数控恒流源的设计毕业论文

1、数控恒流源的设计摘要：本设计是以压控恒流源为核心，STC89C52单片机为主控制器的数控恒流源。该恒流源可通过键盘设定输出电流值，自动调整恒流输出，最大电流可达2000mA，步进电流可达10mA，并且设定值和实际测试值能够在数码管上显示。系统由稳压电源提供所需电压和键盘设定的电流值；系统具有实时反馈的功能，其工作过程如下：采样电阻的输出电压，经A/D转换器转换为数字信号，输入单片机进行处理调控，单片机处理后的数字信号，再经D/A转换器输出模拟信号，并由信号放大器隔离放大，控制功率三极管基极电压，从而输出较稳定的电流。本系统适用于需要稳定性较高的小功率恒流源领域。关键词：恒流源； 单片机； 稳压

2、电源； A/D转换器； D/A转换器Design of Numerical Control Constant Current SourceAbstract：The design is based on voltage-controlled current source as the core, STC89C52 MCU-based controller, numerical control constant current source. The constant current source can set the output current value of the keyboard t

3、o automatically adjust the constant current output, maximum current up to 2000mA, the current step up to 10mA, and the set value and actual test values can be displayed in the digital control. System from the power supply to provide the required voltage and current values set keyboard; system with r

4、eal-time feedback function, and its working process is as follows: sampling resistor output voltage, after A / D converter is converted to digital signals, input single chip processor control, microcontroller processed digital signal, and then the D / A converter output analog signals, amplified by

5、the isolation signal amplifier, control the power transistor base voltage, and thus a more stable output current. This system is suitable for small power needs of high stability constant current source in the field.Key words: constant current source, SCM, regulated power supply, A / D converter, D /

6、 A Converter目 录第1章 绪 论11.1 概述11.1.1 国内外研究现状11.1.2 选题目的及意义21.2 主要研究内容2第2章 系统方案设计32.1 系统总方案设计32.1.1 系统总方案选择32.1.2 系统总结构框图32.2 恒流源方案选择与设计42.2.1 恒流源方案选择42.2.2 供电电源方案选择42.2.3 控制单元方案选择52.2.4 反馈系统方案选择52.3 性能分析及预期效果6第3章 系统硬件设计73.1 单片机小系统73.1.1 单片机原理概述7 单片机基本系统83.1.3 单片机串口通信93.2 键盘扫描103.2.1 键盘原理103.2.2 键盘硬件设

7、计103.3 A/D及D/A转换原理113.3.1 D/A转换原理113.3.2 A/D转换原理143.4 显示模块163.5 供电电源设计183.6 恒流源设计183.6.1 恒流原理与电路设计183.6.2 运算放大器电路193.6.3 误差来源分析20第4章 系统软件设计214.1 系统总程序设计214.1.1 系统I/O接口分配214.1.2 系统总程序设计214.2 系统子程序设计234.2.1 键盘扫描程序设计234.2.2 D/A转换子程序244.2.3 A/D转换子程序244.2.4 显示子程序设计25第5章 系统测试及数据分析275.1 系统调试275.1.1 仪器仪表275

8、.1.2 软硬件调试275.2 数据分析285.2.1 电压测试285.2.2 输出电流测试295.2.3 工作时间测试295.2.4 负载测试305.2.5 纹波电流测试31结论32致谢33参考文献34附录135第1章 绪 论1.1 概述 国内外研究现状 早在90年代中，半导体产商就开发出了数控电源管理技术，如今随着直流电源技术的飞速发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。并且，在当今科技快速发展过程中，模块化是直流电源的发展趋势，并联运行是电源产品大容量化的一个有效手段，可以通过设计N

9、+1冗余电源系统，实现容量扩展，提高电源系统的可靠性、可用性，缩短维修、维护时间，从而使企业产生更大的效益。如：扬州鼎华公司近年来结合美国Sorensen Amrel等公司的先进技术，成功开发了单机最大功率120KW智能模块电源，可以并联32台（可扩展到64台），使最大输出功率可以达到7600kW以上。智能模块电源采用电流型控制模式，集中式散热技术，实时多任务监控，具有高效、高可靠、超低辐射，维护快捷等优点，机箱结构紧凑，防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、运输及维修等困难。而且和传统可控硅电源相比有节电20%-30%的节能优势，奠定了它将是未来大功率直流电源的首选

