海 南 学
嵌入式系统课程设计报告
题 目： 基单片机数控恒流源设计
学 号： 20177402320007
姓 名： 陈竹梅
班 级： 1班
专 业： 电子科学技术
指导教师： 黄建清
完成日期： 2020 年 6 月 18 日
基单片机数控恒流源设计
摘
该数控直流恒流源采模块化单片机控制模块键盘输入模块AD转换模块恒流源模块DA转换模块显示模块六部分组成通开关钮设置配合AT89S52单片机编程实现数字控制数字显示时DAC0832实现DA转换实时采样电路模拟信号转换成数字信号形成反馈输出模拟控制电压运算放器组成电流负反馈系统完成输出电流控制恒定整系统单片机控制输出部分运算放器功率放器组成深度电流负反馈减少输出端电流波动实现输出电流恒定显示出实际输出电流
关键词
单片机数控恒流源模块化
Abstract
The NC DC constant current source adopts modularization which is mainly composed of six parts SCM control module keyboard input module a D conversion module constant current source module D a conversion module and display module Through the setting of switch and button with the programming of AT89S52 single chip microcomputer digital control and digital display are realized At the same time DAC0832 is used to realize d a conversion The analog signal on the sampling circuit is converted into digital signal in real time to form feedback and output analog control voltage The current negative feedback system is composed of operational amplifier to complete the output current control and constant The whole system is controlled by singlechip microcomputer The output part is composed of operational amplifier and power amplifier The deep current negative feedback reduces the current fluctuation at the output end and realizes the constant output current Shows the actual output current
Keywords
single chip microcomputer NC constant current source modularization
目录
1前言 5
11研究目意义 5
12国外研究现状 5
2章节概述 6
21设计方案分析 6
211两种设计方案分析 6
22系统工作原理 7
23系统模块概述 7
231系统组成框图 7
3电路硬件设计 8
31单片机功介绍 8
311器件选择作 8
4模块单元设计 13
41设计原理分析 13
411 运算放部分 14
412 晶振部分 14
413 复位电路 14
414 键部分 15
415 数码显示部分 15
416 AD转换部分 15
417 DA转换部分 16
418 存储部分 16
5电路软件设计 17
51 系统设计思路 17
52 具体分步流程 18
521键盘键入流程 19
522 AD转换流程 19
523 DA转换流程 20
524 号阳数码显示流程 20
6系统调试分析 21
7实验测试结果分析 22
8结未展 24
9致谢 26
10参考文献 27
附录1 28
附录2 29
附录3 29
附录4 30
1前言
11研究目意义
课程设计基单片机数控直流恒流源设计运算放器组成恒流源电路系统利AD转换器恒流源模块输出釆样根采样值通单片机控制DA转换器恒流源电路达稳流目恒流源负载提供恒定电流电源实际恒流源定范围保持输出电流稳定性理想恒流源输出变恒流源负载提供恒定电流电源目前恒流源广泛传感技术等高新技术领域良发展前景
12国外研究现状
目前生活中部分实验室电源采电位器调整输出电压电流值搭配指针式显示存非线性等缺陷数字化智电源应运生针传统电源足减少确定素素引起误差提高电源模块稳定性缩电源误差
数控恒流技术具良发展趋势高性数控恒流器件开发应存发展空间历史早恒流源出现20世纪50年代早期时采电真空器件镇流镇流稳定电流交流电路稳定电子灯丝电流国电源产业20世纪60年代中期形成直90年代系统效率日益愈高功耗求日益愈电子技术数通信设备技术发展更新电源行始前分立元件集成电路控制转变微机控制趋势时代趋电源行业智化
电源产业快速发展电子技术发展先历整流器逆变器变频器变迁意味现代电子应领域高速发展计算机技术领进入信息社会促进电源技术发展出现诸计算机高效率绿色电源国电源研究方面发达国家相存较差距显著足电源产品质量等方面差距显著实现直流恒流源智化研究少
国学研究精华南理工学电子科技学利单片机编程系统器件控制开关直流稳压电源数字化电压单元达数控国外较效果甚微差距巨国企业代理卓越研发产品屈指数生产局限输出实现数码显示实现组数值预置体现国研究落国外恒流源飞速发展国应加恒流源方面科研投入国学企业应重视恒流源产品开发尤基数控恒流源种措施利国国情提高国科研水时减少国外技术赖
20年发展数控恒压技术趋成熟数控恒流源落高性数控恒流源应存发展空间次课程设计数控直流源输出稳定电流直流恒流源外界负载等素影响输出稳定度误差直接数字设定电流具较高应价值
2章节概述
21设计方案分析
211两种设计方案分析
方案：基DSP器件进行控设计DSP较高集成度高性CPU容量存储器置波特率发生器FIFO缓器提供高速步串口标准异步串口片集成AD采样保持电路提供PWM输出DSP器件采改进哈佛结构独立程序数空间时存取程序数具位处理力强调控制事务处理功缺点成高
图1 方案结构图
方案二：该系统采单片机核心外围电路智控制单片机DSP相价格低廉开发环境完备开发工具齐全应资料众学单片机解便硬件软件设计基该单片机设计需系统结构简单操作方便需外围芯片较容易性价极高
通两种方案分析选择方案二方案二结构图图2示：
图2 方案二结构图
22系统工作原理
系统基数控直流恒流源设计釆单片机控制核心器包括恒流源模块单片机控模块键盘输入模块显示模块数模转化(AD)模块数模转换(DA)模块等6模块通键盘设定需输出电流值单片机设定值定算法进行处理DA输出电压控制恒流源电路输出相应电流值单片机通采样恒流源电路串接釆样电阻电压计算出时恒流源电路输出电流值设定值进行较控制DA输出实现恒流源输出电流进行调节输出电流实时设定值
