数控直流电流源（电子设计大赛论文）

作者：董辉 庞晓风 张威 指导教师：张石 单位：东北大学

图13 主机从从机连续接收多个字节数据的时序图

主机与从机进行通信时，有时需要切换数据的收发方向，在接换方向时，可以不必先产生停止条件再开始下次传输，而是直接再一次产生开始条件。I2C总线在已经处于忙的状态下，再一次直接产生起始条件的情况被称为重复起始条件。

图14 带有重复起始条件的多字节数据传输格式示意图

图15 键盘和LED原理图

3.6.2 LCD液晶显示模块

本系统采用12K64图形点阵式液晶显示模块作为主站的显示界面。12K64液晶显示模块由ST7920控制器、128×64点阵式显示屏、二级汉字字库以及背光照明4部分组成。ST7920控制器内置国标字库以及ASCII码字符库，直接向其发送ASCII代码，即可显示相应的ASCII字符或汉字。除了字符显示功能外，该显示模块还具备图形显示功能。

本系统采用LCM12832ZK图形点阵式液晶显示模块作为显示模块，LCM12832ZK 中文液晶显示模块的液晶屏幕为128*32，可显示两行，每行可显示8 个汉字。中文液晶显示模块可实现汉字、ASCII 码、点阵图形的同屏显示，电源操作范围宽（2.7V to 5.5V），低功耗设计可满足产品的省电要求；同时与单片机等微控器的接口界面灵活（三种模式：并行8 位/4 位，串行3 线/2 线），可以根据需要灵活选用。我们采用的是串行3 线式接口。

在串行方式下将使用二条传输线作串行资料的传送，主控制系统将配合传输同步时钟（SCLK）与接收串行数据线（SID），来完成串行传输的动作。减少了对I/O端口的占用。

串口通信传输协议：

在片选CS 设为高电位时，同步时钟线（SCLK）输入的讯号才会被接收，另一方面，当片选（CS）设为低电位时，模块的内部串行传输计数与串行资料将会被重置。模块的同步时钟线（SCLK）具有独立的操作，但是当有连续多个指令需要被传输，必须确实等到一个指令完全执行完成才能传送下一笔资料，因为模块内部并没有传送/接收缓冲区。从一个完整的串

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作者：董辉 庞晓风 张威 指导教师：张石 单位：东北大学

行传输流程来看，一开始先传输起始位，它需先接收到五个连续的“1”（同步位串）在起始位元组，此时传输计数将被重置并且串行传输将被同步，再跟随的二个BIT 分别指定传输方向位（RW）及暂存器选择位（RS），最后第八位则为“0”。在接收到起始位元组后，每个指令/数据将分为二组接收到：较高4 位元（DB7~DB4）的指令资料将会被放在第一组的LSB 部分，而较低4 位元（DB3~DB0）的指令资料则会被放在第二组的LSB 部分，至于相关的另四位则都为0。

图16 串行时序图

图17 硬件接线图

中文液晶显示模块LCM128ZK 的字型ROM 内含8192 个16*16 点中文字型和128 个16*8 半宽的字母符号字型；另外绘图显示画面提供一个64*256 点的绘图区域GDRAM；而且内含CGRAM 提供4 组软件可编程的16*16 点阵造字功能。电源操作范围宽（2.7V to 5.5V），低功耗设计可满足产品的省电要求；同时与单片机等微控器的接口界面灵活（三种模式：并行8 位/4 位，串行3 线/2 线）。中文液晶显示模块可实现汉字、ASCII 码、点阵图形的同屏显示。

DSP与LCD液晶显示模块采用串行的连接方式。在串行方式下将使用二条传输线作串行资料的传送，主控制系统将配合传输同步时钟（SCLK）与接收串行数据线（SID），来完成串

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作者：董辉 庞晓风 张威 指导教师：张石 单位：东北大学

行传输的动作。在片选CS 设为高电位时，同步时钟线（SCLK）输入的讯号才会被接收，另一方面，当片选（CS）设为低电位时，模块的内部串行传输计数与串行资料将会被重置。模块的同步时钟线（SCLK）具有独立的操作，但是当有连续多个指令需要被传输，必须确实等到一个指令完全执行完成才能传送下一笔资料，因为模块内部并没有传送/接收缓冲区。从一个完整的串行传输流程来看，一开始先传输起始位，它需先接收到五个连续的“1”（同步位串）在起始位元组，此时传输计数将被重置并且串行传输将被同步，再跟随的二个BIT 分别指定传输方向位（RW）及暂存器选择位（RS），最后第八位则为“0”。在接收到起始位元组后，每个指令/数据将分为二组接收到：较高4 位元（DB7~DB4）的指令资料将会被放在第一组的LSB 部分，而较低4 位元（DB3~DB0）的指令资料则会被放在第二组的LSB 部分，至于相关的另四位则都为0。采用液晶显示模块，克服了系统动态刷新显示时LED管闪烁显示的缺点，更易于测量观察。 3.6.3 声光报警模块

为了在关键时刻和异常时刻及时给予用户提示信息和报警信息，我们设计制作声光报警模块。例如用于输入给定值超限。报警模块设计电路如下。

图18 声光报警模块

3.7 电源电路

方案一 制作一个大电流的?15V电源，对两部分电路集中供电。这种供电方式接线比较简单，但由于恒流源产生电路需要的供电电流非常大，两部分集中供电的电流就更大，这就加大了电源设计的难度。另外，由于电流源电路的负载变化范围比较大，使电源电流的波动也很大，集中供电会给运放部分带来很大的干扰。

方案二 因为恒流源主回路需要一个大电流，为了保证该回路可以得到足够的电流，并且当主回路电流急剧增大时，不至于影响其他器件正常工作，采用多电源供电的方式。运算放大器部分采用?15V对称电源供电，恒流源产生电路采样一个大电流的12V电源。这样既减小了电源设计的难度，有杜绝了两个电路之间的互相干扰。

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作者：董辉 庞晓风 张威 指导教师：张石 单位：东北大学

图18 ?15V对称电源电路图

图18大电流15V电源

4 调试

4.1 PID调试

开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路，所以结构简单，易于实现，但输出误差较大，鉴于本题目对输出误差有严格的要求，所以应该采用闭环控制系统。

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