专利名称：多路数控恒流源的制作方法
技术领域：
本发明涉及恒流信号源仪器，特别是涉及多路数控恒流源。
背景技术：
目前工厂进行的很多产品的调试和开发中，经常要用到多路高精度的0～20mA标准恒流信号源。在多路恒流源的成型产品中，目前市场只有模拟式的单路信号源，还没有完全数字式的多路恒流源，在试验中如果需要多路标准恒流信号源进行调试，那就要用好几个单路信号源装置来满足试验要求，而且目前所使用的模拟信号源大都是由电位器模拟调节的恒流源，它虽然在设计上比较简单，但它的体积较大，精度不高，而且它由于是用电位器调节，就不可避免的有随温度变化及磨损等降低精度的缺点，不能很好的适应实际施工现场工况的需要。
发明内容本发明要解决的技术问题，是提供一种适用于需要多路信号高精度自动控制及仪表显示调试及检验专用标准的多路数控恒流源。
采用的技术方案是多路数控恒流源，由仪器外壳、单片机和外围电路及单片机软件程序组成。仪器外壳设有前面板、后面板，其前面板上布设有键盘及LED数码管显示，后面板布设有多路信号源输出插孔。所述的单片机和外围电路，包括AT89C52型单片机、基准电压芯片AD584产生的基准电压电路、D/A芯片MAX541产生的D/A转换电路、放大器OP07产生的放大电路、V/I转换模块AD694产生的V/I转换电路及由多路模拟开关AD7506、4位半AD转换芯片ICL7135组成的数码显示电路。基准电压芯片AD584的3脚接D/A芯片MAX541的参考电压Vref输入端，MAX541的SCLK、DIN、CS三个引脚分别与单片机AT89C52的TXD、RXD和P2.0引脚相连接，完成了第一路的连接，在选择多路时通过AT89C52的P2.1引脚、P2.2引脚依次和相应的MAX541的CS引脚连接，并将AT89C52的TXD、RXD引脚接在每个MAX541的SCLK、DIN引脚上。放大器OP07的正向输入端接在MAX541的Vout电压输出端，OP07的反向输入端接V/I转换模块AD694的3脚。V/I转换模块AD694将来自OP07的电压信号输入转换，其输出端接模拟开关AD7506、AD7506接4位半AD转换芯片ICL7135、ICL7135接LED数码管显示，装在前面板上的键盘通过8155接口连接AT89C52单片机的P1引脚，将单片机和外围电路装在仪器外壳构成多路数控恒流源。
上述的D/A芯片MAX541与单片机AT89C52完成第一路的连接，还可选择五路通过AT89C52的P2.1——P2.5引脚和五个相应的MAX541的CS相连接，并将AT89C52的TXD、RXD接在每个MAX541的SCLK、DIN引脚上，构成六路数控恒流源。
上述的六路数控恒流源，其信号分别与后面板上设有的六个插孔连接，采用耳机插孔式输出。
上述的单片机软件程序，包括主程序及由主程序调用的子程序，其子程序为键盘扫描子程序、AD转换子程序、显示子程序主程序，包括用于设置外部中断和定时器的设置堆栈步骤；用于设置按键标志为O的步骤；用于设置键盘输入通道标志为1的步骤；用于循环调用键盘扫描子程序的步骤；完成所有外围器件的初始化。
键盘扫描子程序，包括用于调整键盘初始化的步骤；用于判断是否为数字键，若不是调用功能键处理程序；若是调用数字键程序的步骤；用于判断调用数字键程序是否标志位＞5，若是置标志位为0的步骤；完成对用户输入的数据和通道的响应，并调用DA转换程序的步骤。
DA转换子程序，包括用于取出输入电流数据的步骤；用于取出通道数据的步骤；启动D/A转换，完成DA转换的步骤；恢复现场返回主程序。
显示子程序，包括；用于传入主程序参数的步骤；用于取出缓冲区电流数据的步骤；用于取出通道数据的步骤；送至Po口显示通道数据，返回主程序。
本发明采用了目前比较先进的单片机控制编程技术来控制输出电流和输出通道的切换，大大提高了系统的灵活性和协调性，增加和确保了系统的稳定性。使其可以消除受温度等其它的影响。具有外观新颖，体积较小，输出电流精度高，温漂低，多路输出等优点。