23系统模块概述
231系统组成框图
图3 系统组成框图
图3示设计分6模块
（1）键盘输入模块：
通矩阵键盘设置输入电流步进1mA输入电流范围202mA通+进行微调
（2）数码显示模块
显示预置电流实际输出电流
（3）DA转换模块：
单片机输出数字量转换成模拟量送入恒流源模块
（4）AD转换模块
实际输出电流转化数字量送入单片机
（5）恒流源模块
实现电流输出
（6）单片机控模块
整设计控制部分连接电源键盘模块DA转换模块AD转换模块液晶显示模块
3电路硬件设计
31单片机功介绍
311器件选择作
（1）AT89S52
P0口（3239）：8位漏级开路双io口输出高电电流时需外部拉高
P1口（18）：部提供拉电阻8位双IO口
P2口（2128）：部提供拉电阻8位双IO口出址1时利部拉优势外部八位址数存储器进行读写时输出特殊功寄存器容
P3口（1017）：部提供拉电阻双IO口作特殊功口示
P30RXD串行输入口
P31TXD串行输出口
P32INT0外部中断0
P33INT1外部中断1
P34T0记时器0外部输入
P35T1记时器1外部输入
P36WR外部数存储器写选通
P37RD外部数存储器读选通
RST（9）复位输入
XTAL1（19）反振荡放器输入部时钟工作电路输入
XTAL2（18）反振荡器输出
图4AT89S52引脚图
图4 AT89S52引脚图
（2）ADC0804
集成AD转换器品种繁选时应综合考虑种素选取集成芯片般逐次较型AD转换器较ADC0804类单片集成AD转换器ADC0804款8位单通道低价格AD转换器图5ADC0804引脚图
图5 ADC0804
①特点
模数转换时间约100us方便TTLCMOS标准接口满足差分电压输入参考电压输入端含时钟发生器单电源工作时（0～5）V输入电压范围0～5V需调零等等ADC0804款早期AD转换器价格低廉求高场合广泛应（1）芯片参数：
工作电压：+5VVCC+5V
模拟转换电压范围：0～+5V0≤Vin≤+5V
分辨率：8位分辨率1281(2561)转换值介0～255间
转换时间：100us（fCK640KHz时）
转换误差：±1LSB
参考电压：25VVref225V
②引脚名称作
Vin（+）Vin（）：两模拟信号输入端接收单极性双极性差模输入信号
DB0DB7：具三态特性数字信号输出端输出结果八位二进制结果
CLKIN：时钟信号输入端
CLKR部时钟发生器外接电阻端CLK端配合芯片身产生时钟脉频率计算方式：fck1(11RC）
CS：片选信号输入端低电效
WR：写信号输入端低电启动AD转换
RD：读信号输入端低电输出端效
INTR：转换完毕中断提供端AD转换结束低电表示次转换已完成
VREF2：参考电输入决定量化单位
VCC：芯片电源5V输入
AGND模拟电源线
DGND数字电源线
③ADC0804典型接法
ADC0804典型接法图6示
图6 ADC0804接法图
（3）DAC0832
分辨率8位电流稳定时间1us单缓双缓直接数字输入需满量程调整线性度单电源供电（+5V～+15V）低功耗图7DAC0832引脚图
图7 DAC0832引脚图
①DAC0832结构
*D0D7：8位数输入线TTL电效时间应90ns(否锁存器数会出错)
*ILE：数锁存允许控制信号输入线高电效
*CS：片选信号输入线（选通数锁存器）低电效
*WR1：数锁存器写选通输入线负脉（脉宽应500ns）效ILECSWR1逻辑组合产生LE1LE1高电时数锁存器状态输入数线变换LE1负跳变时输入数锁存
*XFER：数传输控制信号输入线低电效负脉（脉宽应500ns）效
*WR2：DAC寄存器选通输入线负脉（脉宽应500ns）效WR2XFER逻辑组合产生LE2LE2高电时DAC寄存器输出寄存器输入变化LE2负跳变时数锁存器容入DAC寄存器开始DA转换
*IOUT1：电流输出端1值DAC寄存器容线性变化
*IOUT2：电流输出端2值IOUT1值常数
*RFB：反馈信号输入线改变Rfb端外接电阻值调整转换满量程精度
*Vcc：电源输入端Vcc范围+5V～+15V
*VREF：基准电压输入线VREF范围10V～+10V
*AGND：模拟信号
*DGND：数字信号
（4）74HC573
74HC573八路输出透明锁存器输出三态门高性硅栅CMOS器件
SL74HC573LSAL573脚相器件输入标准CMOS输出兼容加拉电阻LSALSTTL输出兼容常作锁存器锁存端LE高器件锁存数输出步锁存变低符合建立时间保持时间数锁存图875HC573引脚图
图8 74HC573引脚图
①IO输出接CMOSNMOSTTL接口
②工作电压范围：20V~60V
③低输入电流：10uA
④器件高噪声抵抗特性
⑤三态总线驱动输出
⑥置数全行存取
⑦缓控制输入
⑧输入改善抗扰度滞作
⑨74HC573工作原理
⑩74HC573锁存功
M54HC56374HC563M54HC57374HC573八锁存器透明锁存器高时输出数输入变低输出锁存已建立数电输出控制影响锁存器部工作老数保持输出关闭新数置入电路驱动电容低阻抗负载直接系统总线接口驱动总线需外接口适缓寄存器IO通道双总线驱动器工作寄存器
输入数消失芯片输出端数保持概念行数扩展中具体表1示
OE—
1
20
—Vcc
D0—
2
19
—Q0
D1—
3
18
—Q1
D2—
4
17
—Q2
D3—
5
16
—Q3
D4—
6
15
—Q4
D5—
7
14
—Q5
D6—
8
13
—Q6
D7—
9
12
—Q7
GND—
10
11
—LE
表1 74HC573数锁存表
4模块单元设计
次课设目设计种数控稳压电源利单片机AT89S52做控芯片控制数字模拟转换器输出电压运算放器构成负反馈系统输出恒定电压通电位器分压输出信号反馈运算放器调节输出准确度通键盘电路单片机连接读入控制数软件判断控制电源输出通LED数码显示数控电源输出电压课设设计简单控制灵活强效实
41设计原理分析
411 运算放部分
图9示运算放器基原理输入信号进行放运放加入反馈电路通反馈网络设置获精确放增益信号完成加减微分等数学运算帮助系统完成负反馈控制恒流控制恒压控制等
图9 运算放部分
412 晶振部分
图10示电路晶振部分构成时钟电路C1C2Y1（12MHZ）单片机端口构成振荡电路单片机提供时钟
图10 晶振部分
413 复位电路
图11示电路复位部分RST连接单片机复位脚电路电复位手动复位功C3R1构成电复位电路电瞬间C3导通RST高电单片机复位电压稳定C3储存电通R1释放掉单片机正常运行样S1时RST高电单片机复位弹起时RST低电单片机正常运行
图11 复位电路
414 键部分
图12示电路键部分键选独立键扫描时间短程序简单扫描时间更短提高稳定性键弹起时key1key2key3弱拉状态高电键时应IO口低电程序中扫描函数检测
图12 键部分
415 数码显示部分
图13示电路数码显示部分数码显示采四位体阳数码样电路更简单
图13 电路数码部分
