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基于单片机的直流恒流源设计

信息与控制工程学院硬件课程设计说明书数控直流电流源设计

学生学号：

学生姓名：

专业班级：自动1003班

指导教师：

职称：讲师

起止日期：2013.03.11～2013.03.31

吉林化工学院

Jilin Institute of Chemical Technology

信息与控制工程学院硬件课程设计说明书

课程设计任务书

一、设计题目：数控直流电流源

二、设计目的

1.掌握STC89C52单片机最小系统及接口电路的设计；

2.熟练掌握单片机的编程方法；

3.掌握利用DXP软件绘制电路图的方法；

三、设计任务及要求

设计并制作数控直流电流源。输入交流200～220V,50Hz;输出电流≤10V,输出电流范围为20～2000mA。

四、设计时间及进度安排

五、指导教师评语及学生成绩

摘要：该数控直流电流源以精密压控电流源为核心、用单片机、DAC组成控制电路，引入“S类”反馈控制功率放大电路，实现超精密电流控制、具备精准的扩流能力、低失调、有步进、同时带有丰富扩展功能的精密电流源。经过ADC采样，完成输出电流显示功能，并使输出范围覆盖0～2A，是理想的电流源解决方案。

关键词：精密电流源低失调 S类功率放大器

Abstract: The direct current source of numerical control bases on accurate VCCS, using MCU and DAC as controller kernel, importing circuit of power amplification of type S with feedback control; achieves ultra accurate current control; has low offset and excellent capacity for current enlarging; has step by step motion. At the same time, it provides abundance extended functions. According to the ADC sampling, it carries out the function of displaying the current output, meanwhile it achieves a range of 0 to 2A. Above all, it is an ideal solution of current source.

Keyword: accurate current source , low offset , power amplification of type S

第1章绪论 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 -

1.1 恒流源的应用 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 -

1.1.1 在计量领域中的应用 ----------------------------------------------------------------------------------- 1 -

1.1.2 在半导体器件性能测试中的应用 --------------------------------------------------------------------- 1 -

1.2 恒流源的发展历程---------------------------------------------------------------------------------------------- 2 -

1.2.1 电真空器件恒流源的诞生------------------------------------------------------------------------------ 2 -

1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类 --------------------------------------------------------------------------- 2 -

1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类 ------------------------------------------------------------------------ 2 -第2章恒流源的设计理论与总体方案 ------------------------------------------------------------------------------- 3 -

2.1 总体方案选取及性能指标 ------------------------------------------------------------------------------------- 3 -

2.1.1 数控直流电流源的设计要求 --------------------------------------------------------------------------- 3 -

2.1.2数控直流电流源系统设计方案比较 ------------------------------------------------------------------- 3 -

.2 2恒流源基本设计原理与实现方法 ----------------------------------------------------------------------------- 4 -.2 2.1恒流源基本设计原理 ----------------------------------------------------------------------------------- 4 -.2 2.2引起稳定电源输出不稳定的主要原因---------------------------------------------------------------- 4 -第3章系统的硬件设计与实现---------------------------------------------------------------------------------------- 5 -

3.1 单片机介绍 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5 -

3.1.1 认识单片机----------------------------------------------------------------------------------------------- 5 -

3.1.2 其他外围器件-------------------------------------------------------------------------------------------- 9 -

3.2 A/D和D/A的介绍 ------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 -

3.2.1 A/D和D/A的选择 ----------------------------------------------------------------------------------- - 11 -

3.2.2 A/D和D/A的介绍 ----------------------------------------------------------------------------------- - 12 -

3.3 供电电源的设计---------------------------------------------------------------------------------------------- - 14 -

3.4数控直流电流源主要单元器件的选择 --------------------------------------------------------------------- - 15 -

3.4.1开关的选择 -------------------------------------------------------------------------------------------- - 15 -

3.4.2 PWM芯片的选择------------------------------------------------------------------------------------- - 15 -

3.4.3电流传感器的选择------------------------------------------------------------------------------------ - 19 -

3.5 电源输入EMI滤波和主电路前级整流滤波电压电路设计 --------------------------------------------- - 21 -

3.5.1电源输入EMI滤波电路 ----------------------------------------------------------------------------- - 21 -

3.5.2主电路前级整流滤波稳压电路---------------------------------------------------------------------- - 21 -

3.6 PWM调制波与MOSFET的驱动电路的设计------------------------------------------------------------- - 22 -

3.7 斩波电路与滤波稳流电路的设计 -------------------------------------------------------------------------- - 22 -

