单片机直流4～20mA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

目录

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)

2.3 8051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1 (13)

附录2 (14)

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

2.3 8051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。