416 AD转换部分
图14示电路AD转换部分集成AD转换器品种繁选时应综合考虑种素选取集成芯片般逐次较型AD转换器较ADC0804类单片集成AD转换器ADC0804款8位单通道低价格AD转换器
图14 AD转换部分
417 DA转换部分
图15示电路AD转换部分DAC0832采样频率八位DA转换芯片集成电路两级输入寄存器DAC0832芯片具备双缓单缓直通三种输入方式适种电路需(求路DA异步输入步转换等)
图15 DA转换部分
418存储部分
图16示电路存储部分输入数消失时芯片输出端数然保持概念行数扩展中常
图16 存储部分
5软件设计
51系统设计思路
系统通较DA输出AD釆样输入更新DA输出值输出电流稳定较低误差水ADDA分辨率均已达16位程序设定设定电流输岀电流差值1mA时认恒流源输出电流已达设定值保持稳定
系统加电程序首先完成系统初始化中包括ADDA串行口中断定时计数器等工作状态设定系统变量赋初值显示次设定值等然扫描获取键值判断设定键校准键否执行相应功子程序启动键根设定值校正等参数计算应输出数字量进行闭环反馈调整图17示
首先包括：单片机工作状态初始化动采样控制标志位标识键盘手动操作初始化中断初始化寄存器初始化整系统进行初始化规定F01时AD采样控制F00时键盘控制初始写初始设定状态处键盘状态LED数码显示P表示键盘状态启动DA进行转换等键盘开始循环等
软件部分包括：键检测部分数码显示部分闭环控制部分
键检测部分程序断检测否键采延时消抖松手检测方法避免微处理器错误判断增强软件稳定性检测键时执行相应程序改变IO口输出值DA转换终改变恒流源输出电流值
数码显示部分：显示部分采液晶屏数码显示应考虑成问题设计采led数码利单片机动态显示前恒流源输出电流
闭环控制部分：输出电流精密采样电阻转换电压信号AD转换器转换数字信号键盘输入值进行较偏差进行校正范围调整输出量输出值预设值达致
图17 系统程序流程图
52具体分步流程
次课程设计软件部分配合硬件完成设定恒流源数值控制显示设定实际输出电流值功
完成功选择C语言AT89S52芯片进行编程keil5软件整软件分键盘扫描模块液晶显示模块数模转换模块模数转换模块图18示
图18 软件分步模块图
521键盘键入流程
图19示键盘输入流程
图19 键盘输入流程图
522 AD转换流程
图20示AD转换流程图
图20 AD转换流程图
523 DA转换流程
图21示DA转换流程图
图21 DA转换流程图
524 号阳数码显示流程
图22示号阳数码显示流程图
图22 号阳数码显示流程图
6系统调试分析
设计完成LCD电路进行仿真结果
部分仿真截图（第行键盘输入值第二行实际值）：
20mA时：
图23 20mA仿真图
50mA时：
图24 50mA仿真图
100mA时：
图25 100mA仿真图
500mA时：
图26 500mA仿真图
1000mA时：
图27 1000mA仿真图
2000mA时：
图28 2000mA仿真图
检验总体误差较尤输出电流较时符合设计求
误差分析恒流源电路中达林顿需定导通电压实际应中考虑器件工艺温度产生误差AD转换器DA转换器分辨率原存固误差实验数表2示
表2 输入输出误差表
7实验测试结果分析
负载1欧10欧情况设定电流1mA2A变化时实测电流值表3表4列
电流设定mA
10
50
100
200
300
400
500
600
700
实际测*mA
12
51
101
201
301
402
501
602
702
电流设定＇mA
800
900
1000
1200
1400
1600
1SC0
1950
2000
实际测SmA
802
903
1005
1208
1410
1612
1816
1968
2021
表3测试数表（RL1欧）
电流设定mA
10
50
100
200
300
400
500
600
700
实际测量mA
11
51
102＇
202
301
402
502
603
703
电流设定mA
800
900
1000
1200
1400
1600
1800
1950
2000
实际测量mA
802
902
1004
1206
1411
1613
1815
1967
2020
表4测试数表(RL10欧)
测试数表明系统负载时输出电流具较高线形度误差较采ADDA分辨率均已达16位釆样值已极接实际电压初步考虑误差源应该釆样电阻实测釆样电阻两端电压实测电流发现值略20表1表2数利二法进行拟合出采样电阻校正值204欧
校正重新测量数表4表5列
电流设定mA
10
50
100
200
300
490
500
600
700
实际测量mA
11
50
100
200
300
400
501
600
700
电流设定mA
800
900
1000
1200
1400
1600
1800
1950
2000
实际测量mA
801
900
J000
1219
1401
1600
1801
1950
2000
表4测试数表(RL1欧)
电流设定mA
10
50
100
200
300
400
500
600
700
实际测量mA
10
50
100
201
301
400
500
601
700
电流设定mA
800
900
1000
1200
1400
1600
1800
1950
2000
实际测量mA
801
900
1001
1200
1400
1602
1801
1950
2020
表5测试数表(RL10欧)
表4Rl20Q时表6测试数记录表
1
2
3
设定值
20
100
500
显示值
20
100
499
测试值
195
998
50056
纹波电压
034
02
023
误差百分率％
25
02
031
次数
4
5
6
设定值
900
1400
2000
显示值
899
1400
2000
测试值
9003
1398
1998
纹波电压
021
018
018
误差百分率％
014
012
01
表6 测试数表(RL10欧)
测量结果系统误差源运算放器MOS电流放倍数够者稳定DA转换器AD转换器存定量化误差取样电阻温度变化引起误差基准电压稳漂引起误差
8结未展
设计基单片机AT89S52数控直流恒流源设计通运算放器等部件组成电流负反馈系统完成输出电流控制恒定提高系统精度输出电流0022mA间变化负载环境温度变化较该系统电路简单成低功耗性高具较广阔市场前景应价值
恒流源目前运十分广泛设计恒流源技术符合设计求具高精度稳定度操作方便造价便宜适合推广采价格便宜单片机作控制器ADDA转换电路设计键盘输入输出显示等恒流源实现键盘输入预置值LED显示输出预置值实际输出值步进+2mA2mA纹波电精度稳定度高存改善方时间力素硬件部分恒流源模块设计存改善空间功耗输出电流电压范围优化软件方面利AD模块采集电压预设电流较存差距通微处理器调整控制输出恒流精度稳定程度
设计系统足精度稳定度停留实验基础面积会出现问题亟解决问题
次课设中收获遗憾进行次课设中综合运模电数电C语言等种课程巩固专业知识梳理知识网络电子专业透彻认识解