10、。 国内的一些公司在数控恒流源研究和生产方面取得了很大的成就。如北京亿良科技有限公司的YL4001A系列的精密数控直流电流源，电流输出范围可达0-50mA，最大有效输出电压为1-10.5V，步进分辨率为0.01mA,输出电流准确度很高，为+/-0.05%即+/-100nA。输出端高阻状态下负载样品两端内部放电,避免样品静电损伤，内部输出补偿网络，可用于强电感性负载，4-20mA工业接口电流范围位于同一量程,提高测量连续性，4位数码管显示,提供任何光照条件下的良好可读性，前面板键盘操作,实现输出电流的精确控制，小型机架安装式设计,可组合为多路电流源系统。西安奥科公司生产的直流恒流源输出功率在30

11、W至200KW之间，电流值为3A-5000A。采用悬浮预稳技术，具有稳压CV和恒流CC等功能，有着固定电压输出、电流连续可调、可靠性高、稳定性好、纹波小等优点，不仅体积小重量轻，而且效率高、外型美观，工艺很先进。 选题目的及意义数控直流源是电子技术常用的仪器设备，广泛的应用于教学、工业和科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验作和科学研究所不可缺少的电子仪器。恒流源是模拟系统中广泛使用的一种单元电路或测试平台，在实际工程中也有广泛的用途，是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、

12、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切。当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步有待发展，高性能的数控恒流器件的开发和应用存在巨大的发展空间，本文正是应社会发展的

13、要求，研制出一种高性能的数控直流恒流源。本数控直流恒流源系统输出电流稳定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围5mA，输出电流可在20mA2000mA范围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。1.2 主要设计内容(1) 利用单片机作为整个恒流源的控制单元，采用C语言实现程序设计；(2) 利用键盘输入电流值，采用LED数码管显示电流值；(3) 输出电流范围02000mA；(4) 完成硬件电路的设计和焊板，通过本次设计加深对单片机课程和仿真工具的掌握及对仿真软件的应用；(5) 实现与软件联调功能，通过本次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑、校验，锻

14、炼理论了联系实际的能力；(6) 对输出电流、步进电流及不同的负载电流进行相应的测试，并分析数据结果，对恒流源性能数据及误差做出相应的结论。第2章 系统方案设计2.1 系统总方案设计 系统总方案选择方案一：采用恒流二极管或者恒流三极管，进行整流，输出稳定电流。这种方法精度比较高，但电路能实现的恒流范围很小，只能达到十几毫安，输出电流过小。方案二：采用单片机作为整个系统的控制单元，通过改变DAC0832的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流转换成电压，并经过ADC0832进行模数转换，间接用

15、单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。2.1.2 系统总结构框图 根据系统总方案，系统包括单片机控制系统、键盘输入、显示输出、电源、A/D与D/A转换等部分，系统总结构框图如图2-1所示。单片机及其外电路键盘输入输出显示交流输入整流滤波稳压电源恒流源D/A转换反馈通道A/D转换图2-1 系统结构框图2.2 恒流源方案选择与设计2.2.1 恒流源方案选择方案一：

16、采用恒流二极管或者恒流三极管。精度比较高，但这种电路能实现的恒流范围很小，只能达到十几毫安，不能达到题目的要求。 方案二：采用四端可调恒流源。这种器件靠改变外围电阻元件参数，从而使电流达到可调的目的，这种器件能够达到12000mA的输出电流。改变输出电流，通常有两种方法：一是通过手动调节来改变输出电流，这种方法不能满足题目的数控调节要求；二是通过数字电位器来改变需要的电阻参数，虽然可以达到数控的目的，但数字电位器的每一级步进电阻比较大，所以很难调节输出电流。方案三：压控恒流源。通过改变恒流源的外围电压，利用电压的大小来控制输出电流的大小。电压控制电路采用数控的方式，利用单片机送出数字量，经过D

