电子信息工程系毕业论文-精密电流信号发生器.doc

1 索取号： 密级： 电 子 工 程 系 毕 业 论 文 精密电流信号发生器 姓 名 蒋培俊 专 业： 电子信息工程系 班 级： 10 级电信（2）班 学 号： G1010510 指导教师： 孙培华 二一一年五月 2 南京机电职业技术学院电子工程系毕业论文声明南京机电职业技术学院电子工程系毕业论文声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在老师指导下，进 行实践工作所完成的。除文中已经注明引用的内容外，本论文的成 果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的 内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本论文声明的法律责任由本人承担。 签名： 年 月 日 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 目录 摘要摘要 1 1 引言引言 3 3 第一章第一章 设计任务和要求设计任务和要求 4 4 1.1 设计的主要任务.4 1.2 设计的主要要求.4 第二章第二章 系统各模块方案论证和选择系统各模块方案论证和选择 5 5 2.1 控制模块.5 2.2 显示电路模块.5 2.3 压控恒流模块.6 第三章第三章 系统硬件电路的设计与实现系统硬件电路的设计与实现 7 7 3.1 主控制单元设计.7 3.1.1 单片机最小系统.7 3.1.2 显示部分.7 3.1.3 掉电数据存储部分.8 3.2 D/A 转换部分.9 3.3 压控恒流电路11 3.4 稳压电源部分12 第四章第四章 系统的软件设计系统的软件设计 1313 第五章第五章 系统调试系统调试 1414 5.1 硬件调试14 5.2 软件调试14 5.3 软硬件调试14 5.4 结果分析14 总结总结 1616 参考文献参考文献 1717 附录附录 1818 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 1 页 共 19 页 020mA 精密电流信号发生器 摘要：摘要：本文介绍一种基于 AVR 单片机 PWM 功能的低成本高精度电流信号发生器，能 够精确实现 020mA 恒流的输出。该系统主要由电源模块、恒流模块、显示模块和 按键模块组成，通过按键来设置信号发生器的输出信号，并由四位共阳数码管显示 信号的设定值。它以 Atmega32 单片机为核心，由内部定时器产生 PWM 波，通过低通 滤波器和驱动放大器实现基于 PWM 的高精度 D/A 转换，最后经恒流模块输出恒定的 电流信号。该设计经测试能成功的满足各项设计指标。 关键词：关键词：AVR单片机 D/A转换 恒流 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 2 页 共 19 页 Precision Electricity Signal Generating Device In the Range Of 020mA Abstract:This article introduces a low cost and high precision electricity signal Generating Device. It can carries out the output of constant flow in the range of 0-20mA. This system is made up by cocurrent voltage-stabilized electrical source, constant flow module ,display module and so on . The system intercalates export signal of the signal occur machine by the keyboard,and the four common anode digital display tube diaplays the intercalate value. It takes the Singlechip Atmega32 for the core, and bring the PWM wave through the inside timing machine,then through the low pass filter,the actuation enlargement electric circuit to realizes the D/A conversion, finally passes through the pressure control constant flow module to output constant current signal. This design that through the testing can satisfied any technic guide lines successful. Key word：SCM Atmega32，D/A conversion，Constant Flow 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 3 页 共 19 页 引言 随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，在电子工程、通信工程、自 动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样 的信号发生器。