社会产品智化数字化已成追求种趋势设备性价格发展空间等备受关注尤电子设备精密度稳定度关注性电子设备首先离开稳定电源电源稳定度越高设备外围条件越优越设备寿命更长基数控恒定电流器件需求越越迫切恒流源未发展做恒流源知识理解更加系统化做出更加符合社会发展恒流源
9致谢
课设中电路模块原理设计中黄建清老师帮助指导文容排版王立辉老师提出宝贵建议高效寻获价值信息
特殊疫情期间次课设中锻炼思考动手力通题目选择设计电路中加强思考完整性实际生活联系行性方案设计选择芯片选择锻炼熟练运单片机力深刻认识单片机脚功锻炼查阅专业知识资料动手力发现解决问题技熟练掌握调试仿真性设计完善排错电路图技巧
感谢黄建清老师王立辉老师严谨指导里黄老师王老师致崇高敬意道声老师感谢辛苦时感谢学倾情帮助课设中遇难题时网寻求帮助时予行解决方案热心网友
学生活重实贵踏实走路做事认真严谨切忌粗心意错毁事灵活变通遇困难积极寻求解决途径锻炼善总结力努力定结果暂时结果轻言放弃定程度专业领域中扎根未定会成催化剂
课设时间短源源断汲取实践专业知识应技相二面课设课题摸着头脑束手策年专业知识次课设完成验累积心应手更加应付专业知识系统方面成长愈发成熟课设完成开眼界感受颇深踏入社会做定基础准备
10参考文献
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[4]余孟尝数字电子技术基础简明教程[M]北京：高等教育出版社2006(7)
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[6]曲学基王增福稳定电源实电路选编[M]北京电子工业出版社2003(06)
[7]熊伟林模拟电子技术基础应[M]北京机械工业出版社2010(07)
[8]蔚广军朱宇虹种恒流源电路设计[J]电子动化2000(1)
附录1
Proteus仿真图
仿真成功图
附录2
原理图
附录3
PCB图
附录4
程序
#include
#include
#define Data_seg P0
#define DA_port P2
#define Data_ADC0809 P1 定义P1口Data_ADC0809 （程序里Data_ADC0809代表P1口）
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
unsigned char code table[]{0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d0x070x7f0x6f}
unsigned char code Wei[]{0x010x020x040x08}
sbit WELA P3^1 位控制端
sbit DULA P3^0 段码控制端
sbit KEY1P3^5
sbit KEY2P3^6
sbit KEY3P3^7
sbit DA_CSP3^2
ADC0809
sbit adrd P3^3
sbit adwr P3^4
sbit intr P3^2
#define KEY1_PRESS 1
#define KEY2_PRESS 2
#define KEY3_PRESS 3
void Delay_ms( unsigned int ms)
@110592MHz
{
unsigned char i j
for(ms>0ms)
{
_nop_()
i 2
j 199
do
{
while (j)
} while (i)
}
}
unsigned char KeyScan(unsigned char mode)
{
static unsigned char key_up1 键松开标志
if(mode) key_up1支持连
if(key_up&& (KEY10|| KEY20||KEY30))
{
Delay_ms(10)
key_up0
if(KEY10) return KEY1_PRESS
else if(KEY20) return KEY2_PRESS
}else if(KEY11&&KEY21&&KEY31) key_up1
return 0 键
}
void Seg_display(unsigned char *Data_IN)
{
unsigned char i0
for(i0i<4i++)
{
WELA1
Data_segWei[i] 发送位数
WELA0
Delay_ms(5)
Data_seg0x00
DULA1
Data_seg~table[Data_IN[i]] 发送段数
DULA0
Delay_ms(5)
Data_seg0x00
}
}
ADC0809读取信息
uchar ADC0809()
{
unsigned char x 0 存储P0口数值
芯片效
WELA1
Data_seg &~0x80 CS置0
WELA0
adwr 0 启动ADC0804进行ADC采集
_nop_() 延时片刻
adwr 1 高电变低电触发次ADC转换
while(intr) ADC转换完成intr 0
Data_ADC0809 0xff
芯片效
WELA1
Data_seg &~0x80 CS置0
WELA0
adrd 0 rd低电转换结果加载DB口
_nop_()
x Data_ADC0809 读取结果
adrd 1
芯片效
WELA1
Data_seg|0x80 CS置1
WELA0
return x
}
200200691
300396309 00196
40058889 00192
50078721 00198
600978169 00191
70117541 00197
00194*n
#define Current_K 0019420
float Current_Value00
uint Voltage_Value0
void main()
{
uchar temp[4]{0234}
uchar t0
uchar Set_value 0 DAC0832输出电压值
uint current_temp1234
WELA1
DULA1
while(1)
{
DA_CS0
DA_portSet_value
DA_CS1
Current_Value(float)Set_value*Current_K
current_temp (uint)(Current_Value*1000)
temp[0]current_temp1000 1
temp[1]current_temp10010 2
temp[2]current_temp1010 3
temp[3]current_temp10 4
tKeyScan(0)
if(tKEY1_PRESS)
{
if(Set_value>255)
Set_value255
else if(Voltage_Value<18)停止增电流
else Set_value++
}else if(tKEY2_PRESS)
{
if(Set_value<0)
Set_value0
else Set_value
}
Voltage_ValueADC0809()
Seg_display(temp)
}
}
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海 南 学
