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1、毕业设计（论文） 题目 LED照明恒流驱动电源的设计摘 要本次设计为LED的照明恒流驱动电源，系统大致分为五个模块：单片机控制模块、数模（D/A）转换模块、恒流源模块、模数（A/D）转换模块、显示模块。单片机控制模块以单片机AT89S52为核心，通过键盘预置电流值，单片机输出相应的数字信号给D/A转换器，D/A转换器输出的模拟信号送到运算放大器，通过恒流源控制主电路电流大小。实际输出的电流再通过采样电阻采样变成电压信号，经A/D转换后将信号反馈到单片机中。单片机将反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。显示模块采用LED显示屏与8255连接设计成10进制8位数码动态显示电路。键
2、盘模块采用常见44矩阵键盘，用动态扫描方式读取外部按键动作，这样设计可靠，配合AT89S52单片机可以很轻松的实现按键输入 。此外，本设计可实现输出电流1001000mA且有步进调整功能。关键词 ： 单片机； 键盘控制； D/A转换； 恒流源 ； A/D转换； 译码显示ABSTRACTThe design for the LED lighting constant current driver, the system can be divided into five modules: a single-chip control module, D / A( D / A ) conversion
3、 module, a constant current source module, module ( A / D ) conversion module, display module. Single chip control module on AT89S52 single-chip microcomputer as the core, through the keyboard to preset current value, the output of the single chip digital signal corresponding to the D / A converter,
4、 D / A converter output analog signal to the operational amplifier, through a constant-current source control main circuit current size. The actual output current through the sampling resistor sampling is changed into voltage signal, the A / D conversion signal feedback to the mcu. MCU feedback sign
5、al and the preset value will be compared, according to the difference between the two output signal for adjusting the size of. Display module using LED display screen and the 8255 connection is designed into 10 binary 8 bit digital dynamic display circuit. Keyboard module uses a common 4 x 4 matrix
6、keyboard, using dynamic scanning mode to read the external button action, so the design of reliable, with AT89S52 MCU can easily achieve the key input. In addition, the design can realize the output current of 100 1000mA and step adjustment function.Key words: single chip microcomputer; keyboard con
7、trol; D / A conversion; constant 目 录1 绪论111 引言112 LED发展现状及应用意义和前景1121国内外应用及发展现状1122 课题研究意义22 总体结构设计与论证43 硬件电路设计731 单片机模块的设计7311 单片机的选择7312 AT89S52单片机功能特性描述7313 AT89S52引脚功能描述7314 AT89S52基本连接图1032 D/A与A/D电路设计10321 D/A转换器10322 A/D转换器1233 显示模块设计14331 显示模块方案论证14332 LED显示器的工作原理14333 显示模块电路1634 键盘模块方案17341
8、 方案论证17342 键盘模块的电路1835 恒流源模块的设计1936 稳压电源电路214 软件设计2341 编程语言描述2342 主程序流程图2343键盘处理程序2344 显示处理程序25结 论27致 谢28参考文献291 绪论11 引言近年来，世界范围内的能源短缺和环境污染问题越来越严重，节能减排成为全世界共同关注的研究课题。发达国家照明用电占发电总量的比例是19 ，我国也达到10 。随着经济发展，我国的照明用电将还会逐步提高，因此对绿色节能照明的研究越来越受到重视。发光二极管(1ight emittins diode，LED)是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，可以直接把电转
