数控直流恒流源的设计与制作
数控直流恒流源的设计与制作
本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±4mA，因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源的领域。
1 系统原理及理论分析
1.1单片机最小系统组成
单片机系统是整个数控系统的核心部分，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。主要包括AT89S52单片机、模数转换芯片ADC0809、12位数模转换芯片AD7543、数码管显示译码芯片74LS47与74LS138等器件。
1.2系统性能
本系统的性能指标主要由两大关系所决定，设定值与Ａ/Ｄ采样显示值（系统内部测量值）的关系。内部测量值与实际测量值的关系，而后者是所有仪表所存在的误差。
1.3恒流原理
数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中OUT1和OUT2是电流的输出端。为了实现数控的目的，可以通过微处理器控制AD7543的模拟量输出，从而间接改变电流源的输出电流。从理论上来说，通过控制AD7543的输出等级，可以达到1mA的输出精度。但是本系统恒流源要求输出电流范围是20mA~2000mA，而当器件处于2000mA的工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管
值下降，从而导致电流不能维持恒定。为了克服大电流工作时电流的波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流的波动，此反馈回路采用数字形式反馈，通过微处理器的实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节。经测试表明，采用常用的大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善。电路反馈原理如下图所示。
2 总体方案论证与比较
方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，
不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。
方案二：采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，通过改变AD7543的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流转换成电压，并经过ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。本方案的基本原理如图2所示。
3 模块电路设计与比较
3.1恒流源方案选择
方案一：采用恒流二极管或者恒流三极管，精度比较高，但这种电路能实现的恒流范围很小，只能达到十几毫安，不能达到题目的要求。
方案二：采用四端可调恒流源，这种器件靠改变外围电阻元件参数，从而使电流达到可调的目的，这种器件能够达到1~2000毫安的输出电流。改变输出电流，通常有两种方法：一是通过手动调节来改变输出电流，这种方法不能满足题目的数控调节要求；二是通过数字电位器来改变需要的电阻参数，虽然可以达到数控的目的，但数字电位器的每一级步进电阻比较大，所以很难调节输出电流。
方案三：压控恒流源，通过改变恒流源的外围电压，利用电压的大小来控制输出电流的大小。电压控制电路采用数控的方式，利用单片机送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到大功率三极管进行放大。单片机系统实时对输出电流进行监控，采用数字方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率管的输出电流恒定。当改变负载大小时，基本上不影响电流的输出，采用这样一个闭路环节使得系统一直在设定值维持电流恒定。该方案通过软件方法实现输出电流稳定，易于功能的实现，便于操作，故选择此方案。电路原理图如图3所示。
3.2反馈闭环方案选择
方案一：采样电阻上的电压，可知输出电流与采样电阻存在近似线性关系，因此可以从检测电阻上电压的大小来直接增减反馈深度。
方案二：从采样电阻上得到一个反馈电压，由于采样电阻阻值比较小，在该电阻上的压降相应也小，为了提高系统控制的灵敏度，采用一级运算放大器对采样电压进行放大，再送到ADC0809进行A/D转换。数据由单片机系统进行相应处理，为了达到1mA步进，选用12位串行D/A转换器件AD7543可以满足题目要求，而且该芯片是采用串行数据传送方式，硬件电路简单。同时反馈系统控制灵活，易于达到1mA的步进要求。
3.3控制单元方案选择
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，考虑到还要实现其它的功能键，选用16按键的键盘来完成整个系统控制。显示部分采用8位LED数码管，而且价格便宜，易于实现。考虑到单片机的I/O端口有限，为了充分优化系统，采用外部扩展一片8155来实现键盘接口与显示功能。电路原理如图4所示。
图3 压控恒流源电路原理
图4键盘及显示电路
3.4电源方案选择
方案一：用开关稳压电源给整机供电，此方案能够完成本作品电流源的供电，但开关电源比较复杂，而且体积也比较大，制作不便，因而此方案难以实现。
方案二：单片机控制系统以及外围芯片供电采用78系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波稳压。电流源部分由于要给外围测试电路提供比较大的功率，因此必须采用大功率器件。考虑到该电流源输出电压在10V以内，最大输出电流不大于2000mA，由公式P=U*I可以粗略估算电流源的功耗为20W。同时考虑到恒流源功率管部分的功耗，需要预留功率余量，因此供电电源要求能输出30W以上。为了尽量减少输出电流的纹波，要求供电源要稳定，因此采用隔离电源，选用由LM338构成的高精度大电流稳压电源。此方案输出电流精度高，能满足题目要求，而且简单实用，易于自制，故选用方案二。稳压电源原理如图5所示。
3.5过压报警功能设计
