基于单片机控制的恒流源的设计.doc

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1、毕 业 设 计 论 文 题目：基于单片机控制的恒流源的设计系 别：电气与电子工程系专 业：电气工程及其自动化姓 名：朱攀峰学 号：121406139指导教师：刘晓芳河南城建学院2019年5月24日河南城建学院 毕业设计（论文）任 务 书题 目基于单片机的直流恒流源设计系 别电气与电子工程系专业电气工程及其自动化班级1214061学号39学生姓名朱攀峰指导教师刘晓芳发放日期河南城建学院教务处制河南城建学院本科毕业设计（论文）任务书一、主要任务与目标：本次设计主要任务：设计一种基于单片机控制的程控数字直流电流源。目 标：通过此次毕业论文（设计）1.培养学生综合运用所学知识和技能,解决智能建筑系统规

2、划,可行性研究,系统分析,系统设计。2.培养学生调查研究与信息收集,整理的能力; 3.培养和提高学生的自学能力和计算机实际应用能力; 4.培养和提高学生的文献检索,收集能力; 5.培养和提高学生的设计,报告等编写能力; 6.培养学生的创新意识, 求实的科学作风以及刻苦钻研的精神二、主要内容与基本要求：本次设计主要内容：程控电流源以 AT89S52 为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器 OP07 和达林顿管 TIP122 构成程控电流源的主体，配以高精度采样电阻及 12 位 D/A 芯片 MAX532、16 位 A/D 芯片 AD7715，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制。

3、基本要求：1.努力学习、勤于实践、勇于创新，保质保量的完成毕业设计任务书规定的任务。2.遵守纪律，保证出勤，因事、因病不能坚持正常设计，应事先向指导教师请假，否则作为旷课处理。无论任何原因，不参加时间达到1/5者，取消答辩资格，成绩按不及格处理。3.独立完成规定的设计任务，不弄虚作假，不抄袭和拷贝别人的工作内容,否则毕业设计成绩按不及格处理。4.毕业设计说明书必须符合学院有关规范要求，否则不能取得参加答辩的资格。5.每天认真书写毕业设计日志，日志主要记载学生在毕业设计过程中所涉及的学术问题，指导教师定时检查，并给予指导评定。6.在实验室进行实验时，要爱护仪器设备，节约材料，严格遵守操作规程及实

4、验室有关制度。三、计划进度：1.毕业设计起止时间：第5周第12周 2.毕业设计进度安排 第5周 ：毕业设计正式开始 ； 学生导师见面 ； 确定毕业设计小组中每个学生的具体研究任务；借阅有关学术资料；其他准备工作。 第 6周: 对相关知识信息进行收集整理研究，初步确定设计方案第 7 周 第9周：完成具体设计任务。第10-11周： 打印论文图纸，按照要求装订论文 ；撰写答辨提纲,进行预答辩。第12周： 毕业设计答辩。 四、主要参考文献：1. 马淑华，王凤文，张美金.单片机原理与接口技术.北京：北京邮电出版社.2. 余永权。ATMEL89系列Flash单片机原理及应用，电子工业出版社。指导教师（签名

5、）： 年 月 日教研室审核意见： （建议就任务书的规范性；任务书的主要内容和基本要求的明确具体性；任务书计划进度的合理性；提供的参考文献数量；是否同意下达任务书等方面进行审核。） 教研室主任签名： 年 月 日注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交教研室主任审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。成绩评定成绩评定说明一、答辩前每个学生都要将自己的毕业设计（论文）在指定的时间内交给指导，教师，由指导教师审阅，写出评语并预评分。二、答辩工作结束后，答辩小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办法，在参考指导教师预评结果的基础上，评定每个学生的成绩。系对专业答辩

6、小组提出的优秀和不及格的毕业设计（论文），要组织系级答辩,最终确定成绩，并向学生公布。三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。四、具体评分标准和办法见河南城建学院毕业设计（论文）工作条例。五、答辩小组评分包括两部分：（1）学生答辩情况的得分和评阅教师评分；（2）指导教师对学生毕业设计（论文）的评分毕业设计（论文）成绩评定班级 姓名 学号综合成绩： 分（折合等级 ）答辩小组组长签字 年 月 日答辩小组评定意见一、评语（根据学生答辩情况及其论文质量综合评定）。二、评分（按下表要求评定）评分项目答 辩 小 组 评 分评 阅 教 师 评 分合计（40分）完成任务情 况（5分）毕业设计（论文）质量（

