单片机直流420mA电流信号发生器.docx
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单片机直流420mA电流信号发生器
辽宁工业大学
单片机及接口技术课程设计(论文)
题目:
直流4~20mA电流信号发生器
院(系):
电子与信息工程学院
专业班级:
通信091班
学号:
090405031
学生姓名:
张晓妲
指导教师:
李宁
教师职称:
讲师
起止时间:
2012.07.05—2012.07.13
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
电子与信息工程学院教研室:
电子信息教研室
学号
090405031
学生姓名
张晓妲
专业班级
通信091
课程设计(论文)题目
直流4~20mA电流信号发生器
课程设计(论文)任务
主要技术指标及要求:
1、直流电流信号在4~20mA之间可调,分辨率为1/250。
2、按键可选择输出电流。
3、显示器可显示输出电流。
设计内容:
1、分析设计要求,明确性能指标;查阅资料、设计方案分析对比。
2、论证并确定合理的总体设计方案,绘制总体结构框图,分析工作原理。
3、完成各单元具体电路的设计:
单片机最小系统、D/A转换、显示等电路。
包括元器件选择、工作原理分析。
4、写出程序流程图及汇编源程序。
5、完成课程设计说明书。
指导教师评语及成绩
成绩:
指导教师签字:
年月日
第1章设计方案论证1
1.1设计的应用意义1
1.2设计方案选择1
1.3总体设计方案框图及分析2
第2章硬件电路设计3
2.1电源电路设计3
2.2时钟复位电路设计3
2.38051单片机设计与D/A接口电路设计4
2.4偏移电路设计5
2.5放大电路电路设计5
2.6按键、显示电路设计6
第3章程序设计8
3.1程序流程图8
3.2源程序清单8
第4章设计总结11
参考文献12
附录113
附录214
第1章设计方案论证
1.1设计的应用意义
信号发生器在科技领域和生产实践中有着非常广泛的应用。
单片机的信号发生器抗干扰性强、功耗低、成本低、易实现,具有很高的使用价值。
随着大规模集成电路的迅速发展,多功能信号发生器已被制作成专用集成电路。
发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。
在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机测试时,都要有信号源,由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上,用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应,以分析确定它们的性能参数。
信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器,因而广泛应于通信、雷达、导航、宇航等领域。
在MCS-51单片机的应用过程中,经常需要设计可调直流电流信号。
而在单片机控制应用中对实时性和计算精度的要求非常高,因此,非常有必要研究有效的可调方法。
1.2设计方案选择
信号发生器的设计任务就是产生
三路信号,并且提供和主机通讯的软硬件接口。
首先根据输出信号的频率和幅值进行编码,存储在单片机的ROM里,然后以一定的时间间隔依次将这些数字量送往D/A进行转换输出,这样,只要循环不已的送数,在D/A的双极性输出端就可以得到信号波形。
信号的输出时序受上位机控制。
设计直流可调电流信号发生器。
采用CPU系统,定时/计数器电路,按键显示电路来显示其数值。
课程设计的主要任务是设计直流电流信号在4-20mA之间可调,分辨率为1/250。
按键可显示输出电流,利用可调电源来控制其输出电流。
信号发生器电源采用AC220V。
1.3总体设计方案框图及分析
系统硬件框图设计说明
图1.1系统硬件框图
第2章硬件电路设计
2.1电源电路设计
通过电源输入电路将220V交流电转换为直流电向主电路供电。
保证电流信号发生器主电路安全可靠的工作。
图2.1电源输入电路
2.2时钟复位电路设计
复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。
以MSC-51为例,复位脉冲的高电平必须大于两个机器周期。
若系统选用6MHz晶振,则一个晶振周期为2us,那么复位电路脉冲宽度应为4us。
采用单片机片内的振荡器、上电复位和外部硬件看门狗电路。
看门狗采用MAXIM公司的MAX706芯片,硬件电路如图。
MAX706可以提供至少200ms宽度的复位脉冲,为使看门狗溢出有效必须把MAX706的WDO和MR连接起来,看门狗输入WDI连接4051的任何一个I/O端口都可。
MAX706在程序运行期间监控整个系统的运行,喂狗程序必须在1.6秒之内使WDI引脚电平发生改变,否则MAX706将发出复位指令,使整个系统复位,看门狗时序如图所示。
图2.2
2.38051单片机设计与D/A接口电路设计
DAC0832是具有8位精度的四通道D/A转换器,最小分辨电压约为4mV,可以满足设计的精度要求。
每个通道都有一个输入锁存器,可以对输入的数字量进行锁存;输出端带有输出缓冲放大器。
AD7226有一条写入控制线WR,两条地址线A0、A1,通过地址线可以选择不同的D/A转换通道。
写入时序如图4所示
由于8051没有专门的地址和读写控制引脚,此处可以通过普通的I/O引脚参考AD7226的写入时序,利用软件进行时序模拟。
可以通过改变延时的时间来改变输出的频率。
是利用4051的P3.0、P3.1口作为A0、A1的地址线,P3.5作为WR的写入控制线的硬件参考电路,相应的示例程序如下:
……..
MOV P1,A ;P1口置数
MOV P3,#0FCH ;选择通道A
CLR P3.5 ;置P3.5低电平
SETB P3.5 ;置P3.5高电平,上升沿锁存数据
LCALL DELAY ;调用延时子程序
……..
