标准直流信号发生器

单片机系统课程设计报告

（标准直流信号发生器）

完成日期：2011年10月14日

目录

一、设计任务及分析 (1)

1、基本要求 (2)

2、任务分析 (2)

3、方案选择 (2)

4、硬件方案 (3)

(1)D/A转换器 (3)

(2)显示部分 (3)

(3)键盘部分 (3)

5、软件设计 (4)

（1）合理分配内存 (4)

（2）键盘管理部分 (4)

（3）显示管理部分 (4)

二、单片机部分 (5)

三、D/A转换芯片DAC0832 (9)

1、主要特性 (9)

2．内部结构 (10)

3．外部特性（引脚功能） (10)

四、运算放大器部分 (12)

五、显示部分电路 (13)

六、按键部分 (14)

七、软件部分调试部分 (15)

（1）电流调节部分程序 (15)

（2）整体程序 (17)

八、PCB制电路板 (23)

九、原件清单 (24)

十、课程设计体会 (25)

一、设计任务及分析

在电子电路中，需要用到各种信号源，把一个电压或电流信号加到被测系统，应用测量方法确定其各项电的性能参数。直流电流源就是其中的一种。传统的电流源虽然可以做到高精度、宽电流范围输出，但由于采用模拟电子线路，使得结构复杂，调整困难，指示亦不

直观。随着单片机技术的发展，智能电流输出模块以其功能强、灵活性好等特点得到了广泛的应用。数字式的标准电流信号发生器，可以实现非线性控制，并且在自动调整、精确控制等方面有广阔应用前景。

1、基本要求

（1）输出1路标准可调的4~20mA电流信号

（2）电池供电/220V供电

（3） 4位数码显示

（4）粗调加减键，每次加减1mA；细调加减键、每次加减0.1mA （5）输出信号精度0.5%

2、任务分析

信号发生器实际是将数字量变换成模拟量的过程，标准电流信号发生器需要D/A转换的精度要高，同时希望得到的是电流量，而不是电压量。如果是电压量，此时需要V/I的转换。由于调节分为粗调和细调，所以应注意对应于不同的按键，应该选择不同的数字量。D/A 转换和V/I转换的实现可以通过运算放大器等模拟数字电路搭建，也可以通过专用芯片来实现。

3、方案选择

本方案采用单片机作为主芯片，对系统进行控制。采用89C51是因为它内含数据存储器和程序存储器，不需要外扩，线路比较简单。采用其他单片机有可能会增加布线难度，而且增加成本。价格低廉，

是目前单片机产品中性价比比较高的一种。

4、硬件方案

(1)D/A转换器

D/A转换部分实现数字量向模拟量的转化，输出对应的电压

或电流值。根据题目的要求，D/A转换器可采用不同位数的芯片，可采用并行或串行的均可。本次课程设计选用的是8位的DAC8032芯片。

(2)显示部分

用数码管构成显示电路，选定显示方式（动态、静态、串行、

并行）。

(3)键盘部分

根据系统要求选择键盘的形式，采用简单键盘形式。

整个系统构成。

单片机

键盘

显示系统

D/A 转换功率放大

图1 标准电流信号发生器的原理框图

5、软件设计

本程序主要由键盘程序、显示器程序两部分组成。

（1）合理分配内存

内存是系统宝贵的资源之一，为合理利用内存，应对内存的使用通盘考虑，并反复修改使用方案，使之达到最合理利用。应尽量少使用全局变量，多使用局部变量，以提高内存的利用率。有效利用CPU 内存和外围器件内存，一般情况下不建议扩展系统内存。