7、5分）表达情况（5分）回答问题情 况（5分）质 量（正确性、条理性、创造性、实用性）（10分）成果的技术水平（科学性、系统性）（10分）评分答辩小组成员签字 年 月 日 毕业答辩说明1、答辩前，答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计（论文），为答辩做好准备，并根据毕业设计（论文）质量标准给出实际得分。2、严肃认真组织答辩，公平、公正地给出答辩成绩。3、指导教师应参加所指导学生的答辩，但在评定其成绩时宜回避。4、答辩中要有专人作好答辩记录。指导教师评定意见一、对毕业设计（论文）的学术评语（应具体、准确、实事求是）： 签字： 年 月 日二、对毕业设计（论文）评分按下表要求综合评定。（1）理工

8、科评分表评分项目（分值）工作态度与 纪 律（10分）毕业设计（论文）完成任务情况与水平（工作量与质量）（20分）独 立工作能力（10分）基础理论和基本技能（10分）创 新能 力（10分）合 计（60分）得分（2）文科评分表评分项目（分值）文献阅读与文献综述（10分）外文翻译（10分）论文撰写质量（10分）学习态度（10分）论证能力与创新（20分） 合 计（60分）得分 指导教师签字： 年 月 日基于单片机控制的直流恒流源的设计摘 要 目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科，它对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性

9、的电源起着关键作用。 本文设计了一种基于单片机控制的数控直流恒流源。该恒流源以 AT89S52 为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器 OP07 和达林顿管 TIP122 构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及 12 位 D/A 芯片 MAX532、16 位 A/D 芯片 AD7715，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制。人机接口采用 44 键盘及 LED 数码管显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。 本文在软件设计上采用增量控制法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了如下的优点：一是算式中不需要累加，控制增量的确定

10、仅与最近三次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；其次是计算机每次只输出控制增量，即对应行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程。 关键词：单片机，数字控制，恒流源。 THE DESIGN OFDC CONSTANT-CURRENT SOURCECONTROLLED BASED ON SCMABSTRACTAt present, the technique of power supply is becoming a comprehensive technique imbued with multiplex techniques and playing

11、a crucial role in providing the power supply with high quality and high efficiency to the following fields: telecommunication, technical instruments, computer, industrial automatic control, electric power engineering, national defence as well as some high-technology industry. In the paper we designe

12、d a DC constant-current power controlled based on SCM. The system adopt AT89S52 as hard core and the main circuit of constant-current source consist of darlington device TIP122 and operational amplifier OP07 which has high CMRR(Common Mode Rejection Ratio) and low temperature shift. Moreover, we ado

13、pt 12 bit D/A chip MAX532 and 16 bit A/D chip AD7715 to realize a real-time test and control to the current output controlled based on SCM. The display interface with 4 4 keyboard technique and LED enables operator to read the screen more intuitively. This paper adopt incremental control algorithm i

14、n software design，namely the output of digital controller is just the increment of controlled variable. Incremental control is a little improvement at algorithm. However, it has some advantage as follows: first, accumulating is not needed in equation, the decision of increment is just involved in la

15、st three sampling values and it can obtain good controlled effect with weighted processing. Next, the computer output only controlled increment every time, namely the variable value of position corresponding operator. So the range of influence is small and it will not affect the production process w

16、hen the machine get out of order. KEY WORDS: SCM, digital-control, constant-current source.目录摘 要9ABSTRACT10第一章 绪论131.1 恒流源的应用131.1.1 在计量领域中的应用131.1.2 在半导体器件性能测试中的应用141.1.3 在传感器中的应用141.1.4 现代大型仪器中稳定磁场的产生141.1.5 在其它领域中的应用151.2 恒流源的发展历程151.2.1 电真空器件恒流源的诞生151.2.2 晶体管恒流源的产生和分类151.2.3 集成电路恒流源的出现和种类151.3 国

17、内外研究现状161.4 论文的研究内容161.4.1 课题需要解决的主要问题161.4.2 论文的总体结构17第二章 恒流源的设计理论与总体方案182.1 总体方案选取及性能指标182.1.1 总体方案的选取 S182.1.2 性能指标182.2 恒流源基本设计原理与实现方法182.2.1 引起稳定电源输出不稳定的主要原因182.2.2 恒流源的基本设计原理192.2.3 器件的参数计算及选择202.3 本章小结21第三章 系统的硬件设计与实现223.1 单片机功能介绍223.2 电源模块的设计263.3 A/D 模块设计263.3.1 AD7715 简介263.3.2 硬件电路设计303.4

18、 D/A 模块设计303.4.1MAX532简介303.4.2 硬件电路设计323.5 键盘接口电路设计323.5.1键盘工作方式333.5.2 接口电路设计333.6 显示器接口电路设计343.6.2 硬件电路设计353.7本章小结36第四章 系统的软件设计374.1主程序流程图374.2 键盘中断子程序384.3 显示中断子程序384.4 本章小结39第五章 总结与展望40参考文献41致谢42第一章 绪论众所周知，许多科学实验都离不开电源，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，然而目前实验所用的直流电源大多输出精度和稳定性不高；在测量上，传统的电源