为了使本数控直流电流源进一步智能化，考虑到要求输出电压不大于10V，因此系统测试部分设计了一个过压报警电路，用于对电压的实时监测，一旦有过压现象，控制器响应后会发出报警控制信号。电路原理参见图3。
4 软件设计
根据实际的硬件电路，为了有效地减小纹波电流，用软件方法实现去峰值数值滤波，以减小环境参数对输出控制量的影响。软件设计主程序流程图和闭环比较子程序流程图；电流设置子程序流程图；键盘中断子程序流程图；显示中断子程序流程图。分别如下图所示。
根据本系统的实际要求软件设计可分为以下几个功能模块：
4.1主程序模块MAIN：流程图如图6所示。主程序负责与各子程序模块的接口和检查键盘功能号。
4.2闭环比较子程序模块BIHUAN：流程图如图7所示。
通过调用闭环比较子程序得出实际值与设定值的差值，如果是实际值大于设定值则将原来的Ｄ/Ａ的入口数值减去这个差值再送去D/A转换，如果是实际值小于设定值则把原来的Ｄ/Ａ的入口数值加上这个差值再送去转换。如果输出值与设定值仍然不一致，再将差值和设定值相加送D/A 转换，以逐步逼近的形式使实际值和设定值相一致后通过LED把稳定的实际值显示出来。而逐步逼近过程中的实际值不送显示因此减少了实际显示值的不稳定。这也是结构化程序的要点（合理设置程序的顺序结构）。
4.3电流设置子程序模块SETUP：流程图如图8所示。
通过键盘设置电流的大小，因为本系统最大输出电流是2000mＡ，所以该子程序兼有电流设置合法性，也就是说设置电流不能大于2000mＡ。
4.4键盘中断子程序模块KEYSCAN：流程图如图9所示。
本系统采用外部中断1来实现实时扫描，使程序及时响应按键请求而无需顾虑其它程序模块运行情况。
4.5显示中断子程序模块LED：流程图如图10所示。
本系统采用定时中断0来实现逐位动态显示，每位显示间隔固定为2ms，使LED输示非常稳定，无法考虑定时刷新显示，使得该显示子程序简单灵活，适用性广。
5 数据测试及分析
数据测试是反映系统性能的重要指标。因此对本系统进行了全面的测试，分别为输出电流测试、步进电流测试、工作时间测试、负载阻值变化测试、纹波电流测试。本系统测试采用的仪表如下：当测试系统电流分别0～200ｍＡ和200ｍＡ~2000ｍＡ时，分别采用数字表ＤＴ9801的200ｍＡ档和10Ａ档。测试电压采用数字表ＸＢ－9208Ｂ的2Ｖ档和20Ｖ档。测试纹波电流采用低频毫伏表DA—16D来测试纹波电压，但当测量值与对应量程相差较大时，会有一定的误差。
图2系统原理框图
比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。
图5稳压电源原理
数控恒流源
数控恒流源 1.任务 设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。 、要求
基本要求 （1）输出电流范围：200mA～2000mA； （2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的 1％+10 mA； （3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA； （4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA； （5）纹波电流≤2mA； （6）自制电源。 发挥部分 （1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA； （2）设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的％+3个字； （3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的％+1 mA； （4）纹波电流≤； （5）其他。 总体设计方案 经初步分析设计要求，得出总体电路由以下几部分组成：电源模块，控制模块（包括AD、DA转换）恒流源模块，键盘模块，显示模块。以下就各电路模块给出设计方案。 控制部分方案 方案一：采用FPGA作为系统的控制模块。FPGA可以实现复杂的逻辑功能，规模大，稳定性强，易于调试和进行功能扩展。FPGA采用并行输入输出方式，处理速度高，适合作为大规模实时系统的核心。但由于FPGA集成度高，成本偏高，且由于其引脚较多，加大了硬件设计和实物制作的难度。 方案二：采用单片机作为控制模块核心。单片机最小系统简单，容易制作PCB，算术功能强，软件编程灵活、可以通过ISP方式将程序快速下载到芯片，方便的实现程序的更新，自由度大，较好的发挥C语言的灵活性，可用编程实现各种算法和逻辑控制，同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。 基于以上分析，选择方案二,利用STC89C52单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换，驱动恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统，通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。在器件的选取中，D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片 TLV5618，直接输出电压值，且其输出电压能达到参考电压的两倍，A/D转换器选用高精度12数转换芯片AD7896。. 恒流源模块设计方案 方案一：由三端可调式集成稳压器构成的恒流源。
可调恒流源设计
设计要求；设计一可调恒流源电路，输出电流范围2mA～20mA,最小刻度0.5mA,波动小 于0.1 mA 可调恒流源设计 摘要 本系统以直流电流源为核心，MC34063为主控制器，通过电位器来设置直流电源的输出电流，并可由数码管显示实际输出电流值和电流设定值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（AD0804）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。 关键字:MC34063，恒流源，单片机，A/D