嵌入式系统课程设计报告
题 目： 基单片机数控恒流源设计
学 号： 20177402320007
姓 名： 陈竹梅
班 级： 1班
专 业： 电子科学技术
指导教师： 黄建清
完成日期： 2020 年 6 月 18 日
基单片机数控恒流源设计
摘
该数控直流恒流源采模块化单片机控制模块键盘输入模块AD转换模块恒流源模块DA转换模块显示模块六部分组成通开关钮设置配合AT89S52单片机编程实现数字控制数字显示时DAC0832实现DA转换实时采样电路模拟信号转换成数字信号形成反馈输出模拟控制电压运算放器组成电流负反馈系统完成输出电流控制恒定整系统单片机控制输出部分运算放器功率放器组成深度电流负反馈减少输出端电流波动实现输出电流恒定显示出实际输出电流
关键词
单片机数控恒流源模块化
Abstract
The NC DC constant current source adopts modularization which is mainly composed of six parts SCM control module keyboard input module a D conversion module constant current source module D a conversion module and display module Through the setting of switch and button with the programming of AT89S52 single chip microcomputer digital control and digital display are realized At the same time DAC0832 is used to realize d a conversion The analog signal on the sampling circuit is converted into digital signal in real time to form feedback and output analog control voltage The current negative feedback system is composed of operational amplifier to complete the output current control and constant The whole system is controlled by singlechip microcomputer The output part is composed of operational amplifier and power amplifier The deep current negative feedback reduces the current fluctuation at the output end and realizes the constant output current Shows the actual output current
Keywords
single chip microcomputer NC constant current source modularization
目录
1前言 5
11研究目意义 5
12国外研究现状 5
2章节概述 6
21设计方案分析 6
211两种设计方案分析 6
22系统工作原理 7
23系统模块概述 7
231系统组成框图 7
3电路硬件设计 8
31单片机功介绍 8
311器件选择作 8
4模块单元设计 13
41设计原理分析 13
411 运算放部分 14
412 晶振部分 14
413 复位电路 14
414 键部分 15
415 数码显示部分 15
416 AD转换部分 15
417 DA转换部分 16
418 存储部分 16
5电路软件设计 17
51 系统设计思路 17
52 具体分步流程 18
521键盘键入流程 19
522 AD转换流程 19
523 DA转换流程 20
524 号阳数码显示流程 20
6系统调试分析 21
7实验测试结果分析 22
8结未展 24
9致谢 26
10参考文献 27
附录1 28
附录2 29
附录3 29
附录4 30
1前言
11研究目意义
课程设计基单片机数控直流恒流源设计运算放器组成恒流源电路系统利AD转换器恒流源模块输出釆样根采样值通单片机控制DA转换器恒流源电路达稳流目恒流源负载提供恒定电流电源实际恒流源定范围保持输出电流稳定性理想恒流源输出变恒流源负载提供恒定电流电源目前恒流源广泛传感技术等高新技术领域良发展前景
12国外研究现状
目前生活中部分实验室电源采电位器调整输出电压电流值搭配指针式显示存非线性等缺陷数字化智电源应运生针传统电源足减少确定素素引起误差提高电源模块稳定性缩电源误差
数控恒流技术具良发展趋势高性数控恒流器件开发应存发展空间历史早恒流源出现20世纪50年代早期时采电真空器件镇流镇流稳定电流交流电路稳定电子灯丝电流国电源产业20世纪60年代中期形成直90年代系统效率日益愈高功耗求日益愈电子技术数通信设备技术发展更新电源行始前分立元件集成电路控制转变微机控制趋势时代趋电源行业智化
电源产业快速发展电子技术发展先历整流器逆变器变频器变迁意味现代电子应领域高速发展计算机技术领进入信息社会促进电源技术发展出现诸计算机高效率绿色电源国电源研究方面发达国家相存较差距显著足电源产品质量等方面差距显著实现直流恒流源智化研究少
国学研究精华南理工学电子科技学利单片机编程系统器件控制开关直流稳压电源数字化电压单元达数控国外较效果甚微差距巨国企业代理卓越研发产品屈指数生产局限输出实现数码显示实现组数值预置体现国研究落国外恒流源飞速发展国应加恒流源方面科研投入国学企业应重视恒流源产品开发尤基数控恒流源种措施利国国情提高国科研水时减少国外技术赖
20年发展数控恒压技术趋成熟数控恒流源落高性数控恒流源应存发展空间次课程设计数控直流源输出稳定电流直流恒流源外界负载等素影响输出稳定度误差直接数字设定电流具较高应价值
2章节概述
21设计方案分析
211两种设计方案分析
方案：基DSP器件进行控设计DSP较高集成度高性CPU容量存储器置波特率发生器FIFO缓器提供高速步串口标准异步串口片集成AD采样保持电路提供PWM输出DSP器件采改进哈佛结构独立程序数空间时存取程序数具位处理力强调控制事务处理功缺点成高
图1 方案结构图
方案二：该系统采单片机核心外围电路智控制单片机DSP相价格低廉开发环境完备开发工具齐全应资料众学单片机解便硬件软件设计基该单片机设计需系统结构简单操作方便需外围芯片较容易性价极高
通两种方案分析选择方案二方案二结构图图2示：
图2 方案二结构图
22系统工作原理
系统基数控直流恒流源设计釆单片机控制核心器包括恒流源模块单片机控模块键盘输入模块显示模块数模转化(AD)模块数模转换(DA)模块等6模块通键盘设定需输出电流值单片机设定值定算法进行处理DA输出电压控制恒流源电路输出相应电流值单片机通采样恒流源电路串接釆样电阻电压计算出时恒流源电路输出电流值设定值进行较控制DA输出实现恒流源输出电流进行调节输出电流实时设定值