9、化为光，与传统的自炽灯和荧光灯相比，具有光效高、耗能少、寿命长、无辐射等优点。据统计，若是用固体LED光源代替传统照明设备，全球照明能耗将可以节约50以上，所以LED将会成为最具前景的照明产品。然而，目前LED照明在应用上仍存在某些问题。LED驱动电源要求高效率、高功率因数、高电流控制精度、高可靠性、安全隔离、符合EMI标准、体积小、成本低等。中国质量认证中心于2010年12月发布的LED筒灯节能认证规则规定对于515 W的LED照明产品，要求功率因数必须大于0.7,如此才能进一步达成节能的目的。本文设计了一种LED照明恒流驱动电源，具有效率高、功率因数高、控制精度高、体积小、成本低等特点。1
10、2 LED发展现状及应用意义和前景121国内外应用及发展现状20世纪60年代问世的LED在短短的30多年里，取得飞速发展。第一批产品出现在1968年，工作电流20mA的LED的光通量只有千分之几流明。相应的发光效率为0.11m/W，而且只有一种光色为650hm的红色光。20世纪70年代初该技术进步很快，发光效率达到1lm/W，颜色也扩大到红色、绿色和黄色。LED从诞生至今以每10年亮度提高20倍，价格降低为原来1/100的速度在发展。伴随着新材料的发明和光效的提高，单个LED光源的功率和光通量也在迅速增加。到了20世纪90年代，一种代号为“水虎鱼”的LED光源的驱动电流增加到50mA-70mA
11、，而代号为“梭子鱼”的LED光源的驱动电流达到300mA一500mA。特别是1998年白光LED的开发成功，使得LED应用从单纯的标识显示功能向照明功能迈出了实质性的一步。因此各个国家都相当重视LED的发展及应用。LED光源与传统光源相比较，具有如下的优点：超长寿命，可达几万小时，传统光源一般为几千小时；结构坚固，没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，具有极高的抗震性能；响应速度快，光通上升时间短；对点灯线路要求低，易实现调光和智能控制；耐开关冲击，适用于频繁开关场合；高效节能，现有光效已经超过白炽灯，理论光效可达2001m/W；不含汞、铅等有害物质，没有污染，绿色环保。欧司朗已经发布首款亮度超过5
12、0W卤素灯的LED产品，传统光源与LED的光效对比，如图1-1传统光源与LED的光效对比所示。图1-1传统光源与LED的光效对比国外LED照明技术的发展速度要超过国内。在全球能源紧缺，气候变暖和经济危机的情况下，大力发展LED照明产业以成为各国政府的共识。据美国能源部（DOE）统计，美国22%的电能用于照明。DOE声称在今后20年中，LED照明将在美国得到快速普及，可以减少62%的照明电能需求。另外，它能消除2.58亿吨的二氧化硅排放量，少建133座新的电厂。采用LED照明能使财政节减115多亿美元。以德国欧司朗，日本日亚公司，美国通用公司为代表的国外公司已经垄断了功率LED发光芯片的生产和封
13、装等技术并推出LED照明设备。在LED恒流驱动开关电源技术上，国外也发展迅速。如日本松下电工已经开始生产“袖珍型LED照明灯”，该产品包括筒灯和聚光灯，其驱动电源做在灯头内，可直接用于220V市电，每套售价在100万到200万日元之间，光源寿命达4万小时。122 课题研究意义我国是人口众多的泱泱大国，在照明领域消耗的能源相当的巨大，在能源紧缺的当今社会，使用节能、环保的LED照明具有非常重大的意义。高效LED恒流驱动电源的研制将极大的提高我国在LED照明和LED背光电视等产业上的竞争力。LED照明有着巨大的市场潜力，各国政府在政策和资金上都给予了极大的支持。我国是传统的生产大国，LED照明产业
14、在增加出口和拉动内需上都是新的增长点。LED产业的发展，离不开高效LED恒流驱动电源的支持。开关电源的发展有三十多年的历史，是比较成熟的技术，国内公司和研究机构在理论和研制方面与国外的差距较小，同时由于国家近几年大力发展微电子产业，使国内有了一批电源管理芯片的设计和生产的公司。使LED恒流驱动开关电源的研制追赶世界先进水平成为可能。白光LED照明需要220V市电驱动。国内市场目前大量使用恒压控制加限流电阻或LED专用驱动芯片的恒流开关电源，研究用传统的恒压电源控制芯片实现恒流控制功能，将降低成本，减小体积，提高效率，增加设计的灵活性。增强国内LED照明产业的国际竞争力。传统开关电源大多是恒压控
15、制的，恒流控制电源属于特种电源，现在LED照明的迅速推广，使得恒流控制电源成为常规电源。因为恒流控制理论和技术方面的研究相对较少，所以恒流驱动方式将提供新的角度去研究恒流控制电源。2 总体结构设计与论证21 提出方案与论证（1）通过专门的恒流/恒压芯片LT1769和简单的控制线路来实现压控电流源方案这种恒压芯片具有集成度高，使用起来控制系统的软硬件都变得相对简单的优点。但缺点是方案实现不够灵活；由于该芯片精度不高（5%），设备性能被局限在这种专用芯片性能指标所允许的范围内。所以这种设计一般只适合于精度要求不高，但集成度和便携性要求高的场合。事实证明，这不是最理想的数控电流源实现方案。（2）通过
