单片机直流4～20mA电流信号发生器.doc

辽 宁 工 业 大 学单片机及接口技术课程设计（论文）题目：直流420mA电流信号发生器院（系）： 电子与信息工程学院 专业班级： 通信091班 学 号： 090405031 学生姓名： 张晓妲 指导教师： 李 宁 教师职称： 讲 师 起止时间：2012.07.052012.07.13 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息教研室学 号090405031学生姓名张晓妲专业班级通信091课程设计（论文）题目直流420mA电流信号发生器课程设计（论文）任务主要技术指标及要求：1、直流电流信号在420mA之间可调，分辨率为1/250。2、按键可选择输出电流。3、显示器可显示输出电流。设计内容：1、分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。2、论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体结构框图，分析工作原理。3、完成各单元具体电路的设计：单片机最小系统、D/A转换、显示等电路。包括元器件选择、工作原理分析。4、写出程序流程图及汇编源程序。5、完成课程设计说明书。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目 录第1章 设计方案论证11.1设计的应用意义11.2 设计方案选择11.3总体设计方案框图及分析2第2章硬件电路设计32.1电源电路设计32.2时钟复位电路设计32.3 8051单片机设计与D/A接口电路设计42.4 偏移电路设计52.5 放大电路电路设计526按键、显示电路设计6第3章 程序设计83.1程序流程图83.2源程序清单8第4章 设计总结11参考文献12附录113附录214第1章 设计方案论证1.1设计的应用意义 信号发生器在科技领域和生产实践中有着非常广泛的应用。单片机的信号发生器抗干扰性强、功耗低、成本低、易实现，具有很高的使用价值。随着大规模集成电路的迅速发展，多功能信号发生器已被制作成专用集成电路。发生器作为一种常用的信号源，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机测试时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器，因而广泛应于通信、雷达、导航、宇航等领域。在MCS-51单片机的应用过程中，经常需要设计可调直流电流信号。而在单片机控制应用中对实时性和计算精度的要求非常高，因此，非常有必要研究有效的可调方法。 1.2 设计方案选择 信号发生器的设计任务就是产生三路信号，并且提供和主机通讯的软硬件接口。首先根据输出信号的频率和幅值进行编码，存储在单片机的ROM里，然后以一定的时间间隔依次将这些数字量送往 D/A进行转换输出，这样，只要循环不已的送数，在D/A的双极性输出端就可以得到信号波形。信号的输出时序受上位机控制。 设计直流可调电流信号发生器。采用CPU系统，定时/计数器电路，按键显示电路来显示其数值。课程设计的主要任务是设计直流电流信号在4-20mA之间可调，分辨率为1/250。按键可显示输出电流，利用可调电源来控制其输出电流。信号发生器电源采用AC220V。1.3总体设计方案框图及分析系统硬件框图设计说明按键电 源电 路时钟复 位 电 路8051 单片机D/A 转换器偏移 放大电路显示图1.1 系统硬件框图第2章硬件电路设计2.1电源电路设计通过电源输入电路将220V交流电转换为直流电向主电路供电。保证电流信号发生器主电路安全可靠的工作。图2.1电源输入电路2.2时钟复位电路设计复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。以MSC-51为例，复位脉冲的高电平必须大于两个机器周期。若系统选用6MHz晶振，则一个晶振周期为2us，那么复位电路脉冲宽度应为4us。采用单片机片内的振荡器、上电复位和外部硬件看门狗电路。看门狗采用MAXIM公司的MAX706芯片,硬件电路如图。 MAX706可以提供至少200ms宽度的复位脉冲，为使看门狗溢出有效必须把MAX706的WDO和MR连接起来，看门狗输入WDI连接4051的任何一个I/O端口都可。MAX706在程序运行期间监控整个系统的运行，喂狗程序必须在1.6秒之内使WDI引脚电平发生改变，否则MAX706将发出复位指令，使整个系统复位，看门狗时序如图所示。图2.22.3 8051单片机设计与D/A接口电路设计DAC0832是具有8位精度的四通道D/A转换器，最小分辨电压约为4mV，可以满足设计的精度要求。每个通道都有一个输入锁存器，可以对输入的数字量进行锁存；输出端带有输出缓冲放大器。AD7226有一条写入控制线WR，两条地址线A0、A1，通过地址线可以选择不同的D/A转换通道。写入时序如图4所示由于8051没有专门的地址和读写控制引脚，此处可以通过普通的I/O引脚参考AD7226的写入时序，利用软件进行时序模拟。可以通过改变延时的时间来改变输出的频率。