武汉理工大学学科基础综合课群课设报告-数控直流电流源(编辑修改稿)

武汉理工大学学科基础综合课群课设报告-数控直流电流源(编辑修改稿)内容摘要：

60。 复位电路复位是单片机初始化操作。 复位将单片机复到初始化状态，目的是使CPU及个专用寄存器处于一个确定的初始状态。 如前面介绍，在单片机的复位信号RST上保持2个机器周期以上的高电平，单片机就会复位。 本次设计采用的是手动复位方式，利用按键闭合是单片机复位端上保持接通高电平状态两个机器周期以上。 (3)振荡电路 该电路是由内部反相放大器通过引脚XTAL1和引脚XTAL2与外接的晶体以及电容C3和C4构成，产生出晶体振荡信。 此晶振信号接至内部的时钟电路。 ，外接晶体时，电容C3和C4通常选30pF。 虽然对外接电容没有严格要求，但电容的大小会影响振荡频率、振荡器的稳定性和起振的速度。 振荡器的这些特性对弹片机的应用影响很大，因此在设计印刷电路板时，应使晶体和电容尽可能与单片机靠近，以保证稳定可靠。 MAX1241是MAXIM公司推出的一种串行A/D转换器，具有低功耗、高精度、高速度、体积小、接口简单等优点。 MAX1241是一种单通道12位逐次逼近型串行A/D转换器，功耗低，转换速度快。 它使用逐次逼近技术完成A/D转换过程。 最大非线性误差小于1LSB，转换时间9181。 s。 采用三线式串行接口，内置快速采样/保持电路。 MAX1241内部结构（如图3）和管脚定义（如图4）：图4 MAX1241内部结构. A/D模块电路～，为减少来自电源的干扰。 由于MAX1241内部没有参考电源提供，需外接参考电压，；特殊情况下，让SHDN悬空，此时，即可在REF引脚输入参考电压，～，电容越大，MAX1241由待机模式到正常工作模式的唤醒时间将越长。 MAX1241的三根数据线，时钟输入端、。 MAX1241芯片内部具有采样/保持电路，无需外部保持电容和采样/保持电路。 MAX1241的控制线SCLK、CS、DOUT可与AT89C52的通用I/O口直接相连，无需任何接口变换，模拟电压经前级放大至0～VREF范围后，由AIN引脚输入。 其中MAX1241，所用到的+。 其外围电路如图5所示 图5 MAX1241外围电路. D/A模块有前面的计算知，模拟量输出通道我选用了AD公司的单通道12位电压输出D/A转换器，单电源工作，～，时钟频率最高可达30MHz。 片内高精度输出放大器提供满电源幅度输出，其基准来自电源输入端，可以提供较大的动态输出范围，它利用能与标准的接口标准兼容的3线串行接口与微处理器交换数据，接口简单。 工作过程中，将SYNC置为低电平时候启动写序列，在这个阶段，SYNC线至少要保持低电平一直到SCLK的第16个下降沿，DAC在这第16个下降沿被更新，如果在这之前SYNC被拉为高电平，就意味着写序列中断，此时移位寄存器复位。 决定控制器件处于哪种工作方式，最后12位是数据位，它们代表着DA转换器即将输出的电压值。 在第16个时钟下降沿，最后一位数据随时钟输入并按照给定内容执行已编制好的功能。 其外围电路如下图6所示： 图6 AD5320外围电路. 存储模块本系统的外扩存储器主要是用来记忆用户数据，因此容量不需要很大，一般的小型存储器芯片就可以。 然而从方便系统扩展来和价格来考虑，我选用了EEPROM—24C02，它是采用2C接口的一种常用2Kbit（2568bit）的存储器。 24C02C是一种串行存储器，其容量2Kbit。 A0、A1和A2引脚用于多器件工作。 将这些输入引脚上的电平与从器件地址中的相应位作比较，如果比较结果为真，则该器件被选中。 SDA串行数据引脚为双向引脚，用于把地址和数据输入/输出器件。 该引脚为漏极开路。 因此，SDA总线要求在该引脚与VCC之间接入上拉电阻。 对于正常的数据传输，只允许在SCL为低电平期间改变SDA电平。 而SDA电平在SCL高电平期间若发生变化，表明起始和停止条件产生。 WP写保护引脚必须连接到VSS或者VCC。 如果连接到VSS，写操作使能。 如果连接到VCC，写操作被禁止，但读操作不受影响。 VCC电源输入引脚，标称条件下在VCC时，则VCC阈值检测电路会禁止内部的擦写逻辑。 将A0、AA2全部接地，即决定了该模块的地址为0xA0，24C02C的外围电路如图7所示： 图7 24C02C外围电路. 显示模块. 1602LCD显示液晶显示器由于体积小、质量轻、功耗低等特点，已成为各种便携式电子信息产品的理想显示器。 