信号发生器是科研、教学试验及各种电子测量技术中很重要的一种 信号源。在科学研究或在工厂的电子产品上有着广泛的应用。当今社会，数控恒压 技术已经比较成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步且有待发展， 高性能的数控恒流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。本文正是应社会发展的 需求，研制出一种基于单片机的高性能的数控直流恒流源。本信号发生系统输出电 流稳定，输出电流可在 020mA 范围内任意设定，不随负载和环境温度的变化，并 具有较高的精度，因而可实际应用于需要高稳定度小功率的信号源的领域。 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 4 页 共 19 页 第一章 设计任务和要求 1.1 设计的主要任务 通过设计和制作精密电流信号发生器，提高收集文献、资料的能力，提高分析、 解决工程问题的综合素质，从而达到综合运用所学各门课程知识进行电子产品分析、 制作、调试和维修的能力。 1.2 设计的主要要求 1能产生 020mA 电流信号（分辨率 0.1） ，负载500； 2要求用单片机完成；有较好的人机界面；输出信号用 LED 数码管显示，可以 通过键盘修改。 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 5 页 共 19 页 第二章 系统各模块方案论证和选择 根据题目要求与提示，系统设计可划分为稳压电源、控制器、压控恒流源、显 示模块四部分。压控恒流源是本系统的功率模块部分，主要起电流输出调整的作用。 稳压电源主要是为压控电流源提供主电源以及为控制器提供辅助工作电源。本系统 的基本框图如图 2.1 所示。 图 2.1 系统的基本框图 2.1 控制模块 方案一：采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变 输出电流值。采用软件方法来解决数据的预置，使系统硬件更加简洁，各类功能易 于实现。本系统以 51 系列单片机为主控制器，通过键盘来设置并可由数码管显示电 流设定值。利用单片机程序控制输出数字信号，经过 D/A 转换器（DAC7512）输出模 拟量，再经过运算放大器放大， 改变输出电流。 方案二：本系统采用 AVR 系列单片机作为整机的控制单元， AVR 单片机根据输 入的电流值产生对应的 PWM 波，经过低通滤波器滤波和驱动放大电路，输出恒定的 电流信号。单片机是根据采集到的值调整 PWM 输出，从而调整了输出电流。如此反 复，直到电流达到设定要求。采用软件方法来解决数据的预置，使系统硬件更加简 洁，各类功能易于实现。单片机通过内部产生 PWM 波来实现 D/A 转换，无需另接 D/A 转换器。通过键盘来设置电流的输出大小，并可由 LED 数码管显示电流设定值。 为了简化电路，节约成本，本次设计采用了方案二。 2.2 显示电路模块 显示电路主要用于显示输出信号的设定值，通常的显示方法有很多，下面分别 对数码管的动态显示和静态显示的特点作出分析和选择。 方案一：采用数码管静态显示。静态显示是指当显示器显示某一字符时，发光 二极管的位选（选择第几个数码管显示）始终被选中。在这种显示方式下，每一个 LED 数码管显示器都需要一个 8 位的输出口进行控制。由于单片机本身提供的 I/O 口有限，实际使用中，通常通过扩展 I/O 口的形式解决输出口数量不足的问题。 方案二：采用数码管动态显示。动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显 示器，即每个数码管的位选被轮流选中，多个数码管公用一组段选（控制显示的字 显示器 控制器键盘 电源 压控恒流源 负 载 电源 D/A 转 换 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 6 页 共 19 页 形） ，段选数据仅对位选选中的数码管有效。对于每一位显示器来说，每隔一段时间 点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。 通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。 为了简化电路，降低成本。故选择方案二。 2.3 压控恒流模块 方案一：恒流源是用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的 be 电压作为基准。 