SMU对静态参数测定.docx
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SMU对静态参数测定
山东大学威海分校
机电与信息工程学院
课程设计
课程名称电子控制课程设计
课题名称基于SMU对74LS08的静态参数测定
专业测控技术与仪器
班级1班
学号
姓名
任课教师
2012年9月1日
山东大学威海分校
机电与信息工程学院
课程设计任务书
课程名称电子控制课程设计
课题基于SMU对74LS08的静态参数测定
专业班级测控技术与仪器
学生姓名
学号
指导老师
审批
任务书下达日期2012年6月28日
任务完成日期2012年9月1日
设计内容与设计要求
设计内容：
本课题要求以SMU为核心，在精度允许范围内（误差小于±1%FS），调节恒流源和恒压源分别对74LS04的静态参数进行测定，测量的结果在单片机上进行显示，将测量结果与给定的数据手册参数进行比较，判断74LS04芯片的性能。
设计要求：
1）确定系统设计方案；
2）进行系统的硬件设计；
3）完成必要的参数计算与元器件选择；
4）完成应用程序设计；
5）应用程序的调试。
主要设计条件
一、本实验设计的SMU具有恒流源与恒压源的切换功能，要求实现以下基本性能：
当为恒压（CV）输出-10~+10V，并且连续可调，误差小于±1%FS；恒流（CC）输出±1mA（FS）、±100mA（FS）时，误差小于±1%FS。
用单片机对采集的信号进行12位模数转换，在数码管上实现动态显示。
说明书格式
1.课程设计任务书
2.目录
3.总体方案确定
4.各单元硬件电路设计说明及计算方法
5.软件设计与说明
6.调试结果与必要的调试说明
7.使用说明
8.程序清单
10、总结
11、参考文献
进度安排
设计时间为两周
第一周
星期一、上午：
布置课题任务，讲课及课题介绍
下午：
借阅有关资料，总体方案讨论
星期二、总体方案
星期三、系统设计及调试
星期四、系统设计及调试
星期五、软件设计及调试
第二周
星期一、软件设计及调试
星期二、软件设计及调试
星期三、软件设计及调试
星期四、写说明书
星期五、上午：
写说明书，整理资料
下午：
交设计资料，答辩
目录
目录-6-
第1章前言-7-
第2章基本原理-8-
第3章总体设计思路-8-
3.1设计方案-8-
第4章硬件电路的设计方案-9-
4.1恒压源电路-9-
4.2恒压源电路-10-
4.3开关电路-10-
4.4整体电路-10-
第6章软件设计方案-11-
第7章参考文献-18-
附录-19-
第1章前言
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
就目前而言，单片机的发展势头依然不减，各种型号和功能更强的单片机和超级接口芯片不断出现，进一步向高层次发展的重要标志就是构成多机系统和分布式网络。
机电一体化是当今制造技术和产品发展的主要倾向，也是我国机电工业发展的必由之路。
可以认为，它是用系统工程学的观点和方法，研究在机电系统和产品中如何将机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合应用，以求机电系统和产品达到最佳的组合。
机电一体化产品所需要的是嵌入式微机，而单片机具有体积小、集成度高、功能强等特点，适于嵌入式应用。
智能仪器、家用电器、数控机床、工业控制等机电设备和产品中竟相使用单片机。
SMU中的恒流源部分的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。
只要能够得到电流，就可以有效形成反馈，从而建立恒流源。
恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。
即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。
SMU中的恒压源部分就是在电路当中输出恒定电压的电源；在电子线路中保证电压恒定的部分叫做恒压源，属于电源的一种。
第2章基本原理
本课题设计以SMU为桥梁，开关控制SMU的恒流源档和恒压源档的切换，51单片机控制SMU的恒流源档的两个档位，实现自动切换。
SMU将74LS04芯片与单片机联系起来工作，通过调节SMU的恒流源档，调节输入74LS04的电流，测得此时74LS08芯片的的静态电压经过12位的AD转换器（AD1674），得到的数字信号输入51单片机经行数据处理，然后在上位机上进行V-A特性曲线显示，或者将得到的电压进行数码管动态显示出来；同样，当SMU在恒压源档工作时，对得到的电流进行同等的数据处理。
第3章总体设计思路
3.1设计方案