3.7.1输入电压最大有效值的计算------------------------------------------------------------------------- - 22 -

3.7.2斩波与滤波稳流电路原理图------------------------------------------------------------------------- - 22 -

3.8 电流检测电路的设计 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 23 -

3.8.1电流/电压转换电路 ----------------------------------------------------------------------------------- - 23 -

3.8.2隔离型电流检测电路 --------------------------------------------------------------------------------- - 23 -

4.1 软件流程 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 24 -

4.1.1主程序与A/D采集程序流程图 --------------------------------------------------------------------- - 24 -程序初始化-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 24 -

5.1 测试方法 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 25 -

5.2 总结 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 25 -

附录 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 27 -附1：原件清单---------------------------------------------------------------------------------------------- - 27 -附2：总电路图---------------------------------------------------------------------------------------------- - 28 -附3：部分程序---------------------------------------------------------------------------------------------- - 29 -参考文献----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 31 -

第1章绪论

在实际生活中，很多电子系统都要求有稳定的直流电流源供电，特别是在厂矿企业和实验室中，直流稳压电流源作为一种必备的电子设备得到了广泛的应用。一般的直流电流源往往固定输出一种电流值或仅有几档电流值,不便于通用。有些电流源虽能实现数控但所设定的输出电流值是否准确不经测试无法知道。为此, 本文结合模拟反馈控制和数字比较的方法介绍一种基于单片机的数控直流电流源。它可实现以下功能:

(1) 输出电流范围: 20mA～2000mA，具有“＋”、“－”

步进调整功能,步进1mA、10mA 调整功能；

(2) 可设置输出电流给定值,并可显示输出电流给定值

和输出电流测量值, 便于用户操作及进行误差分析；

(3) 可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与

给定值偏差的绝对值小于等于给定值的1％+10mA；

(4) 改变负载电阻,输出电压在10V范围内变化时, 输

出电流变化的绝对值小于等于输出电流值的0.1％+1mA；

(5) 纹波电流≤ 2mA；1.1 恒流源的应用

1.1.1 在计量领域中的应用

电流表的校验宜用恒流源。校验时，将待校的电流表与标准电流表串接于恒流源电路中，调节恒流源的输出电流大小至被校表的满度值和零度值，检查各电流表指示是否正确。

在广泛应用的DDZ系列自动化仪表中，为避免传输线阻抗对电压信号的影响，其现场传输信号均以恒流给定器提供的0~10mA(适用于DDZ-II系列自动化仪表)或4~20mA(适用于DDZ-III系列自动化仪表)直流电流作为统一的标准信号，便于对各种信号进行变换和运算，并使电气、数模之间的转换均能统一规定，有利于与气动仪表、数字仪表的配合使用。

在某些精密测量领域中，恒流源充当着不可替代的角色。如给电桥供电、用电流电压法测电阻值等。各种辉光放电光源：如光谱仪中的氢灯、氖灯，一旦被点燃，管内稀薄气体讯速电离。由于离化过程的不稳定性并恒有增加的倾向，放电管中的电流将随之上升。因此，在灯管上加以恒定电压时，它是不稳定的，其电流值可能增大到使灯管损坏。为了稳定放电电流，从而稳定灯管的工作状态，最好采用恒流源供电。

各种标准灯(如光强度标准灯等)的冷态电阻接近于零，在使用时为防止电流冲击，一般通过调压器或限流电阻逐步加大电流至额定值，既不方便，又不安全。特别是，使用这些标准灯时，必须控制通过灯丝的额定电流不变，否则灯丝内阻的变化将影响灯的发光稳定性。因此，采用恒流源供电更为合理。在电位差计中如果使用恒流源则可免去校正工作电流这一环节。

1.1.2 在半导体器件性能测试中的应用

半导体器件参数的测量常常用到恒流源。例如，测量晶体管的反向击穿电压时，若预先将恒流源调至测试条件要求的电流值，则对不同击穿电压的晶体管无须调整就可由电表或图示仪表直接读出击穿电压的数值。不仅提高了测试效率，延长了仪表的使用寿命，而且限制了反向电流，不致损坏被测晶体管。

半导体器件参数的测量也必须采用恒流源。例如，用光电导衰退法测量材料的少数载流子寿命，用半导体霍尔效应测量材料的电导率、迁移率和载流子浓度等，因为半导体材料的电阻率对温度、光照极为敏感，若采用稳压电源，当电阻率改变时，测试电流也会变化，从而影响被测材料的参数值。为了保持测试电流不变，只有采用恒流源供电。

