> 在這一路走來的過程中,我碰到很多事很多的難題,這不禁讓我感到自己專業(yè)知識的欠缺和有關(guān)技能的缺失,更讓我明白了一分辛苦一分收獲這句真理。任何人如若想取得一分成績,就要付出十分的努力。這對我的未來有很大的幫助。</p><p> 盡管有些地方,我做的并不是十分的完美,一些基礎(chǔ)理論知識掌握的還不是很牢固,但我想只要敢想敢做多向老師同學(xué)請教最后總能順利解決的。在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中,許多我無法解決的問題是通
78、過尋求老師同學(xué)的幫助才得以解決。再次感謝他們對我的幫助!</p><p><b> 附 錄</b></p><p><b> 系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b> 實(shí)物圖</b></p><p><b> 程序清單</b></p&g
79、t;<p> ;************************************************************ </p><p> ;****;在本次課程設(shè)計的程序中,我用到的是液晶顯示器,其使能***</p><p> ;****;端接單片機(jī)的P3.0,P3.1,P3.2引腳,用到了DA轉(zhuǎn)換等需要 ***</p>&
80、lt;p> ;****;的暫存單元分別為30H到35H,其中還有一些必要的標(biāo)志位存***</p><p> ;****;在在36H到4AH單元。按鍵接單片機(jī)的P2.0到P2.7,液晶顯示***</p><p> ;****;顯示器數(shù)據(jù)口接單片機(jī)的P0.0到P0.7,本數(shù)控直流電流源有加 ***</p><p> ;****;減調(diào)整,采用閉環(huán)
81、控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,精確度更高。***</p><p> ;************************************************************</p><p> #include<reg52.h></p><p> #define uchar unsigned char </p><p&g
82、t; #define uint unsigned int</p><p> sbit rs=P3^0; </p><p> sbit rw=P3^1; </p><p> sbit lcden=P3^2; //液晶顯示屏相關(guān)位定義</p><p> sbit AD_OUT=P1^0;</p>
83、<p> sbit AD_IN=P1^1;</p><p> sbit AD_CS=P1^2;</p><p> sbit AD_CLOCK=P1^3;</p><p> sbit DA_IN=P3^3;</p><p> sbit DA_CK=P3^4;</p><p> sbit DA_C
84、S=P3^5;</p><p> sbit x=P1^4;</p><p> uchar code table1[]="Are you sure ";</p><p> uchar code table2[]=" to set I? ";</p><p> uchar code
85、table3[]=" ERROR!RESET! ";</p><p> unsigned long int temp0,temp1;</p><p> uint ADCdat,i,AD_DAstart;</p><p> float Voltage1,Voltage2,r;</p><p> int vol,r
86、tt;</p><p> uchar set,volarry0[4],volarry1[4],rt[2];</p><p> char iset[5]={0,0,2,0,0,};</p><p> void led_init(); //函數(shù)聲明</p><p> void delayms(uint z);&
87、lt;/p><p> void delay(uint t);</p><p> void write_com(uchar com);</p><p> void write_date(uchar date);</p><p> void display_AD();</p><p> uint read2543(u
88、char port);</p><p> void Send1456(uint DACdat);</p><p> void keyscan();</p><p> ;************************************************************</p><p> ;****;
89、 主程序 ****</p><p> ;************************************************************</p><p> #include<reg52.h></p><p> #include"LCD1602.h"
90、</p><p><b> //IO接口定義</b></p><p> sbit SCLK = P3^1;//TLC5615時鐘接口</p><p> sbit DIN = P3^2;//TLC5615數(shù)據(jù)接口</p><p> sbit CS = P3^0;//TLC5615片選接口</p>
91、<p> sbit key_1 = P3^5;//按鍵1</p><p> sbit key_2 = P3^6;//按鍵2</p><p> sbit key_3 = P3^7;//按鍵3</p><p> double outPut = 0; //輸出數(shù)據(jù)變量</p><p> unsigned cha
92、r key_count = 0;//按鍵狀態(tài)變量</p><p> void tlc5615(unsigned int temp)//TLC5615寫數(shù)據(jù)函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> unsigned char i;//定義變量供后續(xù)使用</p><p> temp &l
93、t;<= 5;//將要輸出的DA數(shù)據(jù)左移5位</p><p> CS = 0;//片選給0</p><p> SCLK = 0;//時鐘IO口初始化</p><p> for(i=0;i<12;i++)//分12次將數(shù)據(jù)寫入</p><p><b> {</b>&
94、lt;/p><p> if((temp & 0x8000) == 0x8000)//判斷temp最高位是否為1</p><p> DIN = 1;//數(shù)據(jù)IO口給高</p><p> else//如果temp最高位為0</p><p> DIN = 0;//則數(shù)據(jù)IO口給低</p>
95、<p> SCLK = 1;//給一個時鐘上升沿</p><p> temp = temp<<1;//將temp變量左移1位</p><p> SCLK = 0;//恢復(fù)時鐘IO口</p><p><b> }</b></p><p> CS = 1;
96、//取消TLC5615片選</p><p><b> }</b></p><p> void delayms(unsigned int i)//ms級延時</p><p><b> {</b></p><p> unsigned int j,k;//定義兩個變