液晶显示器通常可分为两大类，一是点阵型，二是字符型。 一般的字符型液晶只有两行，面积较小，能显示字符和一些很简单的图形；而点阵型液晶通常面积较大，可以显示图形和更多的字符。 为了方便设计，同时又能满足设计的需要及尽可能降低设计成本。 因此，我选择1602LCD液晶显示器。 目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。 针对此设计，我选用16*2模块。 1602引脚功能说明： 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。 要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。 . LCD显示硬件电路1602LCD的读写控制引脚是第5引脚R/W。 在本次设计中，为了降低程序设计，我只用LCD作显示器，在此只对其写操作，所以设计时直接将R/W接地。 其电路原理图如图8所示： 图8 LCD电路. 键盘模块键盘的作用是对单片机输入数据，设计中要求能使电流进行“+”，“”及电流值的设定，所以采用键盘为44的矩阵键盘，用MM74C922芯片进行识别按键后送AT89C52的并行口P2，～。 传统的44矩阵键盘识别处理程序的编写相对烦琐。 所以采用MM74C922芯片来将44矩阵键盘的键值转换成4位二进制码以简化程序的编写。 . MM74C922MM74C922是一款集成了键盘防抖动技术和按键检测功能的16位按键的译码芯片。 由CMOS工艺技术制造，工作电压315V，“二键锁定”功能，编码输出为三态输出，可直接与微处理器数据总线相连，内部振荡器能完成44矩阵键盘扫描，亦可用外部振荡器使键盘操作与其他处理同步，通过外接电容避免开关发生前、后沿弹跳所需的延时。 有按键按下时数据有效线变高，同时封锁其他键，片内锁存器将保持键盘矩阵的4位编码，可由微处理器读出。 其引脚图如图9所示：图9MM74C922. 键盘电路由X1～X4，Y1～Y4的连接方式，即可确定每一个按键的编码。 如图10所示，从键盘的左下角开始，依次编码为0、2„„E、F。 我将A作为设置键，B作为恢复键，C作为加法键，D作为减法键，E作为确认键，F作为取消键。 再加上0～9刚好16个按键。 通过DA信号触发中断，由于有按键时，DA为高电平，而单片机的中断信号为低电平，故需在DA信号引脚上接上一个非门，再与单片机的INT0引脚相连。 图10 键盘电路. 恒流源模块用“运放+大功率三极管”的结构构成恒流源。 大功率三极管选用TIP122型号，它是应用范围广、功率小、频率低的达林顿，NPN极性型，特征频率:1000（MHz），集电极允许电流:8（A），集电极最大允许耗散功率:48（W）。 其性能满足本设计要求，同时可以通过功率管的不同容量来满足不同的应用要求。 采用常用的大功率电阻作为采样电阻，输出电流波动比较大，而康锰铜丝是一种温度特性佳的阻性元件，选其作为取样电阻，其两端电压正比于流过的电流，因此该电压的反馈就是负载电流的反馈。 其原理如图11所示： 图11 恒流源电路 4. 方案实现在组装硬件之前，做足软件的仿真是硬件能够正常工作的保障。 为此，我在设计时，就采用Proteus仿真，这样便于我在编程时，能够及时的发现程序的不足，及时的修改，使我编写的程序更加完美。 首先，我在Proteus里编辑原理图（如图22所示），然后在单片机的属性中导入由在keil软件里编辑的程序生成的HEX文件，即可执行仿真。 图12 仿真原理图由于设计要求规定输出为200mA～2000mA。 因此我在初始化是就默认初始值为200mA。 我接着单击键盘上的“加”键，设置值加1，输出值也加1的变化。 连续单击几次加键，再单击“减”键，也达到我想要的结果。 单击设置键，我输入0200，即要求输出为200mA的电流，单击确认键，发现输出值也达到了200mA。 由于我选取的取样电阻值为1欧，因此，我检测的电压值理论上就是输出电流值。 如图13所示： 图13 Proteus仿真结果图 通过此次学科基础课群综合训练课程设计，我的理论知识和实际操作能力都得到了很大的提高。 我做的题目是数控直流电流源的设计，尽管这个题目只是电力电子装置中很小的一部分，但我还是从中学到了不少。 对于以前电力电子装置的一些疑惑，在这次实践中都迎刃而解了，并且更深切地体会到了一些应用软件在实际工作中的重要作用。 而且此次程设计将我们所学的书本只是串起来，使我对这一门课有了。