17、/A转换转变成模拟信号，再送到大功率三极管进行放大。单片机系统实时对输出电流进行监控，采用数字方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率管的输出电流恒定。当改变负载大小时，基本上不影响电流的输出，采用这样一个闭路环节使得系统一直在设定值维持电流恒定。比较以上三种方案，方案三通过软件方法实现输出电流稳定，易于功能的实现，便于操作，故选择此方案，电路原理见第3章。2.2.2 供电电源方案选择方案一：计算机USB接口所提供的电源。此电源电压为+5V，优点在于方便快捷，不需要成本，只需一条USB数据线即可。缺点是功率低，只适合简单的数控电路。方案二：开关电源。此方案能够做出精度高、稳定、可控等优点的电源

18、，能够很好的为本系统提供所需电压和功率。然而开关电源电路复杂，成本太高，体积较大，不易制作。方案三：采用78系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波稳压。电流源部分由于要给外围测试电路提供比较大的功率，因此必须采用大功率器件。考虑到该电流源输出电压近10V，最大输出电流不大于2000mA，由公式P=U*I可以粗略估算电流源的功耗为20W。同时考虑到恒流源功率管部分的功耗，需要预留功率余量，因此供电电源要求能输出30W以上。此方案输出电压比较稳定，能满足系统所需的+5V与+15V电源，而且简单实用，而且易于制作。比较以上三种方案，方案三简单易做，完全能够提供系统所需的电压和功率，因此选择方案

19、三作为本系统供电电源方案。2.2.3 控制单元方案选择方案一：采用两个独立式按键实现电流步进控制，通过对DA转换器输入端数值步进实现输出电压步进；显示部分采用两个8位LED数码管分别显示预设电流和反馈电流。此方案优点在于容易制作，所需元器件较少，控制方式简单。缺点是步进控制比较费时，不易于及时操作。方案二：采用行列式键盘实现人机对话。可设置09等10个数字按键，对恒流源的输出电流进行预设，采用1602液晶显示器显示预设电流和反馈电流。行列式键盘简单易做，且比独立式按键所需I/O接口少，方便控制，且不用步进可直接设置电流大小。方案三：综合方案一与方案二，采用34行列式键盘。10个数字键，2个步进

20、键可以更好的对系统进行控制。采用8位LED数码管实现显示功能，简单易做，显示数值一目了然。综合以上三个方案，方案三具有方案一和二的优点，故采用方案三来实现控制单元的设计。2.2.4 反馈系统方案选择方案一：对负载两端电压进行采样。使ADC0832工作于差分输入方式，对负载两端电压进行采样，通过程序实现输出电流实时反馈。此方案的优点在于反馈值比较精确，采样电压为负载端电压，经转换采样电流即为输出电流。缺点是不易控制，随着负载变化，需要调整程序。方案二：对采样电阻电压采样。使ADC0832直接工作于单端输入方式，对功率管发射极电压采样，由电流源方案选择可知，基极电压约等于负载端电压，通过调整基极电

21、压，即可改变输出电流。此方案优点在于采样反馈方便，且易于控制，虽然有一定误差，但对系统影响不大。比较以上两个方案，方案二比方案一的优点不言而喻，故选择方案二来实现系统输出反馈，可达到设计要求。2.3 性能分析及预期效果本系统的性能指标主要由两大关系所决定，设定值与A/D采样显示值（系统内部测量值）的关系。内部测量值与实际测量值的关系，而后者是所有仪表所存在的误差。在没有采用数字闭环之前，设定值与内部测量值的关系只能通过反复测量来得出它们的关系，即要送多大的数才能使D/A输出与设定电流值相对应的电压值，再通过单片机乘除法再实现这个关系，从而基本实现设定值与内部测量值相一致。但由于周围环境等因素的