图1为本发明的电路原理框图。
图2为AD584基准电压内部原理电路图。
图3为D/A转换芯片MAX541与单片机89C52的第一路连接示意图。
图4为V/I转换模块AD694内部原理及外部接线电路图。
图5为主程序框图。
图6为键盘扫描子程序框图。
图7为D/A转换子程序框图。
图8为显示子程序框图。
图9为前面板外观布设图。
图10为后面板外观布设图。
具体实施方式
多路数控恒流源，由仪器外壳、单片机和外围电路及单片机软件程序组成。仪器外壳设有前面板，前面板采用简洁的塑胶键盘和高亮的LED数码管显示，使之能在各种光线环境下使用，前面板布设见图9。后面板布设有六路信号源输出，采用耳机插孔式输出，在没有负载的情况下可以是信号源闭合，保证末级芯片不至于因为长时间过负荷而被损坏，见图10。所述的单片机和外围电路，包括AT89C52型单片机、基准电压芯片AD584产生的基准电压电路、D/A芯片MAX541产生的D/A转换电路、放大器OP07产生的放大电路、V/I转换模块AD694产生的V/I转换电路及由多路模拟开关AD7506、4位半AD转换芯片ICL7135组成的数码显示电路，电路框图见图1，为了简洁明了阐述原理，6路信号处理部分只画出一路，其余原理相同。基准电压芯片AD584的3脚接D/A芯片MAX541的参考电压Vref输入端，输入电压2.5V(见图2)，MAX541的SCLK、DIN、CS三个引脚分别与单片机AT89C52的TXD、RXD和P2.0引脚相连接，完成了第一路的连接(见图3)，本发明选择六路数控恒流源，其余五路通过AT89C52的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5和相应的五个MAX541的CS引脚连接，并将AT89C52的TXD、RXD引脚接在每个MAX541的SCLK、DIN引脚上。放大器OP07的正向输入端接在MAX541的Vout电压输出端，OP07的反向输入端接V/I转换模块AD694的3脚。V/I转换模块AD694将来自OP07的电压信号输入转换，其输出端接多路模拟开关AD7506、接4位半AD转换芯片ICL7135、接LED数码管显示，装在前面板上的4×4小键盘通过8155接口连接AT89C52单片机的P1引脚。将单片机和外围电路装在仪器外壳，并将六路数控恒流信号源分别与后面板上六个插孔连接，构成多路数控恒流源。
多路数控恒流源硬件设计原理单片机将由键盘输入的通道值和十进制电流值经过可编程多功能接口8155送入内部缓冲区，然后转换为二进制的数值，由P2口通过选中6路DA芯片的相对应片选引脚CS，来选择对应的芯片，然后由89C52的串行口送出键盘所输入的电流值到被选中的DA芯片中，经过数模转换，输出对应的电压值，经过精密放大器OP07组成的跟随器跟随放大后，送入V/I转换芯片AD694后输出，最后通过多路模拟开关AD7506选择对应的通道，由4位半AD芯片ICL7135组成的显示表输出与键盘输入一致的电流值。同时在通道更改后，原通道的电流输出保持原来的输入值，即各个通道都有锁存功能，互不影响。
单片机及其外接单元单片机是数字程控电流源的核心控制单元，选用AT89C52型单片机构建运行环境，完成对电流源系统的控制，AT89C52内部含有8K的FLASH内存，可以省去外部扩展ROM，另外加上硬件看门狗电路，使系统运行更加可靠！由于仪器中所用的部件比较多，占用的单片机的资源较多，为了节省I/O端口，在键盘和显示电路中选用了可编程多功能接口8155，这样可以使单片机省下更多的端口来进行数据的输入和输出。本仪表有六路电流输出的功能，这是设计的难点和重点，所以采用单片机的P2口来实现六路DA芯片的选择，为了抗干扰，将单片机输出到D/A芯片和多路选择开关的信号经过光电隔离后再输出，这样保证了前后信号的互不干扰。