16、编码开关来控制通过编码开关来控制存储器的地址,先根据地址输出对应的数字量送数模（D/A）进行转换,再根据输出的电压量来控制电流的变化。同时通过四个编码开关的BCD码送给数码管显示。此方案的优点是电路简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限，在实验过程中发现编码开关不稳定，所以不宜采用。其电路方框图如图2-1所示：显示编码开关存储器D/A转换恒流源负载图2-1方案四方框图（3）采用开环电路即利用微处理器做控制电路，D/A转换器和V/I转换电路来实现，系统框图见下图2-2所示：在这种实现方法中，微处理器通过控制D/A的输出直接调控电流大小，由于无反馈环节，会造成电流输出效果不理想，精度差，量程范围
17、小等问题。尤其在需要高精度，宽量程的电流输出时达不到要求。（4）采用闭环电路在传统电路设计的基础上，利用控制系统中反馈与控制原理，给电路加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环。这种方法设计的电流源性能稳定、带负载能力强。系统的控制过程为：通过键盘预置电流值，单片机输出相应的数字信号给D/A转换器，D/A转换器输出的模拟信号送到运算放大器，通过恒流源控制主电路电流大小。实际输出微处理器D/A转换V/I转换电路电流输出图2-2 智能电流源开环系统框图的电流再通过采样电阻采样变成电压信号，经A/D转换后将信号反馈到单片机中。单片机将反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。比较以上几种方
18、案的优缺点，方案五采用闭环电路简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案五来实现。系统电源模块AT89S52单片机键盘模块A/D转换（AD0804）D/A转换（DAC0832）显示模块V/I转换恒流输出图2-3 数控直流电流源系统框图22 系统原理与基本框图结合以上各部分模块电路方案，本设计系统框图如图2-3所示。该系统由稳压电路电源、单片机、D/A转换电路、电压电流(V/I)转换电路、A/D转换电路、键盘显示电路组成。3 硬件电路设计31 单片机模块的设计311 单片机的选择对单片机的要求：只要能够方便地扩展显示器、键盘、A/D转换器、D/A转换器等外设即可，其他并无特殊要求
19、。常见的单片机有8051系列的单片机、8096系列的单片机、SPCE061A的凌阳单片机。这里采用AT89S52，AT89S52相比于AT89C51价格基本不变，甚至比AT89C51更低，具有更高的性价比。312 AT89S52单片机功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能
20、：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。313 AT89S52引脚功能描述AT89S52引脚封装图图3-1所示。（1）VCC：电源。（2）GND：地。（3）P0口：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
21、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口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。（4）P1口：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，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时/计数器2的
22、触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表3-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。图3-1 AT89S52引脚封装图表3-1 AT89S52引脚功能表引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入），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（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）（5）P2口：P2口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
23、时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR）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MOVXRI）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。（6）P3口：P3口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P3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，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流
24、（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-2 引脚功能表引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部中断 0)P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)（7）ST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DI