Adjustable constant current source design Abstract In this system the DC source is center and MC34063 is main controller, output current of DC power can be set by a potentiometer which step level reaches 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LED. In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD0804), then the analog value which is isolated and amplified by operational amplifiers, is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. On the other hand, The constant current source can be monitored by the system real-timely, its work process is that output current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by ADC, finally the digital value as a feedback loop is processed by so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is designed.. Key wards:MC34063, constant current source, single chip microcomputer, A/D
基于数控直流电流源系统的设计
基于数控直流电流源系统的设计 摘要：随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，人们对数控恒定电流器件的需求越来越高。应社会发展的需求，对基于单片机控制的“数控直流电流源的设计”进行研究论证，并运用Proteus 软件进行仿真。以直流稳压电源和稳流电源为核心，结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。首先采用了单片集成稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元件实现稳流。为实现对输出电流的精确控制：一方面，通过Ｄ／Ａ输出实现电流的预置，再通过运算放大器控制晶体管的输出电流；另一方面，运用Ａ／Ｄ转换器件将输出电流的采样值送入单片机，与预置值进行比较，将误差值通过Ｄ／Ａ转换芯片添加到调整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。 Abstract：The requiements of numerical controlling constant current devices is increasing as development of electronic technology and expanding of digital circuit applicational field. As to satisfy society development, do a study based on " Numerical control dc current source design " of SCM controlling and apply Proteus to simulating software.DC（digital current ）V oltage regulator and DC current regulator is the key part of the design，its output current is controlled by single chip microprocessor,Firstly,single chip IC（integrated circuit）V oltage regulator LM338K is used to generate stable voltage, and then desperate devices is used to generate stabilize current . Tocontrol the output current ，on one hand ,system sets output current by D/A（digital／analogue converter and controls current of transistor by operational amplifier ；on the other hand ，with the help of A/D（analogue／digital）converter，system samples the output current and convert it into digital data ，compares it with preset value ，converts the error value into analogy and puts it on adjusting circuit ，and decreases the ripple of the system output current ．
全国大学生电子设计竞赛-数控直流电流源