1.2 恒流源的发展历程

1.2.1 电真空器件恒流源的诞生

世界上最早的恒流源，大约出现在20 世纪50 年代早期。当时采用的电真空器件是镇流管，由于镇流管有稳定电流的功能，所以多用于交流电路，常被用来稳定电子管的灯丝电流。

电子管通常不能单独作为恒流器件，但可用它来构成各种恒流电路。由于电子管是高压小电流器件，因此用简单的晶体管电路难于获得的高压小电流恒流源，用电子管电路却容易实现，并且性能相当好。

1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类

进入60 年代，随着半导体技术的发展，设计和制造出了各种类型性能优越的晶体管恒流源，并在实际中获得了广泛的应用。晶体管恒流源电路可封装在同一外壳内，成为一个具有恒流功能的独立器件，用它可构成直接调整型恒流源。用晶体管作调整元件的各种开环和闭环的恒流源，在许多电子电路中得到了应用。但晶体管恒流源的电流稳定度一般不会太高，很难达到0.01%/min，且最大输出电流也不过几安培。它适用于那些对稳定度要求不太高的场合。1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类

到了70 年代，半导体集成技术的发展，使得恒流源的研制进入了一个新的阶段。长期以来采用分立元件组装的各种恒流源，现在可以集成在一块很小的硅片上而仅需外接少量元件。集成电路恒流源不仅减小了体积和重量，简化了设计和调试步骤，而且提高了稳定性和可靠性。在各种恒流源电路中，集成电路恒流源的性能堪称最佳。

第2章恒流源的设计理论与总体方案

2.1 总体方案选取及性能指标

2.1.1 数控直流电流源的设计要求

设计并制作数控直流电流源。输入交流200～220V,50Hz;输出电流≤10V,输出电流范围为20～2000mA。

2.1.2数控直流电流源系统设计方案比较

根据设计要求，系统可分为电流源主电路、控制部分、人机界面（宝库键盘输入与显示）和辅助电源四部分。系统实现方案有一下几种。

方案一：根据传统线性恒流源的原理，以集成稳压芯片（如LM337）与数字电位器构成电流源的主题部分，通过单片机改变数字电位器的阻值，以实现对恒流源输出值的调整，并使用数码管LED显示其数值。该方案电路结构简单，容易实现，但由于目前数字电位器分度有限，市场上能找到的最高分度只有10位，如MAXIM公司的MAX5484，难以实现发挥部分的功能。因此，由于流过的电流较大，需要并串多个数个电位器才能满足输出的电流要求，且系统为开环控制，稳定性差，精度较低。

方案二：根据开关电源的原理，经AC/DC/DC变换过程来实现可调稳流的功能，主电路由整流滤波电路、斩断电路和恒流电路构成。其工作原理如下：市电经隔离变压器降压后，通过整流桥整流，电容器滤波，变成平稳的直流电，完成AD/DC的变换过程；通过由FPGA(可变成逻辑器件)产生PWM调制波控制开关管的通断构成斩波电路，输出高频的直流脉冲，经储能电感平波、电容高频滤波后，输出可调的直流电；使用HCPL7870光电隔离A/D转换芯片（精度达15位）对输出电流进行采集，构成闭环控制系统。由于FPGA的系统时钟频率高（一般使用50MHz）,并以并行处理数据，所以该方案可靠性高、变成容易。但经过仔细分析后发现，该方案有如下几个缺点，系统成本较高；由于使用的是离散数字PWM调制方式，当FPGA芯片使用50MHz的系统时钟时，若PWM的占空比要实现2000个分度，则PWM的最高频率只能达到25KHz,根据输出电流的纹波与输出的频率成反比的规律，在25KHz频带的范围内，输出电流纹波较大，给后级的稳流滤波电路带来困难，影响输出的电流指标，难以达到发挥部分的要求；采取的是离散的数字信号反馈控制，对数字信号的量化精度要求较高。

方案三：按照方案二AC/DC/CD的设计思路，再在斩波电路的前缀增加一级稳压电路，使用集成稳压器来降低电网波动对斩波电路的影响。控制部分选用单片机与专用的PWM调制芯片相结合的方式来控制MOSFET开关管的通道。其输出电流的大小通过隔离型电流传感器转换成对应的模拟信号，并将这一模拟量分为两路：一路直接反馈到PWM集成芯片的反馈输入端，构成连续的闭环控制系统；另一路经模/数转换芯片变成数字信号传给单片机处理，作为辅助的调节反馈量，使用软件算法来修正给定量，减小稳态误差。