25、SRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。（8）ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为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，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制
26、器处于外部执行模式下无效。（9）PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。（10）/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。（11）XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。（12）XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。314 AT89S52基本连接图AT89S52基本连接图如图
27、图3-2所示： 图3-2 AT89S52基本连接图32 D/A与A/D电路设计321 D/A转换器由于本次设计的LED照明恒流电源要求能够完成设定输出值。因此若设定步进为4mA。则根据题目要求输出10mA1000mA，以4mA为步进。需要的级数为：因，由此可见采用8的转换芯片即可满足要求。本设计中采用了8位的DAC0832模块，提供高精度的基准电压。（1）DAC0832芯片介绍DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位）
28、，有一个模拟输出端。输入可有=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。图3-3是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。图3-3是DAC0832的逻辑框图和引脚排列（2）DAC0832引脚与应用简介D0D7：数字信号输入端。ILE：输入寄存器允许，高电平有效。CS：片选信号，低电平有效。WR1：写信号1，低电平有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。WR2：写信号2，低电平有效。IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。Vref：基准电压（-1010V）。Vcc：是源电压（+5+15V
29、）。AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。（3）D/A转换电路DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。实验由于DAC0832芯片数据输入可采用双缓冲、点缓冲和直通三种方式。我们让DAC0832芯片处于直通工作方式，数据量一旦输入，就直接进入D/C寄存器，进行D/A转换。电路如图3-4所示： 图3-4 D/A转换电路DAC0832以电流形式输出，再输出级后加了一级运算放大器，运放的输出为Uout，运算放大器实现了将DAC0832输出的电流信号转换成电压的信号。322 A/D转换器（1）ADC0804主要技术指标如下：高
30、阻抗状态输出分辨率：8 位(0255)存取时间：135ms转换时间：100ms总误差：-1+1LSB工作温度：ADC0804C为0度70度；ADC0804L为-40度85度模拟输入电压范围：0V5V参考电压：2.5V工作电压：5V输出为三态结构（2）ADC0804引脚功能接脚说明见下图3-5所示，ADC0804为一只具有20引脚8位CMOS连续近似的A/D转换器。引脚功能说明如下:PIN1(CS)：Chip Select，与RD、WR接脚的输入电压高低一起判断读取或写入与否，当其为低位准(low)时会active。PIN2(RD)：Read。当CS、RD皆为低位准(low)时，ADC0804会
31、将转换后的数字讯号经由DB7DB0输出至其它处理单元。PIN3(WR)：启动转换的控制讯号。当CS、WR皆为低位准(low)时ADC0804做清除的动作，系统重置。当WR由01且CS 0 时，ADC0804会开始转换信号，此时INTR设定为高位准(high)。图3-5 ADC0804引脚图PIN4、PIN19(CLK IN、CLKR)：频率输入/输出。频率输入可连接处理单元的讯号频率范围为100kHz至800kHz。而频率输出频率最大值无法大于640KHz，一般可选用外部或内部来提供频率。若在CLK R 及CLK IN 加上电阻及电容，则可产生ADC 工作所需的时序，其频率约为：100kHz至
32、800kHz。 PIN5 ( INTR )：中断请求。转换期间为高位准(high)，等到转换完毕时INTR 会变为低位准(low)告知其它的处理单元已转换完成，可读取数字数据。 PIN6、PIN7 （VIN(+)、VIN(-)）：差动模拟讯号的输入端。输入电压VINVIN(+) VIN(-)，通常使用单端输入，而将VIN(-)接地。 PIN8 (A GND):模拟电压的接地端。33 显示模块设计331 显示模块方案论证数码管是数码显示器的俗称。常用的数码显示器有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示器等。（1）方案一：使用LED数码管显示数码管采用BCD编码显示数字，对外界环境要求低，