数控直流电流源 摘要:本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。 关键词：STC89C52 数控电流源 Numerical Control DC Current Source Abstract: This paper introduces a design scheme of numerical control DC current source ,and gives the hardware composition and software flow as well as the source program. Use STC89C52 MCU as the core control circuit. 12 D/A module generates A steady the control voltage and 12 A/D module completes current measurements. The current-output ranges 20 to 2000mA, with "+" and "-" stepping for 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured result at the same time, for easy operation and error analysis. Keywords:STC89C52 Numerical control Current source 1 设计方案的选择 1.1电路综合设计流程
(数控加工)数控恒流源系统设计
（数控加工）数控恒流源系统 设计
毕业设计 题目: 学院名称：班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：
20 年06月13
一：概述 1.1选题背景和意义 电源为保障系统的安全性与稳定性都起到有至关重要的作用，本篇我们主要研究恒流源。而恒流电源由于它体积特别小、损耗相对低、而效率较高、还有它简洁的电路都比较受欢迎，在我们平时用的计算机设备、通信设备，仪器仪表上面，还有航空航天上面通信设备等都需要恒流源系统。近年来电子信息的产业是发展相当快的，恒流电源也更多的被运用到我们生活中，因此，对恒流电源的研究就显得更有意义以及价值。 数控恒流源技术是一种对实践性要求很高的工程技术，它存在与各个行业中，我们在日常会经常看到。电源技术还和电气电子、控制理论等一些其它科学领域相互交叉融合，促进了现在信息技术和电源技术的发展。这也预示着在系统上面对电源技术的要求更高。普通的电源系统在工作时候容易产生误差，这样会对整个系统的精确度产生影响，更严重的是会带来很多严重的后果。世界各国为了解决这个问题便对电源产品制定了不同要求和一系列产品精度标准，只要达到要求达到标准后才可以进入市场。经济全球化的发展让电源产品流通更加方便，但是必须满足国际标准才可以有通行证。数控电源发展的比较晚，从八十年代才开始，那个时候电力电子的理论就开始建立。电力电子理论为今后的电源产品的发展奠定了很好的理论基础，随之，数控电流源技术得到了快速蓬勃的发展。但是市场上的很多产品还是输出精度低，带负载能力较差，体积相对大等缺点。当然这也给了数控电流源的发展指明方向就是不断完善上面的缺点不足。数控直流电流源对精度的要求会越来越高。单片机，新的控制理论，这些都为精确数控电源的发展提供基础。从组成上，数控电流源分为器件、主电路和控制电路三部分。
数控恒流源的设计与制作最终版
编号 毕业设计 （2013 届本科） 题目：数控恒流源的设计与制作 学院：物理与机电工程学院 专业：电子信息科学与技术 作者姓名： 指导教师：职称： 完成日期：2013 年月日 二〇一三年六月
目录 河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 (1) 河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 (2) 摘要 (5) Abstract (5) 1 绪论 (6) 1.1恒流源的意义及研究价值 (6) 1.2恒流源的发展历程 (6) 1.2.1 电真空器件恒流源的诞生 (6) 1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类 (6) 1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类 (6) 1.3数控恒流源的研究现状和发展趋势 (7) 2 系统设计 (8) 2.1设计要求 (8) 2.1.1 题目要求 (8) 2.2 总体设计方案 (8) 2.2.1 设计思路 (8) 2.2.2 方案论证与比较 (8) 2.2.3 系统组成 (11) 3 单元电路设计 (11) 3.1 单片机控制电路 (11) 3.2 A/D接口电路 (12) 3.3 D/A接口电路 (13) 3.4 恒流源电路 (13) 3.5 LCD显示电路 (14) 3.6 系统电源电路 (15) 4 软件设计 (16) 4.1主程序 (16) 4.2时基中断服务子程序 (17) 4.3 A/D转换程序 (18) 5 系统的抗干扰设计 (18) 5.1 硬件抗干扰设计 (18) 5.2 软件抗干扰设计 (18) 6 系统测试 (19) 6.1 数控恒流源实物图 (19) 6.2 测试使用的仪器 (19) 6.3 测试方法 (19) 6.4 测试数据及结果分析 (19) 7 结束语 (22) 参考文献 (23) 致谢 (24) 附录 (25) 河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 (32)
数控直流恒流源设计报告
数控直流恒流源设计报告 本系统以直流电流源为核心，AT89s52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达1mA，并可由液晶显示电流设定值和实际输出电流值。本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器（tlv5618）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转换后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理，通过数字量形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。实际测试结果表明，本系统能有效应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域 关键字 压控恒流源智能化电源闭环控制 设计任务与要求 1.1设计任务 设计并制作一个数控直流电流源。输入的交流电压220～240V,50Hz；输出的直流电压≤10V。其原理示意图1如下所示。 图1 设计任务示意图 1.2技术指标 基本要求： （1）要求电压输出范围：200～2000mA； （2）可设置并输出电流给定值，要求输出电流和给定电流的偏差的绝对值≤给定值的1%+10mA；