23系统模块概述
231系统组成框图
图3 系统组成框图
图3示设计分6模块
（1）键盘输入模块：
通矩阵键盘设置输入电流步进1mA输入电流范围202mA通+进行微调
（2）数码显示模块
显示预置电流实际输出电流
（3）DA转换模块：
单片机输出数字量转换成模拟量送入恒流源模块
（4）AD转换模块
实际输出电流转化数字量送入单片机
（5）恒流源模块
实现电流输出
（6）单片机控模块
整设计控制部分连接电源键盘模块DA转换模块AD转换模块液晶显示模块
3电路硬件设计
31单片机功介绍
311器件选择作
（1）AT89S52
P0口（3239）：8位漏级开路双io口输出高电电流时需外部拉高
P1口（18）：部提供拉电阻8位双IO口
P2口（2128）：部提供拉电阻8位双IO口出址1时利部拉优势外部八位址数存储器进行读写时输出特殊功寄存器容
P3口（1017）：部提供拉电阻双IO口作特殊功口示
P30RXD串行输入口
P31TXD串行输出口
P32INT0外部中断0
P33INT1外部中断1
P34T0记时器0外部输入
P35T1记时器1外部输入
P36WR外部数存储器写选通
P37RD外部数存储器读选通
RST（9）复位输入
XTAL1（19）反振荡放器输入部时钟工作电路输入
XTAL2（18）反振荡器输出
图4AT89S52引脚图
图4 AT89S52引脚图
（2）ADC0804
集成AD转换器品种繁选时应综合考虑种素选取集成芯片般逐次较型AD转换器较ADC0804类单片集成AD转换器ADC0804款8位单通道低价格AD转换器图5ADC0804引脚图
图5 ADC0804
①特点
模数转换时间约100us方便TTLCMOS标准接口满足差分电压输入参考电压输入端含时钟发生器单电源工作时（0～5）V输入电压范围0～5V需调零等等ADC0804款早期AD转换器价格低廉求高场合广泛应（1）芯片参数：
工作电压：+5VVCC+5V
模拟转换电压范围：0～+5V0≤Vin≤+5V
分辨率：8位分辨率1281(2561)转换值介0～255间
转换时间：100us（fCK640KHz时）
转换误差：±1LSB
参考电压：25VVref225V
②引脚名称作
Vin（+）Vin（）：两模拟信号输入端接收单极性双极性差模输入信号
DB0DB7：具三态特性数字信号输出端输出结果八位二进制结果
CLKIN：时钟信号输入端
CLKR部时钟发生器外接电阻端CLK端配合芯片身产生时钟脉频率计算方式：fck1(11RC）
CS：片选信号输入端低电效
WR：写信号输入端低电启动AD转换
RD：读信号输入端低电输出端效
INTR：转换完毕中断提供端AD转换结束低电表示次转换已完成
VREF2：参考电输入决定量化单位
VCC：芯片电源5V输入
AGND模拟电源线
DGND数字电源线
③ADC0804典型接法
ADC0804典型接法图6示
图6 ADC0804接法图
（3）DAC0832
分辨率8位电流稳定时间1us单缓双缓直接数字输入需满量程调整线性度单电源供电（+5V～+15V）低功耗图7DAC0832引脚图
图7 DAC0832引脚图
①DAC0832结构
*D0D7：8位数输入线TTL电效时间应90ns(否锁存器数会出错)
*ILE：数锁存允许控制信号输入线高电效
*CS：片选信号输入线（选通数锁存器）低电效
*WR1：数锁存器写选通输入线负脉（脉宽应500ns）效ILECSWR1逻辑组合产生LE1LE1高电时数锁存器状态输入数线变换LE1负跳变时输入数锁存
*XFER：数传输控制信号输入线低电效负脉（脉宽应500ns）效
*WR2：DAC寄存器选通输入线负脉（脉宽应500ns）效WR2XFER逻辑组合产生LE2LE2高电时DAC寄存器输出寄存器输入变化LE2负跳变时数锁存器容入DAC寄存器开始DA转换
*IOUT1：电流输出端1值DAC寄存器容线性变化
*IOUT2：电流输出端2值IOUT1值常数
*RFB：反馈信号输入线改变Rfb端外接电阻值调整转换满量程精度
*Vcc：电源输入端Vcc范围+5V～+15V
*VREF：基准电压输入线VREF范围10V～+10V
*AGND：模拟信号
*DGND：数字信号
（4）74HC573
74HC573八路输出透明锁存器输出三态门高性硅栅CMOS器件
SL74HC573LSAL573脚相器件输入标准CMOS输出兼容加拉电阻LSALSTTL输出兼容常作锁存器锁存端LE高器件锁存数输出步锁存变低符合建立时间保持时间数锁存图875HC573引脚图
图8 74HC573引脚图
①IO输出接CMOSNMOSTTL接口
②工作电压范围：20V~60V
③低输入电流：10uA
④器件高噪声抵抗特性
⑤三态总线驱动输出
⑥置数全行存取
⑦缓控制输入
⑧输入改善抗扰度滞作
⑨74HC573工作原理
⑩74HC573锁存功
M54HC56374HC563M54HC57374HC573八锁存器透明锁存器高时输出数输入变低输出锁存已建立数电输出控制影响锁存器部工作老数保持输出关闭新数置入电路驱动电容低阻抗负载直接系统总线接口驱动总线需外接口适缓寄存器IO通道双总线驱动器工作寄存器
输入数消失芯片输出端数保持概念行数扩展中具体表1示
OE—
1
20
—Vcc
D0—
2
19
—Q0
D1—
3
18
—Q1
D2—
4
17
—Q2
D3—
5
16
—Q3
D4—
6
15
—Q4
D5—
7
14
—Q5
D6—
8
13
—Q6
D7—
9
12
—Q7
GND—
10
11
—LE
表1 74HC573数锁存表
4模块单元设计
次课设目设计种数控稳压电源利单片机AT89S52做控芯片控制数字模拟转换器输出电压运算放器构成负反馈系统输出恒定电压通电位器分压输出信号反馈运算放器调节输出准确度通键盘电路单片机连接读入控制数软件判断控制电源输出通LED数码显示数控电源输出电压课设设计简单控制灵活强效实
41设计原理分析
411 运算放部分
图9示运算放器基原理输入信号进行放运放加入反馈电路通反馈网络设置获精确放增益信号完成加减微分等数学运算帮助系统完成负反馈控制恒流控制恒压控制等
图9 运算放部分
412 晶振部分
图10示电路晶振部分构成时钟电路C1C2Y1（12MHZ）单片机端口构成振荡电路单片机提供时钟
图10 晶振部分
413 复位电路
图11示电路复位部分RST连接单片机复位脚电路电复位手动复位功C3R1构成电复位电路电瞬间C3导通RST高电单片机复位电压稳定C3储存电通R1释放掉单片机正常运行样S1时RST高电单片机复位弹起时RST低电单片机正常运行
图11 复位电路
414 键部分
图12示电路键部分键选独立键扫描时间短程序简单扫描时间更短提高稳定性键弹起时key1key2key3弱拉状态高电键时应IO口低电程序中扫描函数检测
图12 键部分
415 数码显示部分
图13示电路数码显示部分数码显示采四位体阳数码样电路更简单
图13 电路数码部分
416 AD转换部分