图2.3单片机及接口电路设计
2.4偏移电路设计
DAC0832的每一个通道都可以单独用来提供单极性或双极性的输出,要获得双极性的输出必须外加运算放大器和偏移电阻,输出电压的范围取决于参考电压的大小,是在单极性电源供电情况下的双极性输出电路图,要注意偏移电阻的阻值匹配。
2.5放大电路电路设计
放大电路主要是对DAC0832输出的双极性电压信号幅值进行处理,以达到使用的要求。
放大电路的输入极增加一个一阶低通滤波器,以防止D/A输出的高频成分干扰;采用低频运放作为射随器以提高输入阻抗。
放大电路部分如图所示。
图2.4放大电路设计
2.6按键、显示电路设计
在单片机应用系统中,同时需要使用键盘与显示器接口时,为了节省I/O口线,常常把键盘与显示器做在一起,构成实用的键盘,显示器组合接口电路。
本设计采用8155扩展I/O口构成的键盘,显示器接口电路。
LED显示器采用共阴极。
段选码有8155PB口提供,位选码有PA口提供。
LED的驱动采用集电极开路输出8位驱动器8717。
LED采用动态显示,软件译码,键盘采用逐列扫面查询工作方式。
第3章程序设计
3.1程序流程图
3.2源程序清单
键盘扫描子程序
KEY:
MOVA#30
MOVDPTR,#7F00H
MOVX@DPTR,A
KEY1:
ACALLKS
JNZLK1
ACALLDISPLAY
AJMPKBZ
LK1:
ACALLDISPLAY
ACALLDISPLAY
ACALLKS
JNZLK2
AJMPKBZ
LK2:
MOVR2,#0FEH
MOVR4,#00H
LK3:
MOVDPTR,#7F01H
MOVA,R2
MOVX@DPTR,A
INCDPTR
INCDPTR
LONE:
JBACC,LTHR
MOVA,#08H
AJMPLKP
LTOW:
JBACC,LTHR
MOVA,#10H
AJMPLKP
LTHR:
JBACC,NEXT
MOVA,#08H
LKP:
ADDA,R4
PUSHACC
LK4:
ACALLDISPLAY
ACALLKS
JNZLK4
POPACC
KBZ:
MOVA,#0FFH
AJMPKEND
KS:
MOVDPTR,#7F01H
MOVA,#00H
MOVX@DPTR,A
INCDPTR
INCDPTR
MOVXA,@DPTR
CPLA
ANLA,#0FH
RET
动态显示扫描子程序
DISPLAY:
MOVA,#03H
MOVDPTR,#7F00H
MOVX@DPTR,A
MOVR0,#78H
MOVR3,#7FH
MOVA,R3
DIRO:
MOVDPTR,#7F01H
MOVX@DPTR,A
INCDPTR
MOVAA,@RO
ADDA,#0DH
MOVCA,@APC
MOVX@DPTR,A
ACALLDEL1
INCR0
MOVA,R3
JNBACC.0,DIR1
RRA
MOVR3,A
AJMPDIR0
DIR1:
RET
DSEG:
DB3FH,06H,5BH;4FH,66H,6DH,7DH,07H;
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
DEL1:
MOVR7,#02H
DEL0:
MOVR6,#0FFH
DJNZR6,$
DJNZ,R7,DEL0
RET
第4章设计总结
这次课程设计,我掌握了单片机接口设计的技巧,在查阅资料的过程中,学会了许多书本上学不到的东西,并且使自己的动手能力得到了加强,这次课程设计是我们学习完《单片机及应用技术》之后一次较为综合的设计,毫无疑问,每个人理论与实践的能力都得到了前所未有的锻炼,经过为期10余天的查阅资料、自己总结、与同学探讨等渠道,发现了自己在平时学习时的不足,以及出现的问题都得到了有效的解决,大学生课程设计对每个在校大学生都有很大意义,不但锻炼了我们运用知识的能力,并且为我们以后的毕业设计提供了基础,这次课程设计我更加清楚了以往学习过芯片的现实意义,详细的了解了他们各自的功能和引脚,学以致用是每一个学者学习的最终目的,尤其对我们理科生来讲,通过这次课程设计更加坚定了我学单片机和其他专业课的信心,并增强了对芯片的兴趣,激发了自己学习的动力,对以后的工作、研究有很大的帮助。
参考文献
[1]梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社2009.7
[2]赵晶主编Prote199高级应用人民邮电出版社,2000
[3]于海生编著微型计算机控制技术清华大学出版社2003.4
[4]魏永昌.单片机外围电路设计.北京.电子工业出版社.2006
[5]张鑫、华臻、陈书谦.《单片机原理及应用》[M].电子工业出版社,2005.P110~136.
[6]丁元杰、吴大伟.《单片微机实题集与实验指导书》[M].机械工业出版社,2004.P124~125.
[7]阎石.数字电子技术基础(第三版)[M].北京:
高等教育出版社,1989
[8]张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.北京.国防工业出版社.1996
[9]廖常初PLC编程及应用机械工业出版社
[10]何仰赞电力系统分析华中科技大学出版社
附录1:
整体电路原理图
附录2:
元器件清单
器件名称
数量
89C51
1个
电阻
9个
电容
1个
BIC8717
2个
LED
4个
8031
1个
+5V电源
3个
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