（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA； （4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流的变化的绝对值≤ 输出电流的1%+10mA； （5）纹波电流≤ 2mA； （6）自制电源。 发挥部分： （1）输出电流范围为20~2000mA，步进为1mA； （2）设计、制作测量并显示输出电流的装置（可同时或交替显示电流的给定值或实测值），测量误差的绝对值≤测量值的0.1%+3个字； （3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤ 输出电流的0.1%+1mA； （4）纹波电流≤0.2mA; （5）其他。 2．方案比较与论证 2.1.1各种方案比较与选择 方案一：采用中小规模集成电路构成的控制电路。由三段可调式集成稳压器构成的恒流源。 以W350为例，其最大的输出电流为3A，输出电压Uo′为1.2～33V。其典型的恒流源电路如图2所示。
电子设计大赛—简易数控直流稳压电源
一、项目参加人员、负责内容以及技术特长： 二、项目背景 数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。 随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。
数控恒流源电路图
数控恒流源 ?基于8051单片机的数控电源设计方案 ?2010年12月18日9:52:07 来源:《半导体器件应用》2009年12月刊作者：李好，陈晓利
Html文件格式可能无法显示特殊符号及公式，阅读全文，请点击下面按钮以Pdf文件格式浏览阅读 1 引言 目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。 利用数控电源，可以达到每步0.1V的精度，输出电压范围0V~15V，电流可以达到2A。其系统结构如图1所示。 2 芯片选用 DAC0832是一款常用的数摸转换器，它有两种连接模式，一种是电压输出模式，另外一种是电流输出模式。为了设计的方便，选用电压输出模式，引脚如图2所示，Iout1和Iout2之间接一参考电压，VREF 输出可控制电压信号。它有三种工作方式：不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。该电路采用单缓冲模式，由图2可知，由于/WR2 =/XFER=0，DAC寄存处于直通状态。又由于ILE=1，故只要在选中该片(/CS=0)的地址时，写入(/WR=0)数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至DAC寄存器。经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压。一旦写入操作结束，/WR1和/CS 立即变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。 AT24C02是一款常用的可掉电保存数据的ROM，2K比特容量，采用I2C总线操作，关于它的具体操作方法参考相关资料。 3 硬件电路设计 采用常用的AT89C51芯片作为控制器，P0口和DAC0832的数据口直接相连，DA的/CS和/WR1连接后接P2.0，/WR2和/XEFR接地，让DA工作在单缓冲方式下。DA的11脚接参考电压，参考电压电路如图2所示，通过调节可调电阻调节LM336的输出电压为5.12V，所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5.12V/256=0.02V，也就是说DA输入数据端每增加1，电压增加0.02V。 DA的电压输出端接放大器OP07的输入端，放大器的放大倍数为R8/(R8+R9)=1K/(1K+4K)=5，输出到电压模块LM350的电压分辨率=0.02V×5=0.1V。所以，当MCU输出数据增加1的时候，最终输出电压增加0.1V，当调节电压的时候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低电压。 本电路设计三个按键，KEY1为翻页按键，最近设置的电压大小保存在EEROM里面。比如10个电压，按一下KEY1，电压变为下一个，省去了反复设置电压的麻烦。KEY2为电压+，KEY3为电压-，按一下KEY2，当前电压增加0.1V，按一下KEY3，当前电压减小0.1V。 限于篇幅原因，未画出数码管显示电路。该系统使用3个数码管，可以显示三位数，一个小数位，比如可以显示12.5V，采用动态扫描驱动方式。本主电路的原理是通过MCU控制DA的输出电压大小，通过放大器放大，给电压模块作为最终输出的参考电压，真正的电压，电流还是由电压模块LM350输出。 为了达到2A的输出电流，LM350必须选用金属外壳封装，并且带稍大面积的散热片。 4 软件系统 软件的设计主要完成三方面的功能： (1)设置电压并且保存，主要是对EEROM的操作； (2)把设置的电压送到DA，主要是对DA的操作； (3)中断显示，把设置的电压显示到LED数码管上。 该数控电压源实现保存最近10个电压功能，当打开电源的时候，它显示和输出的必须是上次使用电压大小，所以在EEROM中使用11个地址保存数据，第一个地址保存当前电压编号，大小为1~10。第2个地址~第11个地址连续保存10个电压大小数据。电压编号的大小分别对应到相应地址电压大小。 软件流程如图4所示：当电源打开的时候，MCU进行复位，寄存器清零。接着电源应该显示和输出上次关机前的电压大小，这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号，根据电压编号读出对应电压，把该数据送到DA，再转换成BCD码送到显示部分。这时候程序循环检测是否有按键信号，如果KEY1按下，电压编号指向下一个，保存该电压编号，读对应电压，把他送到DA并且显示。如果KEY2按下，当前电