该系统的难点在于SMU的硬件设计与单片机的数据显示，SMU的恒压源部分采用实验室提供的恒压源箱，经过电压跟随器的处理后，实现恒压功能；设计恒流源时较为复杂，采用反馈电路作用，固定某一电阻上的电压值，这样便能获得数值稳定的恒定电流。
开关控制接入此电压控制电路的阻值大小，从而控制电路中恒定电流值。
又实验要求能实现恒流源档位的自动切换，于是上述的开关功能通过51单片机代替，进而能够通过单片有效的控制恒流源档位的自动切换。
注意到数据处理过程，由于74LS08芯片的静态输出电压及电流均很小，所以处理数据时，精度要求较高，我们在此选择AD1674进行模数转换，能较好的提高精度。
进行电流显示时是通过采样电阻及信号放大电路将待测的电流信号I转换成0—1V电压信号,由A/D转换器采集电压信号，并将电压转换的数字信号传输给单片机，由单片机完成对采样信号的处理、分析，最后输出信号驱动LED显示器，显示被测的电压值。
而进行电压显示时，将输出电压直接经过AD转换输入单片机进行显示即可。
第4章硬件电路的设计方案
根据设计要求和设计思路，SMU由三部分组成，即恒压源，恒流源和开关切换部分
4.1恒压源电路
由于实验室的恒压源箱已有良好的恒压效果，所以直接电压跟随后接入74LS08就能进行测量。
仿真结果如下：
4.2恒流源部分
图中SW1为开关，控制恒流源的电流大小。
通过对R1两端的电压进行跟随后进行求差，然后对其反馈到电流放大的前端，控制R1的电压大小，恒定输出电流大小。
4.3开关电路
上图即为通过单片机控制的开关电路部分，控制高低电平即可控制恒流源的档位切换
4.4整体电路图如下
第5章软件设计方案
AD1674采集电压信号的程序如下：
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineaddo（10.0/4095.0）
#defineA0.00390802
sbitCE=P2^0;
sbitRC=P2^5;
sbitCS=P2^6;
sbitA0=P2^7;
sbitSTS=P3^5;
sbitshier=P3^4;
voidinti（）
{
CS=1;
CE=0;
shier=0;
}
unsignedintad1674_convert（）
{
ucharV,temp1,temp2;
inti（）;
STS=1;
/////////////////////////初始化过程/////////////////
CS=0;
delay
（1）;
A0=0;
delay
（1）;
RC=0;
delay
（1）;
CE=1;//CE必须要比RC延迟50ns以上
delay
（1）;
while（STS==1）;
///////////////////////读写过程//////////////
CE=0;
delay
（1）;
RC=1;
delay
（1）;
A0=0;
delay
（1）;
CE=1;//CE必须要比RC延迟50ns以上
delay
（1）;
//////////////////读数据///////////////////////////
temp1=P0;
CE=0;
delay
（1）;
RC=1;
delay
（1）;
A0=1;
delay
（1）;
CE=1;
delay
（1）;
temp2=P0;
CE=0;
CS=1;
V=（temp1<<8）|temp2;//高位和低位合成实际温度，temp2为P0口的高四位
V=V>>4;//返回转换结果，右移四位是因为temp2为P0口的高四位
return（V=（int）（V*addo/100））;//转换为可显示的实际温度值;
}
附AD1674时序图
第六章参考文献
1、康华光.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社，2005
2、康华光.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社，2005
3、曹立军.单片机原理与应用.西安电子出版社，2009
电子控制课程设计课程设计评分表
班级：
姓名：
学号：
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
开发板焊接及其调试完成情况
硬件设计或软件编程完成情况*
硬件测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
组织纪律性（出勤率）
综合评分
指导教师签名：
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日期：
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