22、影响，使设定值与内部测量值的关系改变，使得设定值与内部测量值不一致，有时会相差上百毫安，只能重新测量设定值与A/D采样显示值的关系改变D/A入口数值的大小才能重新达到设定值与内部测量值相一致，也就是说还不稳定。在采用数字闭环后。通过比较设定值与A/D采样显示值，得出它们的差值，再调整D/A的入口数值，从而使A/D采样显示值逐步逼近设定值最终达到一致。而我们无须关心D/A入口数值的大小，从而省去了原程序中双字节乘除的部分，使程序简单而不受周围环境等因素的影响。内部测量值与实际测量值的误差是由于取样电阻与负载电阻和晶体管的放大倍数受温度的影响和测量仪表的误差所造成的，为了减少这种误差，一定要选用温

23、度系数低的电阻来作采样电阻，因此本系统选用大功率电阻作为采样电阻。通过各个方案总结及系统性能的分析，本设计完全能达到预期要求。系统所采用的转换器ADC0832与DAC0832均为8位数据控制，输出等级为28，即256级，步进电流约为2000/256，即可达到10mA的步进要求。采样电阻为1，D/A转换输出电压达到2V即可。输出功率最大为20W，所设计电源能提供足够的功率。第3章 系统硬件设计3.1 单片机小系统3.1.1 单片机原理概述单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具备通用微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活、强大的控制功能，以便能实时监控系统的输入输出量，实现自动控制。单片机具有

24、抗干扰性强，工作温度范围宽，可靠性高，控制能力强，指令系统较简单等诸多优点。目前单片机的应用已深入到国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起着重要的推动作用，其应用领域主要有自能仪器仪表、机电一体化、实时控制、民用电子产品及国防工业等。单片机系列产品应用比较广泛，本系统采用的单片机为STC89C52。硬件原理图如图3.1所示，单片机引脚描述如下：*电源:VCC：芯片电源，接+5V；GND： 接地端。 *时钟:XTAL1、XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 *控制线:控制线共有4根：ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲；ALE功能：用来锁存P0口送出

25、的低8位地址；PROG功能：片内EPROM的芯片，EPROM编程期间，引脚输入编程脉冲； PSEN:外ROM读选通信号；RST/VPD:复位/备用电源； RST（Reset）功能：复位信号输入端； VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源； EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源； EA功能：内外ROM选择端； Vpp功能：片内有EPROM的芯片，EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 *I/O线 : 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 *P3口第二功能：P3.0

26、RXD 串行输入口；P3.1 TXD 串行输出口；P3.2 INT0 外部中断0（低电平有效）；P3.3 INT1 外部中断1（低电平有效）；P3.4 T0 定时计数器0；P3.5 T1 定时计数器1；P3.6 WR 外部数据存储器写选通（低电平有效）；P3.7 RD 外部数据存储器读选通（低电平有效）。3.1.2 单片机基本系统单片机基本系统即为最小系统，是指一个真正可用的单片机最小配置系统。这种系统所选择的单片机内部资源已经能够满足系统的硬件要求，不需外接存储器或I/O接口，只须在芯片上外接时钟电路和复位电路即可。单片机系统是整个数控系统的核心部位，主要用于键盘扫描、数据处理、采样反馈、实

27、时调节等功能。本次设计采用STC89C52单片机作为主控单元，图3-1为单片机最小系统的构成电路图。其中RST引脚所接为复位电路，由按键、10uF极性电容、10K电阻够成；XTAL1与XTAL2引脚外接时钟电路，由11.0592晶振与两个大小为30pF的电容够成。 图3-1 STC89C52单片机小系统 单片机串口通信计算机的数据传送方式共分为并行和串行数据传送两种方式，串行数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢。计算机内部数据时并行的，当计算机向外发送数据时，必须将并行的数据转换为串行数据再发送。由于计算机与单片机之间需要电平转换，所以连接MAX232芯片即可完成R

28、S232与TTL电平的转换，连接电路如图3-2所示。 串口的2、3号引脚为数据传输接口，经过MAX232的R2in、T2out、T2in、R2out四端连接到单片机的P3.0和P3.1，即RXD、RXT串行输入输出端，从而实现单片机的串口通信。图3-2 单片机串口通信原理芯片MAX232功能简介：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13、12、11、14脚为第一数据通道；8、9、10、7脚为第二数据通道。