数控直流恒流源的设计与制作
数控直流恒流源的设计与制作 本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±4mA，因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源的领域。 1 系统原理及理论分析 1.1单片机最小系统组成 单片机系统是整个数控系统的核心部分，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。主要包括AT89S52单片机、模数转换芯片ADC0809、12位数模转换芯片AD7543、数码管显示译码芯片74LS47与74LS138等器件。 1.2系统性能 本系统的性能指标主要由两大关系所决定，设定值与Ａ/Ｄ采样显示值（系统内部测量值）的关系。内部测量值与实际测量值的关系，而后者是所有仪表所存在的误差。 1.3恒流原理 数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中OUT1和OUT2是电流的输出端。为了实现数控的目的，可以通过微处理器控制AD7543的模拟量输出，从而间接改变电流源的输出电流。从理论上来说，通过控制AD7543的输出等级，可以达到1mA的输出精度。但是本系统恒流源要求输出电流范围是20mA~2000mA，而当器件处于2000mA的工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管 值下降，从而导致电流不能维持恒定。为了克服大电流工作时电流的波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流的波动，此反馈回路采用数字形式反馈，通过微处理器的实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节。经测试表明，采用常用的大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善。电路反馈原理如下图所示。 2 总体方案论证与比较 方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，
数控直流稳压电源设计
数控直流稳压电源设计 [摘要]本文介绍了以8051单片机为控制单元，以数模转换器DAC0832输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块LM317的输出电压大小。该电路设计简单，应用广泛，精度较高等特点。LM317系列三端可调式集成稳压器的方法。 [关键词] 单片机（AT89C51），数模转换器（D/A），液晶，键盘
一、设计任务 设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。 二、设计要求 1.基本部分 （1）输出电压：范围0～＋15V，步进0.1V，纹波不大于40mV；（2）输入电压值由液晶显示； （3）自制键盘，可以由键盘输入电压值； （4）输出电压值在输出端用万用表测得。 2．发挥部分 （1）输出电压可预置在0～15V之间的任意一个值； （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V 不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。 图1设计示意图
目录 引言 (1) 1、设计原理与总体方案 (2) 2、硬件电路设计 (3) 2.1 DAC电路 (3) 2.2 AGC控制电路 (4) 2.3 键盘部分 (6) 2.4 显示部分 (7) 2.5 稳压输出 (8) 3、软件设计流程 (9) 4、总体设计电路 (10) 5、调试过程与结果分析 (11) 5.1调试过程 (11) 5.2结果分析 (11) 总结 (13) 参考文献 (14) 附录1 元件清单 (14) 附录 2 参考源程序…………………………………………… 15
引言 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多, 但均存在以下二个问题: 输出电压是通过粗(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。 而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。利用数控直流电源，可以达到每步0.04 V的精度，输出电压范围0-15V。。
数控恒流源
摘要：本方案采用AT89S52单片机作为系统控制核心，实现数控恒流源方案。设计采用大功率双极型三极管2SC3997以及仪表放大器等构成闭环恒流源控制电路，配以8位A/D,D/A 芯片完成单片机对输出电流的实时检测与实时控制，实现了0mA~1500mA 范围内步进20mA 恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于1mA,达到了较高的稳定度。人机接口采用4*4键盘以及LCD1602液晶显示器，控制界面直观简洁，具有良好的人机交互性。 一 作品完成功能 1.输出电流范围：0mA ～1500mA ； 2.可设置并显示输出电流给定值，输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值1％+10 mA ； 3.具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤20mA ； 4.纹波电流≤2mA ； 5.自制电源 二 系统方案论证 1.系统总设计模块 2.方案论证 本系统设计关键在于恒流源模块方案，关于恒流源模块方案 电压控制的电流源模块，可采用的方案有以下三种： ① 功率集成运放，如OPA501、OPA541、PA05等； ② 运放＋晶体三极管放大； ③ 可调集成稳压模块，如LM317。 方案一：直接使用功率集成运放。特点：使用容易、性能稳定可靠。常用 的功率集成运放一般能够输出±40V ，10～15A 的功率，性能指标也较高，完全能够满足本题要求。功率集成运放还可以双极性输出，但本题只需单极性输出，却需要为功率集 DA 转换模块