信号转换单元信号转换单元完成精密数字程控电流源基准电压的产生、D/A转换、信号放大及V/I变换等功能，是仪表最主要和重要的部分，现将其主要的硬件介绍如下高精度基准电压产生的电路由于电路中的D/A芯片是16位的，这样就要求它的Vref(即参考电压)有很高的精度和很好的稳定性，才能保证D/A输出有很高的精度，所以在电路中采用了单片集成高精度稳压源AD584，它在制造的过程中采用了激光标校，有极高的电压精度，并有四种电压输出10.000V，7.500V，5.000V，2.500V，在本仪表中为了配合D/A芯片MAX541，采用它的2.500V的电压基准，它的内部原理及电路接法如图2。
D/A转换芯片MAX541MAX541是美信公司出品的16位高精度，高稳定性的D/A转换芯片，采用串行接口，与单片机连接极为简便，第一路的连接方式是将89C52的TXD，RXD，P2.0分别与MAX541的SCLK，DIN，CS三个引脚相连即可，在选择多路时通过89C52的P2.1～P2.5引脚和相应的MAX541的CS相连，并将89C52的TXD，RXD接在每个MAX541的SCLK，DIN引脚上即可。在使用时注意它的时钟要与单片机的时序匹配。电路连接如图3。
精密放大器OP07OP07是一种高精度，低温漂，低失调的精密放大器，用它作MAX541输出电压的跟随放大器，可以不失真的将电压信号传送到下一级，并且增大电压信号的驱动能力，OP07的接法和普通的跟随放大器一样，反向输入端接在输出端上，正向输入端接在MAX541输出的电压值。
V/I转换模块AD694AD694是美国模拟公司生产的一种高精度电压/电流转换模块，它的非线性度可以达到全量程的0.002％，非常适用于高精度场合的电流/电压变换，它有4-20mA，0-20mA两种输出，本发明使用它的0-20mA输出的功能，AD694内部原理及外部接线见图4。
信号显示单元由多路模拟开关AD7506，4位半AD转换芯片ICL7135，高精度电阻，六反相器等组成，将0～20mA电流以4位半的形式显示出来，供用户参照。此部分电路与前面的两个主电路分开，采用单独显示的开环方式，这样可以完全的和前端电路互不干扰，增加了仪表的抗干扰能力，具体电路为公知。
多路数控恒流源软件设计原理软件是单片机控制类仪表的核心和关键，硬件靠其发挥功效。这个仪器中的软件设计上，采用了目前比较先进的编程方式——模块化设计原则，即将相应的功能设计成相对独立的子程序，最后由主程序来一一调用，这样程序比较严谨，易懂，而且程序占用的空间也比较小，调试起来也比较容易。
单片机软件程序，包括主程序
完成所有外围器件的初始化，设置外部中断和定时器，并循环调用键盘扫描子程序，主程序包括下列步骤设置外部中断和定时器的设置堆栈；设置按键标志为O；设置键盘输入通道标志为1；循环调用键盘扫描子程序。其程序框图见附图5。
键盘扫描子程序完成对用户输入的数据和通道的响应，并将用户输入的十进制电流数据经过BCD码转换，处理后存入显示内存单元30H～34H，通道数据存入40H中，并对电流数据作相应的数据变换处理，转换成为DA芯片接受的二进制数据，并调用DA转换程序，键盘扫描子程序包括下列步骤调整键盘初始化；判断是否为数字键，若不是调用功能键处理程序，若是调用数字键程序；判断调用数字键程序是否标志位＞5，若是置标志位为0；调用DA转换程序。程序框图见附图6。
DA转换子程序根据对从内部缓冲区取来的键盘输入数据，将DA芯片的2.5伏参考电压变换成所要求的电压值，完成DA转换，并输出一个对应的电压，送到V/I芯片中，DA转换子程序包括下列步骤取出输入电流数据；取出通道数据；启动D/A转换，并输出一个对应的电压，送到V/I转换；恢复现场返回主程序。程序框图见附图7。
显示子程序对内部显示缓冲区30H～34H的数据进行标度变换，并根据通道号，输出到数码管LED显示器中，供用户对照与参考，显示子程序包括下列步骤传入主程序参数；取出缓冲区电流数据；取出通道数据；送至Po口显示通道数据，返回主程序，程序框图见附图8。
权利要求
