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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