方案三基于PWM芯片与单片机的可调直流源方框图

方案三与其他两个方案相比，具有如下优点：1、系统为双环控制系统，动态响应快，超调量和稳态出差小；2、成本低，技术成熟；3、软硬件相结合，可靠性高，功能全，扩展余地高，理论上可达到设计题目的所有性能指标。该系统设计确定采用方案三。

2.2 恒流源基本设计原理与实现方法

2.2.1 恒流源的基本设计原理

本系统以直流电流源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达1mA，并可由数码管显示实际输出电流值和电流设定值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（MAX532）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。

2.2.2 引起稳定电源输出不稳定的主要原因

稳定电源的输出电量(电压或电流)，是相对稳定而非绝对不变的，它只是变化很小，小到可以在允许的范围之内。产生变化的原因是多方面的，主要有以下四个因素：

(1) 电网输入电压不稳定所致。电网供电有高峰期和低谷期，不可能始终稳定如初。

(2) 由负载变化形成的。如果负载短路，负载电流会很大，电源的输出电压会趋于接近于零，时间一长还会烧坏电源；如果负载开路，没有电流流过负载，输出电压就会升高。即使不是这两种极端情况，负载电阻有微小的变化也会引起稳定电源输出电量的变化。

(3) 由稳定电源本身条件促成的。构成稳定电源的元器件质量不好，参数有变化或完全失效时，就不可能有效地调节前两种原因引起的波动。

(4) 元器件因受温度、湿度等环境影响而改变性能也会影响稳定电源的输出不稳。

一般地说，稳定电源电路的设计首先要考虑前两种因素，并针对这两种因素设计稳定电源中放大器的放大量等。在选择元器件时，要重点考虑第三个因素。但在设计高精度稳定电源时，必须要高度重视第四个因素。因为在高稳定电源中，温度系数和漂移这两个关键的技术指标的好坏都是由这个因素所决定的。

2.2.2 恒流源的基本设计原理

第3章系统的硬件设计与实现

3.1 单片机介绍

3.1.1 认识单片机

1.主要功能特性：

兼容 MCS-51 指令系统

32 个双向 I/O 口

3 个 16 位可编程定时/计数器

全双工 UART 串行中断口线

2 个外部中断源

中断唤醒省电模式

看门狗（WDT）电路

灵活的 ISP 字节和分页编程

8k 可反复摖写（>1000 次）ISP Flash ROM

4.5-

5.5V 工作电压

时钟频率 0-33MHz

256×8bit 内部 RAM

低功耗空闲和省电模式

3 级加密位

软件设置空闲和省电功能

双数据寄存器指针

AT89S52 设计和配置了振荡频率可为0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP、和 PLCC 三种封装形式，以适应不同产品的需求。

2.引脚功能说明

(1)主电源引脚

VCC：+5V 电源端

GND：接地端

(2)输入/输出引脚

P0 端口(P0.0～P0.7)：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口可用作多路复用的低字节地址/数据总线。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在对 flash 存储器进行编程时，P0 口用于接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节；这时需要外部上拉电阻。 P1 端口(P1.0～P1.7)：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向I/O口，P1 输出缓冲器能驱动 4个TTL逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被输入信号拉低的引脚由于内部上拉电阻的原因，将输出电流IIL。此外，P1.0 和P1.1 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

P2 端口：P2 口也是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向I/O口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被输入信号拉低的引脚由于内部上拉电阻的原因，将输出电流IIL。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。

P3 端口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向I/O口，P3 输出缓冲器能驱动 4 个TTL逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被输入信号拉低的引脚由于内部上拉电阻的原因，将输出电流IIL。P3 口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3 口也接

(3)控制信号引脚

RST：复位输入端。晶振工作时，RST 引脚的输入高电平有 2 个机器周期就会对单片机复位。看门狗计时完成后，RST 引脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG ：地址锁存控制信号。存取外部程序存储器时，这个输出信号用于锁存低 8 位地址。在对 flash 存储器编程时，此引脚也用作编程输入脉冲PROG 。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用作外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，会跳过一个 ALE 脉冲。在需要时，可以将地址为 8EH 的 SFR 寄存器的第 0 位置为“1”，从而屏蔽 ALE 的工作。而只有在 MOVX 或 MOVC 指令执行时 ALE 才被激活。在单片机处于外部执行方式时，对 ALE屏蔽位置“1”并不起作用。

PSEN ：外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 的两次激活会被跳过。

EA /VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令， EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP电压。