这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元 件，有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子，其 be 电压不是一个固定值， 即使是相同型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有 一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。 方案二：用集成运放做恒流源，为了能够精确输出电流，电路使用运放作为反 馈，运放采用电源电压范围宽，静态功耗小的 LM324，电路中的电阻我们采用高精 度电阻。这样输出的电流稳定性高，干扰小，而且电路简单，使用的元件也都是很 普遍的，易于搭建和调试。 综合比较与分析，并根据本设计要求，选择方案二。 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 7 页 共 19 页 第三章 系统硬件电路的设计与实现 3.1 主控制单元设计 人机交互由单片机 Atmega32 通过编程实现,其构成如下： 1、单片机 Atmega32 构成最小系统； 2、可编程键盘、LED 数码管构成键盘显示电路； 3、单片机 Atmega32 内部含有 EEPROM 掉电数据存储功能，保证每次开机的输出 电流保持上次关机前的设置值。 3.1.1 单片机最小系统 单片机系统是整个系统的核心部分，它主要用于键盘按键管理、数据处理、实 时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整。单片机最小系统包括电源 电路、时钟电路、复位电路，检查硬件电路时，首先要检查电源是否接上，时钟电 路和复位电路是否正常。AVR 单片机的复位不同于 51 系列的高电平复位，是低电平 复位，而且由于 AVR 单片机内部设置了复位电路，外部复位电路可以省去。 在这次设计中我采用 Atmega32 单片机。采用 8MHz 高精度的晶振，可获得较为 稳定的时钟频率。如图 3.1 所示。 A GN D 31 X 1 13 X 2 12 RESE T 9 PD2 (IN T 0) 16 PD3 (IN T 1) 17 PD4 (OC1B) 18 PD5 (OC1A ) 19 PB0 (T0) 1 PB1 (T1) 2 PB2 (AIN 0) 3 PB3 (AIN 1) 4 PB4 (SS) 5 PB5 (MO SI) 6 PB6 (MISO) 7 PB7 (SCK) 8 (AD C0) PA0 40 (AD C1) PA1 39 (AD C2) PA2 38 (AD C3) PA3 37 (AD C4) PA4 36 (AD C5) PA5 35 (AD C6) PA6 34 (AD C7) PA7 33 PC0 22 PC1 23 PC2 24 PC3 25 PC4 26 PC5 27 (T OSC1) PC6 28 (T OSC2) PC7 29 PD7 (TO SC2) 21 PD6 (ICP) 20 A VCC 30 A RE F 32 PD1 (TX D) 15 PD0 (RX D) 14 GND 11 VCC 10 U 10 A TM EG A 32_DIP40L 1 C1 1uF/25v G ND C2 C1 G ND X 1 8MH Z C1220P C1120P C13 106 V CC G ND R101 2K G ND G ND V CC 图 3.1 Atmega32 最小应用系统 在这里我们主要介绍下 Atmega32。该型号单片机是基于增强的 AVR RISC 结构 的高性能、低功耗 8 位 CMOS 微控制器，不仅包含了通用的 I/O 口功能，而且还具备 一个 10 位的 AD 转换器，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）,拥有三 种脉宽调制模式。 3.1.2 显示部分 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 8 页 共 19 页 显示电路是以单片机 Atmega32 为控制核心，PC 口用作输出显示，采用简单实 用的 4 位共阳 LED 数码管显示。LED 数码管与单片机接口电路如图 3.2 所示。 A GN D 31 X 1 13 X 2 12 RESE T 9 PD2 (IN T 0) 16 PD3 (IN T 1) 17 PD4 (OC1B) 18 PD5 (OC1A ) 19 PB0 (T0) 1 PB1 (T1) 2 PB2 (AIN 0) 3 PB3 (AIN 1) 4 PB4 (SS) 5 PB5 (MO SI) 6 PB6 (MISO) 7 PB7 (SCK) 8 (AD C0) PA0 40 (AD C1) PA1 39 (AD C2) PA2 38 (AD C3) PA3 37 (AD C4) PA4 36 (AD C5) PA5 35 (AD C6) PA6 34 (AD C7) PA7 33 PC0 22 PC1 23 PC2 24 PC3 25 PC4 26 PC5 27 (T OSC1) PC6 28 (T OSC2) PC7 29 PD7 (TO SC2) 21 PD6 (ICP) 20 A VCC 30 A