19、一般采用指针式或数码管来显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值：使用上若要调整精确的电压或者电流输出，须搭配精确的显示仪表监测，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要当心漂移，使用起来非常不方便。因此，如果直流电源不仅具有良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化，以精确的微机控制取代不精确的人为操作，在实验开始之前就对一些参数进行预设，这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效 。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

20、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 010mA(适用于DDZ-II系列自动化仪表)或 420mA(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

21、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

22、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。 1.1.3 在传感器中的应用 目前，在科技和生产部门广泛应用的各类物性型敏感器件，如热敏、力敏、光敏、

23、磁敏、湿敏等传感器，常常采用恒流源供电。这不仅因为许多敏感器件是用半导体材料制成的，还因为这样可以避免连接传感器的导线电阻和接触电阻等的影响。 1.1.4 现代大型仪器中稳定磁场的产生 在许多医疗诊断仪器中，如CT断层扫描仪和超导磁源成像仪中的磁场均要求很稳定。否则会造成严重的测量误差。如果采用稳压电源，由于电磁铁线圈工作时发热等原因会使其阻值改变，因而供电电流变化，导致磁场不稳定。如果采用恒流源供电就能克服上述缺点。因此，凡是要求磁场十分稳定的装置，就必须采用恒流源供电。所以，在核物理实验装置中，如粒子加速器、质谱仪、谱仪以及云雾室，都必须采用恒流源供电。 众所周知，在电子显微镜中焦距越小，

24、放大倍数越大。为了提高放大倍数，就必须使焦距缩短，而焦距与磁场强度有关。如果磁场不稳定，则磁场强度也不稳定，从而使电子在焦点以外的磁场再次聚焦，甚至多次聚焦，而多次聚焦会使成像质量变坏。因此，必须采用恒流源供电。 1.1.5 在其它领域中的应用 在用普通的充电机充电时，随着蓄电池端电压的逐渐升高，充电电流相应减小，为保持正常充电，必须随时提高充电机的输出电压。采用恒流源充电，就可以不必调整，即使从充电装置中加入或移去部分蓄电池也不影响正常充电，从而使劳动强度降低，生产效率提高许多电真空器件，如示波管、显像管、功率发射管等，它们的灯丝冷电阻很小，当用额定电压点燃时，在通电瞬间电流很大，常常超过灯

25、丝额定电流许多倍。这样大的冲击电流容易使灯丝寿命缩短。为了保护灯丝，最好采用恒流源供电。当灯丝从冷到热变化时，通过灯丝的电流保持稳定。对于价格昂贵的大功率发射管或要求电真空器件的工作十分稳定时，恒流源供电尤为重要。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

26、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。

27、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。1.3 国内外研究现状在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪 60 年代中期开始形成，到了 90 年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面，电源产业规模的发展在加快；另一方面，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大

28、批具有代表性的研究成果和产品。目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足：在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为 10-15 年，尤其在实现直流恒流源的智能化、网络化方面的研究不是很多。目前国内在这两面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件(PSD)来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，还有很大的差距。目前，全国的电源及其配件的生产销售企业有 4000

29、家以上，产值有 300-400 亿元，但国内企业(著名的如北京大华、江苏绿扬等)销售的数控直流稳压电源大多是代理日本和台湾的产品，国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体来说，国内直流恒流源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。 1.4 论文的研究内容1.4.1 课题需要解决的主要问题 1.如何实现对电源的输出控制 系统设计的目的是要用微处理器来替代传统直流稳定电源中手动旋转电位器，实现输出电流的连续可调，精度要求高。实现的途径很多，可以用 DAC 的模拟输出控制电源的基准电压或分压电阻，或者用其

30、它更有效的方法，因此如何选择简单有效的方法是本课题需要解决的首要问题。 2.数控直流恒流源功能的完备 数控直流恒流源要实现电流的键盘化输入控制，同时要具备输出显示功能。另外，根据要求电源还应该可以通过按键选择一些特殊的功能。如何有效的实现这些功能也是课题所需研究解决的问题。1.4.2 论文的总体结构 第一章：概述恒流源应用及其发展历程，剖析其国内外研究现状，引出本论文的研究内容。 第二章：提出一种基于单片机芯片 AT89S52 的数控恒流源的方案，分析恒流源的设计原理与实现方法。第三章：详细阐述系统各个模块的设计，本章是全文的重点，包括电源电路的设计，A/D、D/A 转换电路的，键盘输入，LE