成运放配置正负双电源。 方案二：利用三端可调直流稳压集成芯片，通过调整其输出电压来实现负载的恒流特性。特点：直接利用稳压片提供所需功率，只需要添加相应控制电路即可实现本题的大部分要求，但是，其电流调整率指标只能达到0.5%～0.15%，不满足题目要求， 方案三：采用“运放＋功率三极管”的结构构成恒流源。特点：性能满足本题要求，同时可以通过选用功率三极管的不同容量来满足不同的应用要求。 鉴于上述原因，我们选用方案三。 另外，本方案中涉及AD,DA芯片。AD,DA芯片的选择直接关系到系统的精度以及方案的成本。综合考虑精度与成本，我们选择了常用的8位DA芯片DAC0832与8位AD芯片ADC0832. 三硬件结构设计及实现 1.压控恒流源电路及电路分析 电压控制的电流源电路如图所示。压控电流源模块主要由给定与比较放大单元、功率放大单元和电流反馈单元组成。给定与比较放大单元由U1（OP07）及其外围阻容器件组成，起着计算给定电流与实际输出电流偏差并进行放大的作用。与R2并联的电容器C9起加速反馈的作用，与运放反馈电阻并联的电容器C10起滤波作用，二极管D1起电压钳位作用，用以保护运算放大器；功率放大单元由Q1、Q2和Q3及其配套阻容器件组成，为满足最大输出容量（10V，2000mA）的要求，选取最严重工况（负载端短路且输出2000mA）计算Q3的功率损耗：（10＋5）V×2A＝30W式中，5V是考虑电流源输出10V 电压，输出2A电流时，为Q3留出的ce极间电压。为可靠起见，留有足够的功率裕量和安全系数，选择Q3的型号为2SC3997.其主要技术参数如下:800V,20A,允许管耗250W。 C14起纹波抑制作用，二极管D3用以保护功率三极管Q3，防止其承受反压而损坏；电流反馈单元由仪用放大器AD620和低噪声运放OP07构成，前者对串联在负载回路的康铜丝两端电压进行取样，康铜丝是一种温度特性佳的阻性元件，其两端电压正比于流过的电流，因此该电压的反馈就是负载电流的反馈。仪用放大器具有极强的抗共模干扰的能力，特别适合对小信号进行放大。OP07作为二级放大且其输入端设置一个反馈系数调节用的精密电位器，起着输出电流校正之功用。
电子课程设计数显可调稳压恒流源
数显可调稳压恒流源 设计 简易数控直流稳压电源设计与仿真 摘要本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数码管显示，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A 转换器，译码显示等电路，具有控制精度高制作比较容易等优点。
关键词稳压电源；数控；数模转换；可逆计数 第1章绪论 随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。 本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，可用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计，没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A 转换器，译码显示等电路；具有控制精度高，制作比较容易等优点。 第2章电路设计 2.1电路设计方案 本文介绍的简易数控直流稳压电源共有六部分组成，其中输出电压的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电压精确到0.1V去控制可逆计数器分别作加，减计数；可逆计数器的二进制数字输出分两路运行，一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路）；数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电压。 由于题目是数控稳压电源，并且有精确的步进值，因而不适合采用普通的串并联方式的线性稳压电源。且由于电路结构简单，集成度高，可以很容易的实现精确的递增和递减的功能控制。 随着数字器件的发展，构造一个精确的可逆计数器很容易实现。由于所要完成的逻辑功能并不复杂，因而没有采用单片机。可逆计数器的输出是依次递增或递减的数字量，经过D/A转换后变成模拟电压值。由于电压的数值可以把输出的模拟电压经过A/D转换再显示，也可以直接把D/A转换前的数字量直接经译码显示。 在前一种方法中，由于要用到复杂的A/D转换及其控制电路，其精确度难以保证从而增加设计难度;在后一种方法中驱动数码管的信号直接由可逆计数器而来，所以不存在A/D转换间的误差问题，所以采用后一种方法。 其原理方框图和总体 控制电路图如下图所示：
数控直流恒流源设计方案与制作
数控直流恒流源地设计与制作 本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000m/范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高地精度，输出电流误差 范围土4mA,因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源地领域 1系统原理及理论分析 1.1单片机最小系统组成 单片机系统是整个数控系统地核心部分，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?主要包括AT89S52单片机、模数转换芯片ADC0809 12位数模转换芯片AD7543数码管显示译码芯片74LS47与74LS138等器件.b5E2RGbCAP 1.2系统性能 本系统地性能指标主要由两大关系所决定，设定值与A / D采样显示值（系统内部测量值）地关系.内部测量值与实际测量值地关系，而后者是所有仪表所存在地误差? 1.3恒流原理 数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中0UT1和OUT2是电流地输出端?为了实现数控地目地，可以通过微处理器控制AD7543地模拟量输出，从而间接改变电流源地输出电流?从理论上来说，通过控制AD7543地输出等级，可以达到1mA地输出精度.