97、量,用于延時函數(shù)</p><p> for(j = 0;j<i;j++)//i決定延時多少ms</p><p> for(k = 0;k<120;k++);//空循環(huán)</p><p><b> }</b></p><p> void key_scan(void)//按鍵掃描
98、函數(shù)。</p><p><b> {</b></p><p> unsigned int temp;//定義局部變量用于這個函數(shù)內(nèi)</p><p> if(key_1 == 0)//如果第一個按鍵按下</p><p><b> {</b></p><
99、p> delayms(10);//延時消抖</p><p> if(key_1 == 0)//如果第一個按鍵確實(shí)按下</p><p><b> {</b></p><p> key_count++;//按鍵狀態(tài)變量加1</p><p> if(key_count == 1)
100、//如果按鍵狀態(tài)為1</p><p><b> {</b></p><p> LCDDispNum(8,2,(int)(outPut*10)%10);//刷新電流小數(shù)點(diǎn)后第一位</p><p> LCDCursor();//LCD1602上顯示光標(biāo),此時光標(biāo)顯示在小數(shù)點(diǎn)后第二位</p><p><
101、b> }</b></p><p> if(key_count == 2)//如果按鍵狀態(tài)為2</p><p><b> {</b></p><p> LCDDispChar(7,2,'.');//在LCD1602上顯示小數(shù)點(diǎn)</p><p> LCDCursor();
102、//LCD1602上顯示光標(biāo),此時光標(biāo)顯示在小數(shù)點(diǎn)后第一位</p><p><b> }</b></p><p> if(key_count == 3)//如果按鍵狀態(tài)為3</p><p><b> {</b></p><p> LCDDispChar(5,2,'
103、9;);//在LCD1602上顯示空格</p><p> LCDCursor();//LCD1602上顯示光標(biāo),此時光標(biāo)顯示在小數(shù)點(diǎn)前一位</p><p><b> }</b></p><p> else if(key_count == 4)//如果按鍵狀態(tài)為4,則設(shè)定完畢</p><p><b&
104、gt; {</b></p><p> key_count = 0; //清除按鍵狀態(tài)標(biāo)志位</p><p> LCDDispString(3,1,"Set Current");//屏幕上顯示設(shè)置電流</p><p> LCDDispNum(6,2,(int)(outPut)%10);//在LCD160
105、2上將設(shè)置的電流顯示出來</p><p> LCDDispChar(7,2,'.');</p><p> LCDDispNum(8,2,(int)(outPut*10)%10);</p><p> LCDDispNum(9,2,(int)(outPut*100)%10);</p><p> temp=outPut*10
106、23/1.2841055;//將設(shè)置好的電流轉(zhuǎn)換后存儲到temp變量中</p><p> tlc5615(temp);//將上一句得到的數(shù)據(jù)輸入到TLC5615中輸出</p><p> LCDNotCursor();//取消光標(biāo)顯示</p><p><b> }</b></p><p
107、><b> }</b></p><p> while(!key_1);//直到按鍵松開</p><p><b> }</b></p><p> if(key_2 == 0) //如果增加鍵按下</p><p><b> {</b><
108、/p><p> delayms(10);//延時消抖</p><p> if(key_2 == 0)//如果增加鍵確實(shí)按下</p><p><b> {</b></p><p> if(key_count == 1)//如果按鍵狀態(tài)為1,則表明以0.01A增加</p><
109、p><b> {</b></p><p> outPut = outPut+0.01;//輸出電流增加0.01A</p><p> if(outPut > 1.00)//如果超過1A</p><p><b> {</b></p><p> outPut = 1.00;
110、//不能再次增加輸出電流,并且限制為1A</p><p><b> }</b></p><p> LCDDispNum(6,2,(int)(outPut)%10);//刷新顯示輸出電流</p><p> LCDDispNum(9,2,(int)(outPut*100)%10);</p><p> LCDDis
111、pNum(8,2,(int)(outPut*10)%10);</p><p><b> }</b></p><p> else if(key_count == 2)//如果按鍵狀態(tài)為2,則表明以0.1A增加</p><p><b> {</b></p><p> outPut = out
112、Put+0.1;//輸出電流增加0.1A</p><p> if(outPut > 1.00)//如果輸出電流大于1A</p><p><b> {</b></p><p> outPut = 1.00;//不能再次增加輸出電流,并且限制為1A</p><p><b> }</b&
113、gt;</p><p> LCDDispNum(6,2,(int)(outPut)%10);//刷新顯示輸出電流</p><p> LCDDispNum(9,2,(int)(outPut*100)%10);</p><p> LCDDispNum(8,2,(int)(outPut*10)%10);</p><p> LCDDisp
114、Char(7,2,'.');</p><p><b> }</b></p><p> else if(key_count == 3)//如果按鍵狀態(tài)位3,則表明以1A增加</p><p><b> {</b></p><p> outPut = outPut+1.0;/
115、/輸出電流增加1A</p><p> if(outPut > 1.00)//如果輸出電流大于1A</p><p><b> {</b></p><p> outPut = 1.00;//不能再次增加輸出電流,并且限制為1A</p><p><b> }</b></p>
116、;<p> LCDDispNum(6,2,(int)(outPut)%10);//刷新顯示輸出電流</p><p> LCDDispNum(9,2,(int)(outPut*100)%10);</p><p> LCDDispNum(8,2,(int)(outPut*10)%10);</p><p> LCDDispChar(5,2,
117、9; ');</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> while(!key_2);//直到增加鍵松開</p><p><b> }</b></p><p> if(k
118、ey_3 == 0)//如果減少鍵按下</p><p><b> {</b></p><p> delayms(10);//延時消抖</p><p> if(key_3 == 0)//如果減少鍵確實(shí)按下</p><p><b> {</b></p>
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