33、易于维护。LED显示屏采用了低电压扫描驱动，具有耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远、防水、规格品种多等优点，可以满足各种不同应用场景的需求，发展前景非常广阔，被公认为最具增长潜力也是发展最快的的LED应用市场。（2）方案二：使用LCD液晶显示LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示数字字符，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，且设计简单等特点。但是使用寿命较短，限制了液晶显示器色彩的发挥且结构复杂、亮度输出均匀性差。综上所述，选择方案一。采用LED显示模块同时显示电流给定值和实测值。332 LED显示器的工作原理本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的
34、字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。因此也称之为七段LED显示器。通过七段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母及其它符号。发光二极管一般为砷化镓半导体二极管，在发光二极管的两端加上正向电压，则发光二极管发光。而数码管LED是由若干发光二极管组合而成的，一般的“8”字形LED由“a，b，c，d，e，f，g，dp”8个发光二极管组成，如图3-6所示，每个发光二极管成为一个字段。七段LED有共阴极和共阳极两种结构形式。介绍如下：（1）共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接Vcc，当某阴极端为低电平时，该段发光二极管就导通
35、发光。（2）共阴极接法把法光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接GND，当某阳极端图3-6 LED外形图为高电平时，该段发光二极管就导通发光。七段LED包含七段发光二极管和小数位发光二极管，共需8位I/O口线控制，其代码为一个字节。七段LED字型码见表3-3所示。表3-3 七段LED字型码显示字符共阴极字型码03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H87FH96FH由N个LED显示块可构成N位LED显示器。N位LED显示器需要N根位选线和8N根段选线。根据显示电路不同，位选线和段选线的连接方式不同，实际所需的位选线和段选线的根数也不一样。显示电路主要有静态显
36、示和动态显示两种。（1）静态显示电路LED显示器工作在静态显示时，其公共阳极（或阴极）接Vcc(或GND)，一直处于显示的有效状态，所以每一位的显示内容必须由锁存器加以锁存，显示各位相互独立。静态显示时，LED的亮度高，控制容易，但功耗大，所需口线多。若显示位数增多，则静态显示方式很难适应。一般需要采用动态显示方式。（2）动态显示电路对于动态显示，一般将所有位的段选线的同名端联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的多位复用。而各位的公共阳极或公共阴极则分别由相应的I/O口线控制，实现各位形成段的分时选通，即同一时刻只有被选通位是能显示相应的字符，而其他所有位都是熄灭的。由于人眼有视觉暂留
37、现象，只要每位显示间隔足够短，则会造成多位同时点亮的假象。这就需要单片机不断的对显示进行控制，牺牲单片机的CPU时间来换取元件的减少以及显示功耗的降低。图3-7为动态显示电路结构框图。图3-7 动态显示电路结构框图其工作过程为：将字形代码送入字形锁存器锁存，这时所有的显示块都有可能显示同样的字符；再将需要显示的位置代码送入字位锁存器锁存。为防止闪烁。每位显示时间在12ms，然后显示另一位，CPU需要不断的进行显示刷新。333 显示模块电路本设计采用共阳极接法，组成动态显示电路，采用译码器74LS373和8位共阳LED段数码管显示电路进行显示，其中最高位可以显示千位的“1”。显示模块电路如图3-
38、8所示。图3-8 显示模块电路原理图34 键盘模块方案341 方案论证（1）方案一：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。（2）方案二：采用标准4X4键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，而且可以做到直接输入电流值和实现步进调整。4*4矩阵式键盘采用AT89S51单片机为核心，主要由矩阵式键盘电路、译码电路、显示电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机将检测到的按键信号转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。题目
39、要求可进行电流给定值的设置和步进调整，需要的按键很多。矩阵式键盘模式以N个端口连接控制N*N个按键，实时在LED数码管上显示按键信息。显示按键信息，既降低了成本，又提高了精确度，省下了很多的I/O端口为他用，相反，独立式按键虽编程简单，但占用I/O口资源较多，不适合在按键较多的场合应用。综合考虑两种方案及题目要求，采用方案二。342 键盘模块的电路由于要实现人机对话，至少要有10个数字按键和两个步进按键（+4mA、-4mA），考虑到还要实现其它的功能键，所以选用16按键的键盘来完成整个系统控制。本设计采用44矩阵式键盘。其工作过程如下：（1）键扫描：CPU先通过输出口使所有列线输出为低电平，然