RE F 32 PD1 (TX D) 15 PD0 (RX D) 14 GND 11 VCC 10 U 10 A TM EG A 32_DIP40L 1 C1 1uF/25v PA5 PA6 PA4 PA7 G ND C2 C1 G ND PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 X 1 8MH Z C1220P C1120P G ND G ND V CC V CC R5 4.3k R4 4.3k R3 4.3k R2 4.3k PA5 PA6 PA7 PA4Q 2 PNP1 Q 3 PNP1 Q 4 PNP1 Q 5 PNP1 s1 s2 s3 s4 PC0 PC1 PC5 PC6 e 1 d 2 dp 3 c 4 g 5 S4 6 b 7 s3 8 s2 9 f 10 a bf c g d e dp a 11 s1 12 DSY1 SM420564 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 PC2 PC3 PC4 PC7 PA1 PA0 PA2 PA3 C5 106 R11 2K V CCG ND 图 3.2 数码管与单片机的连接图 这次的设计我采用动态显示,所谓动态显示就是数码管一个一个显示,由于我们 的眼睛存在暂留效应，显示的频率速度又快所以我们眼睛看上去好像就是全部显示 的。其电路设计简单,段码由单片机直接驱动，即数码管段码通过限流电阻与 PC 口 连接，位码只要采用 PNP 三极管当作驱动就可以了,即数码管通过三极管再与限流电 阻连接最后通向 AD 端口。之所以采用三极管驱动因为我们平常对三极管的了解和使 用比较多,特别是对显示的位数不多的情况下都采用动态显示的方式。其管理也简单, 相比于静态显示方式，动态扫描方式需要的口线要少得多。 3.1.3 掉电数据存储部分 由于Atmega32含有1024B的片内EEPROM，用户程序可通过对其相关的控制寄存器、 地址寄存器和数据寄存器的访问时实现对EEPROM的读写。EEPROM可实现至少100 000 次的无故障擦写循环。为了在每次掉电后，再次开机时都能保证输出电流保持上次 关机前的设置值不变，所以在这次设计中考虑到了简化电路方面我们没有采用 AT24C02 EEPROM构成数据掉电存储电路，而是使用AVR单片机直接利用内部功能来达 到掉电数据存储效果。 我们通过程序设定每过1S单片机自动存储一次数据，在通电时，该过程一直持 续反复，等到突然断电时，单片机内部存储的数据是断电前最后一次存储的数据并 且在重新上电后由数码管显示出此值。 使用AVR单片机内部EEPROM功能时，应该注意当单片机的供电电压较低，或者 CPU的指令被错误的执行时，EEPROM的数据读/写将会发生错误，为了确保EEPROM中 数据正确性，必须注意使单片机的复位端在电源电压较低时保持高电平，使AVR的 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 9 页 共 19 页 CPU在电源电压较低时工作在睡眠模式。 3.2 D/A 转换部分 D/A 转换是将数字量转换成与此数值成正比的模拟量。由于 Atmega32 内没有集 成专用的 D/A 转换模块，本次设计中实现了基于 PWM 的 D/A 功能。PWM 是一种对模 拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率定时器的使用，方波的占空比被调 制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码， 即 PWM 与模拟值一一对应。PWM 是一种周期一定而占空比可以调制的信号。图 3.3 是一种典型的 PWM 信号，该 PWM 信号的高低电平分别为和，理想情况下等 H V L V L V 于 0，但实际中一般不等于 0，这是应用中产生误差的一个主要原因。 L V H V L V t 图 3.3 实际电路中典型的 PWM 波形 实现 PWM 信号到 D/A 转换输出的理想方法是：采用模拟低通滤波器滤掉 PWM 输 出的高频部分，保留低频的直流分量，即可得到对应的 D/A 输出。如图 3.4 所示。 图 3.4 PWM 输出实现 D/A 转换原理图 模 拟 低 通 滤 波 器 原始的 PWM 波信号直流分量 均值为 0V 的方波 理想的模拟输出 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 10 页 共 19 页 根据上述分析可以得到如图 3.5 所示的从 PWM 到 D/A 输出的信号处理框图，根 据框图可以有多种电路实现方法，在应用中还可以通过软件方法进行精度调整和误 差的 进一步校正。 图 3.5 从 PWM 到 D/A 输出的信号处理框图 PWM 实现 D/A 转换的误差主要有以下两个方面： 1、D/A 转换输出的电压信号有一个纹波叠加在直流分量上； 2、PWM 信号的基频决定低通滤波器的截止频率。 PWM实现的D/A转换误差，取决于通过低通滤波器的高频分量所产生的纹波和由 PWM信号的频率决定的最小输出电压这两方面。