但是本系统恒流源要求输出电流范围是 20mA~2000mA而当器件处于2000mA地工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管“值下降，从而导致电流不能维持恒定.为了克服大电流工作时电流地波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流地波动，此反馈回路采用数 字形式反馈，通过微处理器地实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节.经测试表明，采用常用地大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善.电路反馈原理如下图所示.p1EanqFDPw 2总体方案论证与比较方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件.本方案电路复杂，灵活性不
数控直流电源设计
数控直流稳压电源1)输出电压：范围0~+9.9V，步进0.1V，纹波不大于8mV。2）输出电流：500mA。 3）输出电压值用数码管LED显示。 4）用+、—两键分别控制输出电压的步进增减。 5）为实现上述几个部件工作，自制一台稳压直流电源，输出+ 、-15V、+5V。 发挥部分：1）输出电压可预置在0~9.9V之间的任何一个值。 2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。 3）扩展输出电压种类（如三角波等）。 #include
数控恒流源
摘要：本方案采用AT89S52单片机作为系统控制核心，实现数控恒流源方案。设计采用大功率双极型三极管2SC3997以及仪表放大器等构成闭环恒流源控制电路，配以8位A/D,D/A芯片完成单片机对输出电流的实时检测与实时控制，实现了0mA~1500mA范围内步进20mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于1mA,达到了较高的稳定度。人机接口采用4*4键盘以及LCD1602液晶显示器，控制界面直观简洁，具有良好的人机交互性。 一作品完成功能 输出电流范围：0mA～1500mA； 可设置并显示输出电流给定值，输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值1％+10 mA； 具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤20mA； 纹波电流≤2mA； 自制电源 二系统方案论证 系统总设计模块 人机界面
方案论证 本系统设计关键在于恒流源模块方案，关于恒流源模块方案 电压控制的电流源模块，可采用的方案有以下三种： ① 功率集成运放，如OPA501、OPA541、PA05等； ② 运放＋晶体三极管放大； ③ 可调集成稳压模块，如LM317。 方案一：直接使用功率集成运放。特点：使用容易、性能稳定可靠。常用的功率集成运放一般能够输出±40V ，10～15A 的功率，性能指标也较高，完全能够满足本题要求。功率集 DA 转换模块 恒流源模块
成运放还可以双极性输出，但本题只需单极性输出，却需要为功率集成运放配置正负双电源。 方案二：利用三端可调直流稳压集成芯片，通过调整其输出电压来实现负载的恒流特性。特点：直接利用稳压片提供所需功率，只需要添加相应控制电路即可实现本题的大部分要求，但是，其电流调整率指标只能达到0.5%～0.15%，不满足题目要求， 方案三：采用“运放＋功率三极管”的结构构成恒流源。特点：性能满足本题要求，同时可以通过选用功率三极管的不同容量来满足不同的应用要求。 鉴于上述原因，我们选用方案三。 另外，本方案中涉及AD,DA芯片。AD,DA芯片的选择直接关系到系统的精度以及方案的成本。综合考虑精度与成本，我们选择了常用的8位DA芯片DAC0832与8位AD芯片ADC0832. 三硬件结构设计及实现 压控恒流源电路及电路分析 电压控制的电流源电路如图所示。压控电流源模块主要由给定与比较放大单元、功率放大单元和电流反馈单元组成。给定与比较放大单元由U1（OP07）及其外围阻容器件组成，起着计算给定电流与实际输出电流偏差并进行放大的作用。与R2并联的电容器C9起加速反馈的作用，与运放反馈电阻并
基于单片机的数控直流恒流源的设计毕业设计开题报告
基于单片机的数控直流恒流源的设计毕业设计开题报告
毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 基于单片机的恒流源设计 设计（论文）题目来源 自选课题 设计（论文）题目类型 电子设计类 起止时间 2009.12—2010.05 一、设计（论文）依据及研究意义： 随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切。当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步有待发展，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要求，研制出一种高性能的数控直流恒流源。 二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 设计思路是:以单片机为主控制器，通过键盘来设定输出电流值，并由LCD 显示电流设定值和实际输出值。本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A 转换输出模拟量，控制电流的变化。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转换后，通过A/D 转换芯片，实时把模拟量转化为数字量，再经单片机分析处理，通过数字量形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的恒流源。 系统整体框图如下所示： 三、设计（论文）的研究重点及难点： 设计的难点重点是： 压控恒流模块 A/D 转换 输出电流采样 D/A 转换 LCD 显示 负载 单 片 机 按键控制
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