1.多路数控恒流源，由仪器外壳、单片机和外围电路及单片机软件程序组成，仪器外壳设有前面板、后面板，其前面板上布设有键盘及LED数码管显示，后面板布设有多路信号源输出插孔，其特征在于所述的单片机和外围电路，包括AT89C52型单片机、基准电压芯片AD584产生的基准电压电路、D/A芯片MAX541产生的D/A转换电路、放大器OP07产生的放大电路、V/I转换模块AD694产生的V/I转换电路及由多路模拟开关AD7506、4位半AD转换芯片ICL7135组成的数码显示电路，基准电压芯片AD584的(3)脚接D/A芯片MAX541的参考电压Vref输入端，MAX541的SCLK、DIN、CS三个引脚分别与单片机AT89C52的TXD、RXD和P2.0引脚相连接，完成了第一路的连接，在选择多路时通过AT89C52的P2.1引脚、P2.2引脚依次和相应的MAX541的CS引脚连接，并将AT89C52的TXD、RXD引脚接在每个MAX541的SCLK、DIN引脚上，放大器OP07的正向输入端接在MAX541的Vout电压输出端，OP07的反向输入端接V/I转换模块AD694的(3)脚，V/I转换模块AD694将来自OP07的电压信号输入转换，其输出端接模拟开关AD7506、AD7506接4位半AD转换芯片ICL7135、ICL7135接LED数码管显示，装在前面板上的键盘通过8155接口连接AT89C52单片机的P1引脚，将单片机和外围电路装在仪器外壳构成多路数控恒流源。
2.根据权利要求1所述的多路数控恒流源，其特征在于所述的D/A芯片MAX541与单片机AT89C52完成第一路的连接，还可选择五路通过AT89C52的P2.1——P2.5引脚和五个相应的MAX541的CS相连接，并将AT89C52的TXD、RXD接在每个MAX541的SCLK、DIN引脚上，构成六路数控恒流源。
3.根据权利要求1、2所述的多路数控恒流源，其特征在于所述的六路数控恒流源，其信号分别与后面板上设有的六个插孔连接，采用耳机插孔式输出。
4.根据权利要求1所述的多路数控恒流源，其特征在于所述的单片机软件程序，包括主程序及由主程序调用的子程序，其子程序为键盘扫描子程序、AD转换子程序、显示子程序主程序，包括用于设置外部中断和定时器的设置堆栈步骤；用于设置按键标志为O的步骤；用于设置键盘输入通道标志为1的步骤；用于循环调用键盘扫描子程序的步骤；完成所有外围器件的初始化；键盘扫描子程序，包括用于调整键盘初始化的步骤；用于判断是否为数字键，若不是调用功能键处理程序；若是调用数字键程序的步骤；用于判断调用数字键程序是否标志位＞5，若是置标志位为0的步骤；完成对用户输入的数据和通道的响应，并调用DA转换程序的步骤；DA转换子程序，包括用于取出输入电流数据的步骤；用于取出通道数据的步骤；启动D/A转换，完成DA转换的步骤；恢复现场返回主程序；显示子程序，包括；用于传入主程序参数的步骤；用于取出缓冲区电流数据的步骤；用于取出通道数据的步骤；送至Po口显示通道数据，返回主程序。
全文摘要
本发明涉及多路恒流源，由单片机和外围电路及单片机软件程序组成。单片机采用AT89C52，其外围电路，包括基准电压芯片AD584、D/A芯片MAX541、放大器OP07、V/I转换模块AD694及由多路模拟开关AD7506、4位半AD转换芯片ICL7135组成的数码显示。AD584的3脚接MAX541的输入端，MAX541的三个引脚分别与单片机的三个引脚相连接，OP07的正向输入端接在MAX541的电压输出端，其反向输入端接AD694的3脚，其来自OP07的电压信号输入，经转换输出端接AD7506、接ICL7135、接LED数码显示，键盘通过8155接口连接AT89C52单片机P
文档编号G05F1/10GK1851601SQ20061004655
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者曹力刚, 李晶, 孙德忠 申请人:渤海船舶重工有限责任公司