所以要获得最佳的D/A分辨率，在选 PWM信号的频率是不能太小，要适当地折衷，选取一个合适的值以得到最佳的D/A分 辨率。 根据图3.5的结构，本次设计增加了基准电压和负载驱动电路，如图3.6，该电 路由LM336稳压管，场效应管，电解电容，电阻组成。Atmega32单片机从PD5输出的 PWM波驱动场效应管，场效应管按照PWM的周期和占空比进行开关。该场效应管是N沟 道增强型，型号为SI2302,是低导通电阻和开关特性好的开关管，其导通电阻为 0.045欧姆，而截止电阻却非常大。图3.6中PD5输出的PWM波，经过整形得到P点理想 的PWM波，P点的PWM波再经过阻容滤波在N点得到直流分量，即Atmega32输出的调制 PWM波在C点得到解调，实现了D/A功能。 图3.6 PWM到D/A电压输出电路 具体的来说，当PD5输出的PWM波为高电平时，开关导通，P点电位为零，则P点 的PWM波为低电平；当PD5输出的PWM波为低电平时，开关断开，LM336起到稳压5V的 作用，P点电位为5V，则P点的PWM波为高电平。P点的PWM波通过R24和C21得到直流电 平，即实现D/A转换。由于R24与R23两电阻阻值相等，进行分压，即N点电位为P点电 位的二分之一，例如P点电位为5V，则N点电位为2.5V，(N点的电压为05V之间)。 Atmega32 片内 PWM 输出 基准电压 PWM 整 形隔离 低通 滤波 器 驱 动 放 大 模拟 D/A 输出 R23 10K R24 10K G 2 C21 10uF G 2 32 1 U 42 L M336 R22 2k G D S Q 1 SI2302 V 2 R21 2k D 21 D PD5 P N Iin Iout 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 11 页 共 19 页 本次设计与以前的D/A转换有所不同，它是利用AVR单片机内部定时器T/C0产生 PWM波,通过低通滤波器和驱动放大器实现D/A转换器的功能。首先将一模拟电压作为 单片机的A/D输入，单片机将次模拟电压的A/D采样值作为产生PWM波形的T/C0定时器 中比较寄存器的值，从而产生PWM波。本次设计的D/A转换是令PD5的特殊功能作为 T/C0定时器PWM波发生通道。T/C0是具有PWM功能的8位定时器/计数器0，它是单通道 计数器，有比较匹配发生时清楚定时器（自动加载） ，无干扰脉冲，相位正确的PWM 等特点。PWM模式本次设计采用了快速PWM模式，它可用来产生高频的PWM波形。快速 PWM模式与其他PWM模式的不同之处是其单边斜坡工作方式。计数器从BOTTOM计到 MAX，然后立即回到BOOTOM重新开始。工作在快速PWM模式时，计数器的数值一直增 加到MAX，然后在后面的一个时钟周期清零。由于使用了单边斜坡模式，快速PWM模 式的工作频率比使用双斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高频操作特性使得快速 PWM模式十分适合于功率调节，整流和DAC应用。 3.3 压控恒流电路 图3.7就是恒流电路，LM324是四运放集成电路，它采用了14脚双列直插塑料封 装，它内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源公用外，四组运放相互独 立。它具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，相对 于OP07而言，虽说精度是稍微差一点，但从成本低，满足本次产品的技术指标的角 度综合考虑，本次设计还是采用了LM324运放。 该电路中，U41A和U41D是电压跟随器，电路引入了电压串联负反馈，且反馈系 数为1，由于,故输出电压与输入电压的关系为。C23有调节相 PNo uuu oI uu 位作用，当输出电流过大，D41就起到了保护和嵌位作用。C22具有稳定、滤波、调 节相位作用。由于U41C输出的电流不够大，所以本电路还加了一个8050三极管来起 到扩流的作用。 图3.7 恒流电路 由运放的虚短、虚断原理可以得出： 设输入为，即U41A运放1脚；设U41C运放的9脚和10脚分别为和；设输 I U Z U Y U 出为，即U41D运放的12脚。根据虚短得U41D的13脚和14脚也为。 X U X U 1 2 J2 4-20mA V 2 12 13 14 U 41D L M32410 9 8 U 41C L M324 R20 10K R31 100 R29 10K R25 10K R30 10K 3 2 1 411 U 41A L M324 V 2 Q 1 S8050 G 2 C22 1uF/25v D 41 SMA 9.0 G 2 C23 104 G 2 -V3 R28 10K R27 10KUx Uy Uz Ui Iin UA RL 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 12 页 共 19 页 则 （3- 20 2025 YIXX R UUUU RR 1） 由图知： 31AXAXL UUUI R （3- 31ALX UI RU 2） 得 （3- 30 31 2930 ZLX R UI RU RR 3） 又因 （3- YZ UU 4） 可得 2030 31 20252930 IXXLX RR UUUI RU RRRR 31IL UI R （3- 31 I L U I R 5） 由（3-5）所示负载的电流只与与电流取样电阻有关。