29、TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电部分。15脚GND、16脚VCC (+5V)。3.2 键盘扫描3.2.1 按键原理本系统需要人为的输入数据，因此需要设有键盘。在单片机应用系统中，键盘的每一个键都被赋予特定的功能，它们通过接口电路与单片机相连，通过软件了解按键的状态及键信息的输入，并执行该键的功能处理程序。键盘是一组按键的集合，每个按键都是一个常开开关电路，如图3-3(a)所示。当按键K未被按下

30、时，P1.0输入为高电平，K闭合时，P1.0输入为低电平。通常按键在按下和释放是都存在一个抖动的暂态过程，如图3-3(b)所示。这种抖动的暂态过程大约经过510ms的时间，人的肉眼是察觉不到的，但对高速的CPU是有反应的，可能产生误处理。所以，通常需要进行软件延时，让前沿抖动消失后再检测一次键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认真正有键按下。按键释放后，仍需要显示消抖后才能转入该键的处理程序。 +5VK单片机P0.0键释放键按下闭合稳定前沿抖动后沿抖动 (a) 按键原理 (b) 按键的电压抖动 图3-3 按键及键抖动原理3.2.2 键盘硬件设计由于所需按键数较多，所以采用行列式键盘，行列式键

31、盘又称为矩阵键盘。用I/O接口线组成行列结构，按键设置在行与列的交点上，按键数较多时可节省I/O接口线。行线、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接+5V，被设置为高电平状态，如图3-4所示。P0.0P0.1P0.2+5VP0.4P0.5P0.6P0.7图3-4 行列式键盘原理本此设计，数据输入按键需要09十个数字按键，上下两个步进按键，即一共12个按键，采用34行列式键盘。3条行线分别接单片机的P0.0、P0.1与P0.2口，4条列线分别接单片机的P0.4、P0.5、P0.6与P0.7口，列线通过上拉电阻接+5V电源，保持高电平。3.3 A/D及D/A转换器3.3.1 D/A转换原

32、理由于单片机控制系统是数字电路，而恒流源部分为模拟电路，两者之间的通信须要采用A/D与D/A转换器。本系统采用的是ADC0832和DAC0832，均为8位分辨率的集成芯片，DAC0832芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成，其引脚分布及内部结构如图3-5所示。1、DAC0832主要参数* 分辨率为8位； * 电流稳定时间1us； * 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入； * 只需在满量程下调整其线性度； * 单一电源供电（+5V+15V）； * 低功耗（200mW）。图

33、3-5 DAC0832引脚及结构原理图2、DAC0832的结构 * D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)； * ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； * CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效； * WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存； * XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效； * WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉

34、冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。 * IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化； * IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数； * RFB：反馈信号输入线，改变RFB端外接电阻值可调整转换满量程精度； * Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V； * VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V； * AGND：模拟信号地；* DGND：数字信号地。3、DAC0832的

35、工作方式根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。* 单缓冲方式：一个寄存器工作于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态。* 双缓冲方式：两个寄存器均工作于受控锁存器状态。* 直通方式：两个寄存器均工作于直通状态。4、DAC0832的电路连接DAC0832VCC+5V-5VVCCP3口 图3-6 DAC0832工作原理图图3-6为DAC0832的电路连接图，D0D7为数据输入端，连接单片机的P3口，WR2、WR1、CSX、FER等控制信号全部接地，IOUT1 与IOUT2分别接运算放大器的反相和同相输入端，VR

36、EF接运放的输出端。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接。此接法是用DAC0832的直通方式，只要二进制数据送到DAC0832的数据口，则会自动把数据转为相应的电压.但运放是如图的电压则输出一般不可能达到基准电压。要想达到基准电压则要提高运放的电压。当基准为负是，只要提高运放的正电压就可以使输出达到基准电压了，当基准为正时，则为提高运放的负电压，一般的运放提高两伏就可以了，但不同的运放会有些区别。5、数模转化当输入全为高电平即FFH时，输出电流最大约为 = / （3-