图14示电路AD转换部分集成AD转换器品种繁选时应综合考虑种素选取集成芯片般逐次较型AD转换器较ADC0804类单片集成AD转换器ADC0804款8位单通道低价格AD转换器
图14 AD转换部分
417 DA转换部分
图15示电路AD转换部分DAC0832采样频率八位DA转换芯片集成电路两级输入寄存器DAC0832芯片具备双缓单缓直通三种输入方式适种电路需(求路DA异步输入步转换等)
图15 DA转换部分
418存储部分
图16示电路存储部分输入数消失时芯片输出端数然保持概念行数扩展中常
图16 存储部分
5软件设计
51系统设计思路
系统通较DA输出AD釆样输入更新DA输出值输出电流稳定较低误差水ADDA分辨率均已达16位程序设定设定电流输岀电流差值1mA时认恒流源输出电流已达设定值保持稳定
系统加电程序首先完成系统初始化中包括ADDA串行口中断定时计数器等工作状态设定系统变量赋初值显示次设定值等然扫描获取键值判断设定键校准键否执行相应功子程序启动键根设定值校正等参数计算应输出数字量进行闭环反馈调整图17示
首先包括：单片机工作状态初始化动采样控制标志位标识键盘手动操作初始化中断初始化寄存器初始化整系统进行初始化规定F01时AD采样控制F00时键盘控制初始写初始设定状态处键盘状态LED数码显示P表示键盘状态启动DA进行转换等键盘开始循环等
软件部分包括：键检测部分数码显示部分闭环控制部分
键检测部分程序断检测否键采延时消抖松手检测方法避免微处理器错误判断增强软件稳定性检测键时执行相应程序改变IO口输出值DA转换终改变恒流源输出电流值
数码显示部分：显示部分采液晶屏数码显示应考虑成问题设计采led数码利单片机动态显示前恒流源输出电流
闭环控制部分：输出电流精密采样电阻转换电压信号AD转换器转换数字信号键盘输入值进行较偏差进行校正范围调整输出量输出值预设值达致
图17 系统程序流程图
52具体分步流程
次课程设计软件部分配合硬件完成设定恒流源数值控制显示设定实际输出电流值功
完成功选择C语言AT89S52芯片进行编程keil5软件整软件分键盘扫描模块液晶显示模块数模转换模块模数转换模块图18示
图18 软件分步模块图
521键盘键入流程
图19示键盘输入流程
图19 键盘输入流程图
522 AD转换流程
图20示AD转换流程图
图20 AD转换流程图
523 DA转换流程
图21示DA转换流程图
图21 DA转换流程图
524 号阳数码显示流程
图22示号阳数码显示流程图
图22 号阳数码显示流程图
6系统调试分析
设计完成LCD电路进行仿真结果
部分仿真截图（第行键盘输入值第二行实际值）：
20mA时：
图23 20mA仿真图
50mA时：
图24 50mA仿真图
100mA时：
图25 100mA仿真图
500mA时：
图26 500mA仿真图
1000mA时：
图27 1000mA仿真图
2000mA时：
图28 2000mA仿真图
检验总体误差较尤输出电流较时符合设计求
误差分析恒流源电路中达林顿需定导通电压实际应中考虑器件工艺温度产生误差AD转换器DA转换器分辨率原存固误差实验数表2示
表2 输入输出误差表
7实验测试结果分析
负载1欧10欧情况设定电流1mA2A变化时实测电流值表3表4列
电流设定mA
10
50
100
200
300
400
500
600
700
实际测*mA
12
51
101
201
301
402
501
602
702
电流设定＇mA
800
900
1000
1200
1400
1600
1SC0
1950
2000
实际测SmA
802
903
1005
1208
1410
1612
1816
1968
2021
表3测试数表（RL1欧）
电流设定mA
10
50
100
200
300
400
500
600
700
实际测量mA
11
51
102＇
202
301
402
502
603
703
电流设定mA
800
900
1000
1200
1400
1600
1800
1950
2000
实际测量mA
802
902
1004
1206
1411
1613
1815
1967
2020
表4测试数表(RL10欧)
测试数表明系统负载时输出电流具较高线形度误差较采ADDA分辨率均已达16位釆样值已极接实际电压初步考虑误差源应该釆样电阻实测釆样电阻两端电压实测电流发现值略20表1表2数利二法进行拟合出采样电阻校正值204欧
校正重新测量数表4表5列
电流设定mA
10
50
100
200
300
490
500
600
700
实际测量mA
11
50
100
200
300
400
501
600
700
电流设定mA
800
900
1000
1200
1400
1600
1800
1950
2000
实际测量mA
801
900
J000
1219
1401
1600
1801
1950
2000
表4测试数表(RL1欧)
电流设定mA
10
50
100
200
300
400
500
600
700
实际测量mA
10
50
100
201
301
400
500
601
700
电流设定mA
800
900
1000
1200
1400
1600
1800
1950
2000
实际测量mA
801
900
1001
1200
1400
1602
1801
1950
2020
表5测试数表(RL10欧)
表4Rl20Q时表6测试数记录表
1
2
3
设定值
20
100
500
显示值
20
100
499
测试值
195
998
50056
纹波电压
034
02
023
误差百分率％
25
02
031
次数
4
5
6
设定值
900
1400
2000
显示值
899
1400
2000
测试值
9003
1398
1998
纹波电压
021
018
018
误差百分率％
014
012
01
表6 测试数表(RL10欧)
测量结果系统误差源运算放器MOS电流放倍数够者稳定DA转换器AD转换器存定量化误差取样电阻温度变化引起误差基准电压稳漂引起误差
8结未展
设计基单片机AT89S52数控直流恒流源设计通运算放器等部件组成电流负反馈系统完成输出电流控制恒定提高系统精度输出电流0022mA间变化负载环境温度变化较该系统电路简单成低功耗性高具较广阔市场前景应价值
恒流源目前运十分广泛设计恒流源技术符合设计求具高精度稳定度操作方便造价便宜适合推广采价格便宜单片机作控制器ADDA转换电路设计键盘输入输出显示等恒流源实现键盘输入预置值LED显示输出预置值实际输出值步进+2mA2mA纹波电精度稳定度高存改善方时间力素硬件部分恒流源模块设计存改善空间功耗输出电流电压范围优化软件方面利AD模块采集电压预设电流较存差距通微处理器调整控制输出恒流精度稳定程度
设计系统足精度稳定度停留实验基础面积会出现问题亟解决问题
次课设中收获遗憾进行次课设中综合运模电数电C语言等种课程巩固专业知识梳理知识网络电子专业透彻认识解
社会产品智化数字化已成追求种趋势设备性价格发展空间等备受关注尤电子设备精密度稳定度关注性电子设备首先离开稳定电源电源稳定度越高设备外围条件越优越设备寿命更长基数控恒定电流器件需求越越迫切恒流源未发展做恒流源知识理解更加系统化做出更加符合社会发展恒流源