由此，我们可以清 I U 31 R 楚地看到本电路是一个压控电流源。输出电流的稳定性、精度与基准电压、电流取 样电阻有关系，取样电阻选0.1%高精度电阻。 3.4 稳压电源部分 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图 3.8 所示。 图 3.8 电源方框图 电源变压器的作用是将交流电网电压 220V 变成要求的交流电压，通过桥式整流 电路将交流电压变成脉动直流电压。由于整流后的脉动的直流电压还含有较大的纹 波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电 网电压波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压 电路。稳压电路由三端稳压器构成，其作用是当电网电压波动、负载和温度变化时， 维持输出直流电压稳定。直流电压进入三端稳压器 7815 和 7915 的输入端进行稳压。 本次设计电源部分包括+5V、15V 两部分, 原理图如图 3.9 所示。 变 压 器 二 极 管整 流 桥 电容 滤波 电 路 稳压 输出 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 13 页 共 19 页 AC 1 V+ 2 AC 3 V- 4 D2 BRIDGE2 1 2 3 U2 7815 1 2 3 U7 7805 1 23 U6 7915 C4 2200U C8 334 C10 104 C16 104 C5 2200U C11 104 C9 334 C13 100U C12 100U C8 334 +15V -15V +5V 1 2 CON1 C6 334 C7 334 图 3.9 电源电路图 第四章 系统的软件设计 本系统的软件开发相对比较容易，主要是键盘扫描、设置信号显示、D/A输出、 EEPROM读写程序等。首先编一个显示函数，能显示一固定值，这样可以检查显示部 分是否正常，然后在编写按键控制部分由按键控制输出同时显示出来。当然如果要 执行程序就少不了主程序，编好主程序就可以把这两部分烧进单片机里进行调试看 看能否用按键控制而且显示出来。最后就是要编写D/A转换输出和掉电数据存储部分。 本系统的键盘部分设有八个按键，每个数码管分别对应两个按键“INC”和 “DEC”；“INC”为输出信号+；“DEC”为输出信号-。按键对控制的数码管比较直 观，容易操作。我们可以通过按键调节电流大小，使在数码管上显示想要的电流值。 通过模块的分析与软件的功能可得出本次设计的主程序流程图，如图4.1所示。 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 14 页 共 19 页 系统初始化 扫描键盘 输入电流设定值 D/A 输出 开始 显示 图4.1 主程序流程图 第五章 系统调试 设计完成之后，最主要的任务就是调试。调试主要对硬件和软件进行调试： 5.1 硬件调试 电路板焊接好后，用万用表逐步按照逻辑图检查印刷板中各器件的电源及各引 脚的连接是否正确，焊点是否有虚焊,是否有短路或断路。首先要对电源电路进行检 查和调试。用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是 否有短路现象，电源电压是否达到所用负载电压的要求。如果没达到要求时就不要 把电源供给控制电路，以免伤坏芯片。接着对各管座电位进行检查，还要对数码管 各个点进行检测，数码管的每段是否好的。详细检查电路板后，确定无错误了，给 电路板通电。在通电前,一定要检查电源电压的幅值和极性,否则很容易造成集成块 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 15 页 共 19 页 损坏，观察其现象是否与功能要求相符，若相符即硬件调试完毕。 5.2 软件调试 软件调试时先进行要以模块化的形式进行调试,意思是说就是先保证最基本最简 单的程序成功,然后在此慢慢加功能.在本设计软件调试之中我就是按照这样步骤去 操作的,不仅成功地完成了软件的编程而且速度也很快,出现的错误也相对较少。 我们在程序编写大致完成后,在单片机编程软件里就可以进行初步的调试,看看 在计算机里能否通过编译与运行并达到设计的基本要求。在基本符合的情况下,利用 仿真器与工作正常的硬件连接进行仿真调试。在此调试过程中,特别是用仿真器调试 可以很直观的看到模拟系统硬件电路的工作状况及所实现的功能。 5.3 软硬件调试 确定硬件和软件都没有问题后就可以进行最后的调试工作，我们设计的直流发 生器是用单片机控制输出电流，这样就要有一定的比例，就是当我们在按键设置为 20mA 显示器上显示为 20.00 时相对应输出的模拟量也要为 20mA 的电流量。这时我 们就要进行一定量的调试才能使输出与设定的数值相对应。把电流的大小值都设置 好后就已经是完成了本次设计。 