（2）键盘管理部分

在设计键盘管理软件之前，要先设计键盘的使用方法，按照键盘的使用方法绘制软件流程图，之后设计程序。粗细调加减键可采用查表的方式进行。

（3）显示管理部分

按照模块化设计思想，显示管理应以子程序的形式设计。

开始

系统初始化：包括

初始电流值、显示

键盘扫描，取键值

键值分析

将需转换的数字量

送至D/A转换

显示

主程序流程图图2

二、单片机部分

我们采用了现在被广泛应用的AT89C51单片机，尽管它是8位机，但其处理精度完全满足系统的设计要求。该种单片机的最高频率可达到24MHz。在12MHz时，其处理速度完全达到设计要求。 AT89C51的特点：1、与MCS-51 兼容2、4K字节可编程闪烁存储器3、1000写/擦循环4、数据保留时间：10年5、全静态工作：0Hz-24Hz6、三级程序存储器锁定7、128*8位内部RAM8、32可编程I/O线9、两个16位定时器/计数器10、5个中断源11、可编程串行通道12、低功耗的闲置和掉电模式13、片内振荡器和时钟电路。

引脚功能如下： 1～8 P1.0～P1.7脚：是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。9 RST：复位输入。10～17 P3.0`～P3.7脚：是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

18 XTAL2：来自反向振荡器的输出。

19 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入

20 GND: 接地。

21～28 P2.0～P2.7: 为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。29：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。

30：当访问外部存储器时，地址锁存允许/编程线的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

31 /VPP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

32～39 P0.7～P0.0：为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

40 VCC：供电电压。

振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

32～39 P0.7～P0.0：为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

一个单片机最小系统包括CPU、晶振电路和复位电路三部分。

图3组成单片机最小系统。

图3 单片机最小系统

三、D/A转换芯片DAC0832

1、主要特性

1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs

4）单个＋5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度

7）低功耗，约15mW。

2．内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近。

3．外部特性（引脚功能）

DAC0832有28个引脚，采用双直插式的封装。

所下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。

2-1～2-8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

START： A／D转换启动信号，输入，高电平有效。

EOC： A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：数据输出允许信号输入，高电平有效。当A／D转换结束时，端输入一个高电平。

图4 数模转换芯片DAC0832 DAC0832连接以及效果图如图5

图5 DAC0832仿真接线图

四、运算放大器部分

由于DAC0832输出的电流很小，必须经过运放才能得到所需的电流。我们用LM301芯片做运算放大器的放大器件。

图6 LM301运放

LM301的额定工作电压为正负15V，当负极为输入端时，1与8号引脚接电容构成平衡。当接正极输入时1与5号引脚接平衡电阻。

图7 LM301反向运算放大器

提高稳定性和得到稳定的电流采用两级运放。如图8为电路仿真的运放部分。

图8运放部分电路五、显示部分电路

用共阴极数码管做显示部分电路

图9显示部分

六、按键部分

由于proteus软件找不到按键，所以用开关代替按键。

图10按键部分电路图

图11 proteus软件仿真效果图七、软件部分调试部分

（1）电流调节部分程序

#include

#include

#define dout P2

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit cs=P3^5;

sbit wr=P3^6;

sbit xfer=P3^7;

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void init() {

cs = 0;

wr = 0;

xfer=0;

dout=0xff;

}

void main()

{

init();

while(1)

{

cs=0;

wr=0;

xfer=0;

dout=0xff;

delay(100);

}

}

图12电流程序调节仿真效果（2）整体程序

#include

#include

#define dout P2

#define duan P1

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit DS1=P0^0; //定义位

sbit DS2=P0^1;

sbit DS3=P0^2;

sbit DS4=P0^3;

sbit jia=P0^4;

sbit jian=P0^5;

sbit xijia=P0^6;

sbit xijian=P0^7;

sbit cs=P3^5;

sbit wr=P3^6;

sbit xfer=P3^7;

//int out=0;

Uchar codetime[]={

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f };

//0~9

Uchar code timer[]={

0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef };

//带点的0~9

void delay(uint z) //延时

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void init() //初始化DA

{

cs = 1;

wr = 1;

xfer=1;

dout=0x00;

delay(100);

}

void display() //显示程序

{

uint a,b,c,m;

//uchar i;

//i=dout;

m=dout; //读现在IO口的值a=m/100;

b=m%100/10;

c=m%10;

duan=0x00;

DS4=1;

duan=time[0];