37、1） 当输入全为低电平即00H时，输出电流最小，=0。当输入数字量为CDH=205，=-5V时， （3-2）3.3.2 A/D转换原理系统需要对输出进行采样，考虑到方便准确等问题，采集采样电阻电压，经过ADC0832转化为数字信号输入单片机即可。ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。1、ADC0832主要参数* 8位分辨率；* 双通道A/D转换；* 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； * 5V电源供电时输入电压在0-5V之间；* 工作频率为250KHZ，转换时间

38、为32us；* 一般功耗仅为15mW；* 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；* 商用级芯片温宽为0C 至 +70C，工业级芯片温宽为40C 至+85C。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0-5V之间。芯片转换时间仅为32us，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。2、ADC0832引脚* CS 片选使能，低电平芯片使能

39、；* CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用；* CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用；* GND 芯片参考0 电位（地）；* DI 数据信号输入，选择通道控制；* DO 数据信号输出，转换数据输出；* CLK 芯片时钟输；* Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。3、单片机对ADC0832 的控制原理ADC0832P0.3P0.4P0.6VCC 图3-7 ADC0832工作原理如图3-7所示，CS端接P0.6，CLK端接P0.3，DO与DI端接P0.4。正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未

40、同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。输入通道选择如表3-1所示。表3-1 ADC0832输入通道选择输入格式配置位选择通道CH0CH1CH0CH1差分LL+-LH-+单端HL+HH+在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在

41、第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。 作为单通道模拟信号输入时ADC0

42、832的输入电压是0-5V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。3.4 显示模块系统采用两只四位一体数码管，分别显示设置电流值及反馈电流值，显示范围能够达到要求02000mA，数码管管脚及结构如图3-8所示。每只四位一体数码管共有12个引脚，其中S1、S2、S3、S4为片选控制端，经过上拉电阻接+5V电源，同时接单片机的P1口，实现片选。例如当P1口输出为01101100B时，第2、3、

43、5、6数码管显示数字。其他8个引脚接单片机的P2口，实现段选。P13P1.2P1.1P1.0P1.4P1.5P1.6P1.7图3-8 四位一体数码管结构图所有数码管段选信号是一个整体，也就是同时显示一样的数字，单个数码管是8段显示器，根据编码分段显示，数码管编码表如3-2所示。例如当P2口输出为90H时，数码管显示数字“9”。表3-2 四位一体数码管编码表编码符dpgfedcba十六进制数011000000C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000

44、080H91001000090HA1000100088Hb1000001183HC11000110C6Hd10100001A1HE1000011086HF100011108EH3.5 供电电源模块本系统需要+5V与+15V电源，单片机控制系统以及外围芯片供电采用78系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波稳压。电流源部分由于要给外围测试电路提供比较大的功率，因此必须采用大功率器件。考虑到该电流源输出电压近10V，最大输出电流不大于2000mA，由公式P=U*I可以粗略估算电流源的功耗为20W。同时考虑到恒流源功率管部分的功耗，需要预留功率余量，因此供电电源要求能输出30W以上。此方案输出电

45、压比较稳定，能满足题目要求，而且简单实用，而且易于制作。所用元器件：220V12V电源变压器； 整流桥；25V2200uF极性电容；104电容；334电容；7815；7805；78057815+15V0+5V220V 图3-9 电源模块电路电路原理如图3-9所示，220V交流电压由变压器转换为12V交流电压，经过整流桥整流为17V直流电压。此直流电压夹杂着交流电压，经过三个电容滤波后，形成的直流电压比较稳定。17V电压经三端稳压元件7815稳压为+15V电源，+15V电源经7805可整流为+5V电源。3.6 恒流源设计3.6.1 恒流原理与电路设计恒流源部分是本系统的核心内容，根据恒流源设计方

46、案选择，系统采用压控恒流源，通过改变恒流源的外围电压，利用电压的大小来控制输出电流的大小。电压控制电路采用数控的方式，利用单片机送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到大功率三极管进行放大。单片机系统实时对输出电流进行监控，采用数字方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率管的输出电流恒定。当改变负载大小时，基本上不影响电流的输出，采用这样一个闭路环节使得系统一直在设定值维持电流恒定。通过软件方法实现输出电流稳定，易于功能的实现，便于操作。电路原理图如图3-10所示。VCCRLR1=1Vin图3-10 恒流源原理D/A转换器输出电压Vin经过第一极运算放大器，信号跟随保持，进入第二极运算