现具体阐述系统出厂设置，将恒流电路输出端接电流表，通过每个数码管加减 按键设定电流值，比如将按键按到电流表显示为4mA时，记录下数码管上显示的数值 记为D1；再通过按键调节电流为20mA时，同样记录下数码管上显示的数值记为D2； 由于输出的电流值与数码管上显示的数值是成线性比例关系，且除去微小误差外， 我们一般认为电流表上与数码管上显示的数值相同，故我们可以在程序中令 D1=4，D2=20；这样单片机就可以根据这种线形比例关系，任凭按键怎样调节数码管 显示的值，都能运算出并输出相对应的电流值。 5.4 结果分析 在设计电路时，为了使输出信号与设定值偏差的绝对值要小，且精度要求较高， 本次设计采用模数隔离，一点接地两种防干扰措施。故本次设计测量的误差主要来 源是电磁干扰，由于试验场地有许多电脑和仪器使用开关电源，电磁噪声很大，对 测试有一定影响。另外受测试条件的限制，我们使用的部分测试仪器本身也不够稳 定，也是造成测试误差的一个原因。经过多次试验，结果证明以单片机为核心设计 的精密直流信号发生器完全可以实现恒流输出作用。系统测试数据表明，我们设计 的精密电压信号发生器达到课题的设计指标，性能如表 5.1 所示。 表5.1 信号发生器的性能总结 题目基本要求作品实际性能 输出电流范围：020mA；0mA20mA 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 16 页 共 19 页 输出信号与设定值偏差的绝对值设 定值的0.1 2 uA 具有“+” 、 “-”步进调整功能，步进 1uA 0.2uA 改变负载电阻，输出信号变化的绝对 值输出信号的0.1 输出信号变化的绝对值输出信号值的 0.1 发挥 输出电流设置具有自动存储功能，保证每 次开机的输出电流保持上次关机前的设置 值 总结 在本次设计的过程中，我深切体会到实践是理论运用的最好检验。毕业设计是 对我们三年所学知识的一次综合性检测和考验，无论是动手能力还是理论知识运用 能力都得到了提高，同时加深了我们对网络资源认识，大大提高了查阅资料的能力 和效率，使我们有充足的时间投入到电路设计当中。 在完成毕业设计和撰写论文的过程当中，遇到了各种各样大大小小的问题。例 如原先没有学过AVR单片机，关于这方面的知识只能靠老师的讲解和阅读资料来理解。 虽说以前学过运放等知识点，但此次设计中的压控恒流电路也是花了大量时间去复 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 17 页 共 19 页 习去理解的。本次设计的难点是基于PWM的高精度DAC实现，内容抽象难懂，也是我 的薄弱之处，通过不懈的努力，终于理解了这D/A转换的精髓。 本次设计的不足是电路还不够很完善，比如说数码管可以采用五位的，按键模 块采用四个按键控制可能使电路相对而言变得完善。该电路有很多可以扩展的部分， 本次设计是电流信号发生器，在单片机PD5端再加一块恒压电路就可以构成电压信号 发生器，并且只需稍作修改就可使电压电流切换显示。总之，这次毕业设计让我收 获甚多。 参考文献 1 、王福瑞等. 单片微机测控系统设计大全.北京:航空航天大学出版社,1998 2 、秦 健. 一种基于 PWM 的电压输出 DAC 电路设计.现代电子技术:2004 第 14 期 3 、范蟠果. 工控单片机原理及应用.清华大学出版社，2007 4 、刘华东.单片机原理与应用.电子工业出版社，2006 5 、李光飞 ，李良儿 .单片机C程序设计 .北京：航空航天大学出版社 6 、华成英 ，童诗白 .模拟电子技术基础 .高等教育出版社 ，2006 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 18 页 共 19 页 附录 附录 A：原理图 南京机电职业技术学院电子工程系电子信息工程技术专业（二）班蒋培俊 第 19 页 共 19 页 AC 1 V+ 2 AC 3 V- 4 D2 BRIDGE2 1 2 3 U2 7815 1 2 3 U7 7805 1 23 U6 7915 C4 2200U C8 334 C10 104 C16 104 C5 2200U C11 104 C9 334 C13 100U C12 100U C8 334 +15V -15V +5V 1 2 CON1 C6 334 C7 334 图A1 电源电路 X 1 8MH z C4 20P C3 20P C5 106 G ND V CC R1 2K A GN D 31 X 1 13 X 2 12 RESE T 9 PD2 (IN T 0) 16 PD3 (IN T 1) 17 PD4 (OC1B) 18 PD5 (OC1A ) 19 PB0 (T0) 1 PB1 (T1) 2 PB2 (AIN 0) 3 PB3 (AIN 1) 4 PB4 (SS) 5 PB5 (MO SI) 6 PB6 (MISO) 7 PB7 (SCK) 8 (AD C0) PA0 40 (AD C1) PA1 39 (AD C2) PA2 38 (AD C3) PA3 37 (AD C4) PA4 36 (AD C5) PA5 35 (AD C6) PA6 34 (AD C7) PA7 33 PC0 22 PC1 23 PC2 24 PC3 25 PC4 26 PC5 27 (T OSC1)