9致谢
课设中电路模块原理设计中黄建清老师帮助指导文容排版王立辉老师提出宝贵建议高效寻获价值信息
特殊疫情期间次课设中锻炼思考动手力通题目选择设计电路中加强思考完整性实际生活联系行性方案设计选择芯片选择锻炼熟练运单片机力深刻认识单片机脚功锻炼查阅专业知识资料动手力发现解决问题技熟练掌握调试仿真性设计完善排错电路图技巧
感谢黄建清老师王立辉老师严谨指导里黄老师王老师致崇高敬意道声老师感谢辛苦时感谢学倾情帮助课设中遇难题时网寻求帮助时予行解决方案热心网友
学生活重实贵踏实走路做事认真严谨切忌粗心意错毁事灵活变通遇困难积极寻求解决途径锻炼善总结力努力定结果暂时结果轻言放弃定程度专业领域中扎根未定会成催化剂
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10参考文献
[1]欧阳文ATMEL89系列单片机原理开发实践[J]北京中国电力出版社2007(06)
[2]张毅刚单片机原理应[J]北京高等教育出版社2003(12)
[3]余锡存曹国华单片机原理接口技术[J]西安西安电子科技学出版社2000(7)
[4]余孟尝数字电子技术基础简明教程[M]北京：高等教育出版社2006(7)
[5]杨素行模拟电子技术基础简明教程[M]北京：高等教育出版社1998(10)
[6]曲学基王增福稳定电源实电路选编[M]北京电子工业出版社2003(06)
[7]熊伟林模拟电子技术基础应[M]北京机械工业出版社2010(07)
[8]蔚广军朱宇虹种恒流源电路设计[J]电子动化2000(1)
附录1
Proteus仿真图
仿真成功图
附录2
原理图
附录3
PCB图
附录4
程序
#include
#include
#define Data_seg P0
#define DA_port P2
#define Data_ADC0809 P1 定义P1口Data_ADC0809 （程序里Data_ADC0809代表P1口）
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
unsigned char code table[]{0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d0x070x7f0x6f}
unsigned char code Wei[]{0x010x020x040x08}
sbit WELA P3^1 位控制端
sbit DULA P3^0 段码控制端
sbit KEY1P3^5
sbit KEY2P3^6
sbit KEY3P3^7
sbit DA_CSP3^2
ADC0809
sbit adrd P3^3
sbit adwr P3^4
sbit intr P3^2
#define KEY1_PRESS 1
#define KEY2_PRESS 2
#define KEY3_PRESS 3
void Delay_ms( unsigned int ms)
@110592MHz
{
unsigned char i j
for(ms>0ms)
{
_nop_()
i 2
j 199
do
{
while (j)
} while (i)
}
}
unsigned char KeyScan(unsigned char mode)
{
static unsigned char key_up1 键松开标志
if(mode) key_up1支持连
if(key_up&& (KEY10|| KEY20||KEY30))
{
Delay_ms(10)
key_up0
if(KEY10) return KEY1_PRESS
else if(KEY20) return KEY2_PRESS
}else if(KEY11&&KEY21&&KEY31) key_up1
return 0 键
}
void Seg_display(unsigned char *Data_IN)
{
unsigned char i0
for(i0i<4i++)
{
WELA1
Data_segWei[i] 发送位数
WELA0
Delay_ms(5)
Data_seg0x00
DULA1
Data_seg~table[Data_IN[i]] 发送段数
DULA0
Delay_ms(5)
Data_seg0x00
}
}
ADC0809读取信息
uchar ADC0809()
{
unsigned char x 0 存储P0口数值
芯片效
WELA1
Data_seg &~0x80 CS置0
WELA0
adwr 0 启动ADC0804进行ADC采集
_nop_() 延时片刻
adwr 1 高电变低电触发次ADC转换
while(intr) ADC转换完成intr 0
Data_ADC0809 0xff
芯片效
WELA1
Data_seg &~0x80 CS置0
WELA0
adrd 0 rd低电转换结果加载DB口
_nop_()
x Data_ADC0809 读取结果
adrd 1
芯片效
WELA1
Data_seg|0x80 CS置1
WELA0
return x
}
200200691
300396309 00196
40058889 00192
50078721 00198
600978169 00191
70117541 00197
00194*n
#define Current_K 0019420
float Current_Value00
uint Voltage_Value0
void main()
{
uchar temp[4]{0234}
uchar t0
uchar Set_value 0 DAC0832输出电压值
uint current_temp1234
WELA1
DULA1
while(1)
{
DA_CS0
DA_portSet_value
DA_CS1
Current_Value(float)Set_value*Current_K
current_temp (uint)(Current_Value*1000)
temp[0]current_temp1000 1
temp[1]current_temp10010 2
temp[2]current_temp1010 3
temp[3]current_temp10 4
tKeyScan(0)
if(tKEY1_PRESS)
{
if(Set_value>255)
Set_value255
else if(Voltage_Value<18)停止增电流
else Set_value++
}else if(tKEY2_PRESS)
{
if(Set_value<0)
Set_value0
else Set_value
}
Voltage_ValueADC0809()
Seg_display(temp)
}
}
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