(4)振荡器引脚

XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

3.时钟电路及复位电路

AT89S52 中有一个构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路。

外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容 C1，C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容 C1，C2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度的稳定性。如果使用石英晶体，推荐电容使用 30pF 士 lOpF，如果使用陶瓷谐振器建议选择 40pF士l0pF。用户也可以使用外部时钟。采用外部时钟的电路如图所示。在这种情况下，外部时钟脉冲接到 XTAL1 端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2 端悬空。由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的额定要求。本课题用到的晶振频率为12MHz，如图所示。

复位是单片机的初始化操作。其主要功能是将程序计数器 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H单元开始执行程序。在运行中，外界干扰等因素可使单片机的程序陷入死循环状态或跑飞。为摆脱困境，可将单片机复位，以重新启动。复位也使单片机退出低功耗工作方式而进入正常工作状态。 RST 引脚是复位信号的输入端，高电平有效。其有效时间应持续 24 个振荡周期(即两个机器周期)以上。振荡周期就是晶振的振荡周期。 Vcc，C1=10uf，RES1=10k和RESET构成传统复位电路；Vcc ，C1=22p,RES1=1k和S1RESET

D1构成改进复位电路。

图--复位电路图

从原理上讲，一般采用上电复位电路。这种电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于时短路，于是 RESET 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RESET 端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始止常工作。

图--单片机最小系统

3.1.2 其他外围器件

1.MAX232

max232资料简介

该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。

该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS 电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

主要特点

1、单5V电源工作

2、 LinBiCMOSTM工艺技术

3、两个驱动器及两个接收器

4、±30V输入电平

5、低电源电流：典型值是8mA

6、符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28

7、ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V

图--MX232双串口的连接图

2.键盘

图--键盘

3.LCD1602

液晶显示原理

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。

字符的显示

用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。

图--LCD1602

4.报警系统

蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5~15V直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.5～2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

图--蜂鸣器报警

3.2 A/D和D/A的介绍

3.2.1 A/D和D/A的选择

根据设计要求，系统要求输出的电流为20～2000mA,要求显示数值，因此给定量的执行元件———数/模转换器（A/D）与检测量化元件———模/数转换器（D/A），综合系统设计的要

求，并考虑到单片机的IO接口资源紧张的原因，最终决定采用ADC0832与DAC0832两款芯片。

3.2.2 A/D和D/A的介绍

1、ADC0832的主要技术指标：

（1） 8位分辨率，逐次逼近型。

（2） 5V电源供电时，基准电压为5V，输入模拟电压范围为0~5V。

（3）输入和输出电平与TTL和CMOS兼容。

（4）有两个可供选择的模拟输入通道。

（5）在250KHz时钟频率时，转换时间为32μs。

（6）一般功耗仅为15mW。

图--ADC0832

2、ADC0832引脚说明

（1） /CS片选使能，低电平有效。

（2） CHO模拟通道0，差分输入时，作为IN+或IN-使用。

（3） CH1模拟输入通道1，差分输入时，作为IN+或IN-使用。

（4） GND 电源地。

（5） DI数据信号输出，选择通道控制。

（6） DO数据信号输出，转换数据输出。

（7） Vcc/Vre电源输入及参考电压输入（复用）。

（8） CLK芯片时钟信号

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32μS，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。

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。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，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。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ADC0832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、ADC0832时序图

图--ADC0832时序图

4、DAC0832资料

芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适

于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。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.

图--DAC0832的直通方式

如上图所示,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,当基准为正是,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.

图--DAC0832时序图

3.3 供电电源的设计

实验要求需要给89c52单片机及各外围电路的芯片供电，本实验设计了分别为15±

±直流电源。

V8,

3.4数控直流电流源主要单元器件的选择

3.4.1开关的选择

根据相关资料，对比MOSFET与IGBT两种开关管，其性能参数的对比如表所示

由于设计要求输入的功率不大（仅20W），主要指标体现在输出电流的分辨率、测定值的误差、纹波、稳定度等方面。为获得很好的滤波效果，希望其斩波的频率越高越好（至少在100KHz 以上）。对照上表分析，由于MOSFET管开关速度快，可作为选择开关管的对象，已知其通断电流为20A，开关频率可达1MHz,通态电阻Ω

R,能满足设计要求。

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3.4.2 PWM芯片的选择

PWM芯片根据其控制方式可分为电压模式控制和电流模式控制两种。

SG3525具有很高的温度稳定性和较低的噪声等级，具有欠压保护和外部封锁功能，能方便实现过压过流保护，能输出两路波形一致、相位差为180ο的PWM信号，结合MOSFET管斩波电