31、D 输出显示电路的设计等。 第四章：阐述软件流程图。 第五章：对本人的研究成果进行系统的总结和概括，并就进一步研究提出建议和展望。第二章 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 总体方案的选取 本课题要设计的基于单片机控制的直流恒流源，分为以下几个组成部分：单片机控制系统、A/D和 D/A 转换模块、电源模块、恒流源模块、负载及键盘显示模块，系统框图如图所示。LED显示键盘控制单片机控制系统恒流源模块D/AA/D电源负载 图21 系统框图2.1.2 性能指标 本文要设计的直流恒流源预定性能指标如下：1.输出电流范围：202000mA； 2.可设置并显示输出电流给定值

32、，要求输出电流与给定值偏差的绝对值给定值的 0.1+3mA； 3.具有“+”、“-”步进调整功能，步进10mA； 4.改变负载电阻，输出电压在 10V 以内变化时，要求输出电流变化的绝对值输出电流值的 1+10mA； 5.纹波电流2mA2.2 恒流源基本设计原理与实现方法2.2.1 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，

33、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

34、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 图22 恒流源主电路图恒流源电路如上图所示，由于D/A转换输出的模拟信号不稳定，加上C3稳定电压。经过 3.6K的电阻和 1K的电位器加到单运放OP07 的同相输入端,调节电位器的阻值的大小可调节同相输入端的电位，从而改变输出点的电位，输出电位加到达林顿管的B管脚上，进入达林顿信号产生自激信号，通过C1过滤掉。利用达林顿管的电流放大特性，可实现大电流的输出。电流放大倍数为 100015000 倍。Ic =Ib 由于 值很大则Ic Ib，那么IcIe 改变达林顿B管脚的电位可改变达林顿管集电极C管脚的电流。达

35、林顿管E管脚和地之间接一个功率电阻，把达林顿管的E管脚和OP07 的反相输入端相连，使功率电阻的电位送到OP07，来钳位达林顿管基极B管脚的电位。E管脚电压需要采集送到单片机处理，接C2使采集电压更加稳定。当通过达林顿管的集电极 C 和发射极 E 上的电流变大时，功率电阻上的电压升高，U 为负值，则B 管脚的电位降低，从而使流过达林顿管的集电极 C 和发射极电流降低。当通过达林顿管的集电极 C 和发射极 E 上的电流变小时，功率电阻上的电压降低，U 为正值，则 B 管脚的电位升高，从而使流过达林顿管的集电极 C 和发射极电流升高，当U 为零时电流稳定不变，由此来达到恒流的目的。 负载集电极电流

36、Ic发射极电流Ie负反馈Ur基极电流Ib 图23 恒流源原理图2.2.3 器件的参数计算及选择 考虑到题目要求最大电流要达到 2000mA，在达林顿管E管脚和地之间需接一个功率电阻，采集其上的电位,一路送到OP07 的反相输入端，一路要送到A/D转换，进行实际输出的电流实时检测，又考虑到其功率会影响到电源的功率，故选择阻值 1 欧姆的水泥电阻，功率要大于4W，又考虑到开机时的冲击电流和留有余量等因素，为确保产品的工作可靠性，我们在此选用 5W的大功率电阻。达林顿管允许流过的电流应大于 2000mA，根据题目要求其输出电压要在 10V以内变化，则电源电压可选 15V的直流电源，达林顿管的C极和E

37、极之间的允许压降要大于 3V，因此可保证题目的要求，即输出电压在10V以内，故我们选用型号为TIP132 集电极可流过最大电流为 8A、放大倍数在 100015000 范围的 75W大功率达林顿管，由于题目要求测量的输出电流为可达 2A的大电流，为确保达林顿管可靠工作，我们选用了散热功能良好的散热片，同时也提高了整个系统的可靠性。2.3 本章小结本章首先确定了系统的总体方案，对各个模块的功能进行了分析，并且给出了系统的性能指标。文章分析了引起稳定电源输出不稳定的原因，详细阐述了恒流源的设计原理，并设计出了本课题恒流源的主电路。第三章 系统的硬件设计与实现3.1 单片机功能介绍本课题采用ATME

38、L公司的AT89S52 单片机作为控制系统的核心。AT89S52 是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，引脚图如图31所示。图31 AT89S52引脚图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 2568bit 内部 RAM 低功耗空闲和省电模式 AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并

39、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(P0.0P0.7)：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

40、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(P1.0P1.7)：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）

41、，具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。 口线第二功能信号名称P1.0T2定时器/计数器T2的外部记数输入，时钟输出P1.1T2EX定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制P1.5MOSI在系统编程序中用P1.6MISO在系统编程序中用P1.7SCK在系统编程序中用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

42、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。口线第二功能信号名称P3.0PXD串行输入P3.1TXD串行输出P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时器0外部输入P3.5T1定时器1外部输入P3.6W

43、R外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读写通(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