40、后从输入口读入所有行线的状态。若行线状态都为高电平，则说明没有键按下，若行线中有低电平，则表明有键被按下。CPU通过输出口使列线从低位至高位逐位变低电平输出，每次均读入行线的状态，以确定哪条列线为“0”状态。由行、列状态就可判断是哪一个键被按下（行、列交叉处）。当判断出哪个键压下后，程序转入相应的键处理程序。（2）键扫描的方式：CPU的控制一旦进入监控程序，将反复不断的扫描键盘，等待输入命令或数据。在初始化程序中对定时器/计数器进行编程，使之产生10ms的定时中断，执行中断服务程序，对键盘扫描一遍，检查键盘的状态，实现对键盘的定时扫描。当键盘上有按键按下时，由硬件电路产生中断请求，CPU相应中
41、断，执行中断服务程序，判断按下的键的键号，根据键的定义作相应处理。在本设计中，用AT89S52的并行口P2接44矩阵键盘，以P2.0P2.3作输入线，以P2.4P2.7作输出线，44矩阵键盘识别处理每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口
42、输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。键盘电路图见图3-9所示。图3-9 键盘模块电路图35 恒流源模块的设计（1）方案一：采用开关电源的恒流源采用开关电源的恒流源电路如图3-10所示。当电源电压降低或负载电阻Rl降低时，采样电阻RS上的电压也将减少，则SG3524的12、13管脚输出方波的占空比增大，从而BG1导通时间变长，使电压U0回升到原来的稳定值。BG1关断后，储能元件L1、E2、E3、E4保证负载上的电压不变。当输入电源电压增大或负载电阻值增大引起U0增大时，原理与前类似，电路通过反馈系统使U0下降到原来的稳定值，从而达到稳定负载电
43、流Il的目的。优点：开关电源的功率器件工作在开关状态，功率损耗小，效率高。与之相配套的散热器体积大大减小，同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。因此采用开关电源的恒流源具有效率高、体积小、重量轻等优点。缺点：开关电源的控制电路结构复杂，输出纹波较大，在有限的时间内实现比较困难。（2）方案二： 采用集成稳压器构成的开关恒流源系统电路构成如图3-11所示。MC7805为三端固定式集成稳压器，调节，可以改变电流的大小，其输出电流为：，式中为MC7805的静态电流，小于10mA。当较小即输出电流较大时，可以忽略，当负载电阻变化时，MC7805改变自身压差来维持负载通过的电流不变。优点：该方案结构简单
44、，可靠性高。缺点：无法实现数控。（3)方案三：采用三极管构成恒流源此恒流源电路由三极管、高精度运算放大器、采样电阻等组成，其电路原理图如图3-12所示。利用功率晶体管的恒流特性，再加上电流反馈电路，使得该电路的精度很高。该电流源电路可以结合单片机构成数控电流源。通过键盘预置电流值，单片机输出相 图3-10 开关电源的恒流源电路图 图3-11 集成稳压器构成的开关恒流源应的数字信号给D/A转换器，D/A转换器输出的模拟信号送到运算放大器，控制主电路电流大小。实际输出的电流再通过采样电阻采样变成电压信号，A/D转换后将信号反馈到单片机中。单片机将反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大
45、小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。根据以上此恒流源的介绍及其优点，所以本次设计采用方案三。 图3-12 三极管构成恒流源图36 稳压电源电路在本设计中,恒流驱动部分需12V供电，单片机和A/D、D/A控制电路部分需5V供电，采用三端稳压器7805、7812、7912构成一稳压电源，由于78及79系列稳压器最大输出电流有1.5A，而题目要求输出电流范围是100mA1000mA,满足了题目要求。电路如图3-13控制电路供电电源，图3-14驱动电路供电电源。图3-13 控制电路供电电源图3-14 驱动电路供电电源4 软件设计41 编程语言描述C语言已成为当前举世公认的高效简洁，又贴近硬件
46、的编程语言之一，将C语言向单片机上的移植，始于20世纪80年代的中后期，经过十几年的努力，C语言终于成为专业化的单片机实用高级语言，人们通常把开发MCS-51使用的C语言简称C51。采用C51编写的应用程序结构清楚、模块化程度高、可读性强，并容易移植。应用C51进行软件开发，用户可以不必具体考虑寄存器、存储器的分配等工作，而把这部分工作交给编译、连接软件，用户只需了解MCS-51的存储器结构，甚至不必去了解51的指令系统。C51开发环境一般都提供了数学计算等子程序，为程序开发带来方便。虽然采用C51编程形成的源代码比不上有经验人员编写的汇编语言精炼，但对于相对复杂的系统开发或复杂运算，还是比用汇编语言容易得多，且易于移植及有利于系统的维护和升级。在实时要求较高的场合，可采用C51汇编混合编程。本设计我们采用的是C51，其编译器是Keil C51，它是德国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil C51软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。C51语言编程方法是：1.启动uvision4(Keil C51基于Windows下的开发环境)，创建一个项目文件，并从器件数据库里选择一款CPU芯片；2.根据应用要求，在PC上用文本编辑软件编写C语言源程序；利用C51编译工具软件对源程序进行编译