47、放大器同相输入端。采样电阻R1为1，其端电压为二极运放反相端电压，大小等于Vin，流过R1的电流为Vin/R1，则流过RL的电流约为Vin/R1，不随负载RL的变化而改变，实现恒流原理。3.6.2 运算放大器电路整个系统都将用到运算放大器，采用LM358即可完成所需功能。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式，如图3-11

48、所示。LM358性能如下：* 内部频率补偿； * 直流电压增益高(约100dB)；* 单位增益频带宽(约1MHz)；* 电源电压范围宽：单电源(330V)；* 双电源(1.5V 15V)；* 低功耗电流，适合于电池供电；* 低输入偏流，低输入失调电压； * 共模输入电压范围宽，包括接地； 图3-11 LM358结构原理图* 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；* 输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)。 3.6.3 误差来源分析内部测量值与实际测量值的误差，是由于取样电阻阻值、负载电阻阻值和晶体管的放大倍数受温度的影响和测量仪表的误差所造成的，为了减少这种误差，一定要选用温度系数低的电阻来作

49、采样电阻，因此本系统选用大功率电阻作为采样电阻。由于A/D与D/A转换器的精度问题，也会影响系统数值上的误差。供电电源随着电流的增大，所能提供的功率限制，则电压也有所降低，也会影响系统误差。运算放大器并非理想运算放大器，也会给系统带来误差。 反馈系统可以忽略部分上述误差，反馈值和实际值比较后可以调节系统实际值，然而采样电阻并非负载，采样电压和负载电压之间只是相近的关系，这种误差为系统误差，是无法避免的。第4章 软件系统设计4.1 系统总程序设计4.1.1 系统I/O接口分配 系统采用STC89C52单片机，共有4个8位并行I/O端口，本次设计包括显示系统、键盘扫描、D/A与A/D等，单片机4个

50、I/O接口全部用到，其I/O分配表如表4-1所示。表4-1 I/O口分配I/O引脚用途P0P0.0P0.2 P0.4P0.7键盘扫描接口P0.3,P0.4,P0.6A/D转换值接收口P1P1.0P1.7数码管片选信号接口P2P2.0P2.7数码管段选信号接口P3P3.0P3.7D/A转换值输出口4.1.2 系统总程序设计整个软件系统采用C语言编程，由主函数与多个子函数够成，子函数包括键盘扫描、A/D、D/A、显示等，初始化子函数如下：void t_init()SCON=0x52;TMOD=0x20; TCON=0x69;TH1=0xf3; SCON为串行口控制寄存器，TCON为定时器控制寄存器

51、，TMOD为工作方式控制寄存器，三个寄存器控制字格式如表4-2所示。表4-2 寄存器控制字格式控制字D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRITMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0在TCON寄存器中，TR1与TR0用于定时器/计数器的启动控制，其余6位用于中断控制。IT0为外部0请求信号方式控制位，IE0为外部中断0请求标志位，IT1为外部中断1请求信号方式控制位，IE1为外部中断1请求标志位。在SCON寄存器中，高6为用于串口控制，低2位用于中断控制。在TMOD寄存器中，高4位为定

52、时器/计数器1控制位，低4位为定时器/计数器0控制位。程序运行时，初始化各寄存器状态，再扫描按键并分析键值，调用D/A，A/D，显示等子程序，循环显示，有键按下时停止循环，重复扫描键盘，读取键值再显示。系统总程序流程图如图4-1所示。 开始初始化扫描按键分析键值D/A子程序A/D子程序显示子程序结束 图4-1 系统总程序流程图 4.2 系统子程序设计4.2.1 键盘扫描程序设计对键盘的扫描过程可分为两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别时哪一个键按下。对键盘的识别方法通常采用逐行或逐列的扫描方法。首先判断键盘中有无按键按下，由单片机通过I/O接口向键盘输出全扫描字，然后输入行线状态来判别。其方法是：向列线输出全扫描字00H，即所有