是利用4051的P3.0、P3.1口作为A0、A1的地址线，P3.5作为WR的写入控制线的硬件参考电路，相应的示例程序如下： . MOV P1, A ；P1口置数 MOV P3, #0FCH ；选择通道A CLR P3.5 ；置P3.5 低电平 SETB P3.5 ；置P3.5 高电平，上升沿锁存数据 LCALL DELAY ；调用延时子程序 . 图2.3 单片机及接口电路设计 2.4 偏移电路设计DAC0832的每一个通道都可以单独用来提供单极性或双极性的输出，要获得双极性的输出必须外加运算放大器和偏移电阻，输出电压的范围取决于参考电压的大小，是在单极性电源供电情况下的双极性输出电路图，要注意偏移电阻的阻值匹配。2.5 放大电路电路设计放大电路主要是对DAC0832输出的双极性电压信号幅值进行处理，以达到使用的要求。放大电路的输入极增加一个一阶低通滤波器，以防止D/A输出的高频成分干扰；采用低频运放作为射随器以提高输入阻抗。放大电路部分如图所示。 图2.4 放大电路设计 26按键、显示电路设计在单片机应用系统中，同时需要使用键盘与显示器接口时，为了节省I/O口线，常常把键盘与显示器做在一起，构成实用的键盘，显示器组合接口电路。本设计采用8155扩展I/O口构成的键盘，显示器接口电路。LED显示器采用共阴极。段选码有8155PB口提供，位选码有PA口提供。LED的驱动采用集电极开路输出8位驱动器8717。LED采用动态显示，软件译码，键盘采用逐列扫面查询工作方式。第3章 程序设计3.1程序流程图系统初始化化开始开启中断等待外部中断开启A/D转换器数据计算按功能显示接收按键信息返回3.2源程序清单键盘扫描子程序KEY: MOV A#30 MOV DPTR, #7F00H MOVX DPTR, AKEY1: ACALL KS JNZ LK1 ACALL DISPLAY AJMP KBZLK1: ACALL DISPLAY ACALL DISPLAY ACALL KS JNZ LK2 AJMP KBZLK2: MOV R2,#0FEH MOV R4, #00HLK3: MOV DPTR,#7F01H MOV A,R2 MOVX DPTR, A INC DPTR INC DPTRLONE: JB ACC, LTHR MOV A, #08H AJMP LKPLTOW: JB ACC ,LTHR MOV A, #10H AJMP LKPLTHR: JB ACC ,NEXT MOV A, #08HLKP: ADD A, R4 PUSH ACCLK4: ACALL DISPLAY ACALL KS JNZ LK4 POP ACCKBZ: MOV A,#0FFH AJMP KENDKS: MOV DPTR,#7F01H MOV A,#00H MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#0FHRET动态显示扫描子程序DISPLAY: MOV A,#03H MOV DPTR,#7F00H MOVX DPTR,A MOV R0, #78H MOV R3, #7FH MOV A,R3DIRO: MOV DPTR, #7F01H MOVX DPTR,A INC DPTR MOVA A,RO ADD A,#0DH MOVC A, APC MOVX DPTR, A ACALL DEL1 INC R0 MOV A, R3 JNB ACC.0,DIR1 RR A MOV R3,A AJMP DIR0DIR1: RETDSEG: DB 3FH, 06H,5BH; 4FH,66H,6DH,7DH,07H; DB 7FH, 6FH, 77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDEL1: MOV R7,#02HDEL0: MOV R6,#0FFH DJNZ R6,$ DJNZ, R7,DEL0 RET第4章 设计总结这次课程设计，我掌握了单片机接口设计的技巧，在查阅资料的过程中，学会了许多书本上学不到的东西，并且使自己的动手能力得到了加强，这次课程设计是我们学习完单片机及应用技术之后一次较为综合的设计，毫无疑问，每个人理论与实践的能力都得到了前所未有的锻炼，经过为期10余天的查阅资料、自己总结、与同学探讨等渠道，发现了自己在平时学习时的不足，以及出现的问题都得到了有效的解决，大学生课程设计对每个在校大学生都有很大意义，不但锻炼了我们运用知识的能力，并且为我们以后的毕业设计提供了基础，这次课程设计我更加清楚了以往学习过芯片的现实意义，详细的了解了他们各自的功能和引脚，学以致用是每一个学者学习的最终目的，尤其对我们理科生来讲，通过这次课程设计更加坚定了我学单片机和其他专业课的信心，并增强了对芯片的兴趣，激发了自己学习的动力，对以后的工作、研究有很大的帮助。参考文献1 梅丽凤等编著 单片机原理及接口技术 清华大学出版社2009.72 赵晶 主编 Prote199高级应用 人民邮电出版社，2000 3 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社2003.44 魏永昌.单片机外围电路设计.北京.电子工业出版社.20065 张鑫、华臻、陈书谦单片机原理及应用M电子工业出版社，2005P1101366 丁元杰、吴大伟单片微机实题集与实验