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1、2005 年大学生电子设计竞赛设计报告 五邑大学 陈崇辉 伍康敏 钟观宝第 1 页 共 21 页 1数控直流电流源（F 题）摘要：本设计以 AT89S52 为核心，通过 A/D、D/A 转换、V/I 转换及独特的算法实现了高精度的，电流输出范围为 20mA2000mA 的数控直流电流源。该电流源具有电流可预置，1mA 步进，同时显示给定值和实测值等功能。关键字：89S52，数控电源，V/I 转换Numerical Controlled Constant-Current SourceAbstract : The paper expounds the design of the numerical
2、 controlled constant-Current source. The system core is AT89s52.The A/D D/A V/I converts and the specific arithmetic is used to carry out high precision and the current output range from 20mA to 2000mA.The source realizes that the output current can be set, 1mA adjusted step by step, the display of
3、the present value and the practice measure value。Key words : AT89S52, Numerical controlled source, V/I converter2005 年大学生电子设计竞赛设计报告 五邑大学 陈崇辉 伍康敏 钟观宝第 2 页 共 21 页 2目 录1. 系统设计 .31.1 设计要求 .31.1.1 基本要求 .31.1.2 发挥部分 .31.2 总体设计方案 .41.2.1 方案论证与比较 .42. 单元电路设计 .72.1 恒定电流源电路设计 .72.2 控制器电路设计 .82.2.1 单片机最小系统设计 .
4、82.2.2 A/D、D/A 电路设计 .82.3 键盘电路设计 .92.4 显示器电路设计 .102.5 稳压电源电路 .103. 软件设计 .113.1 软件设计流程图 .113.2 软件功能、算法及源程序： .124. 系统测试 .144.1 测试使用的仪器 .144.2 指标测试和测试结果 .144.2.1 输出电流范围测试 .144.2.2 步进调整测试 .144.2.3 输出电流测试 .144.2.4 结论 .155. 结语 .15参考文献 .16附录 1 主要元器件清单 .16附录 2 单片机最小系统原理图 .17附录 3 模块电路原理图 .17附录 4 单片机最小系统 PCB.
5、19附录 5 模块电路 PCB.19附录 6 操作说明： .202005 年大学生电子设计竞赛设计报告 五邑大学 陈崇辉 伍康敏 钟观宝第 3 页 共 21 页 31. 系统设计设计并制作数控直流电流源。输入交流 200240V，50Hz；输出直流电压10V。其原理示意图如下所示。图 1.1 数控直流电流源原理示意图1.1 设计要求题目要求设计并制作数控直流电流源。输入交流 200240V，50Hz；输出直流电压10V。其要求如下:1.1.1 基本要求（1）输出电流范围：200mA2000mA；（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
6、“+”、“-”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。1.1.2 发挥部分（1）输出电流范围为 20mA2000mA，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 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值的 0.1+1 mA；（4）纹波电流0.2mA；键盘 控制器 电流源 负载显示器电 源2005 年大学生电子设计竞赛设计
7、报告 五邑大学 陈崇辉 伍康敏 钟观宝第 4 页 共 21 页 4（5）其他。1.2 总体设计方案1.2.1 方案论证与比较（1）恒定电流源模块方案方案一：采用开关电源的开关恒流源。其组成方框图如图1.2所示。图中 C1、 C2为滤波电容；K是开关器件； D是续流二极管； L是扼流圈； PWM是脉宽调制电路； KF是电流反馈电路； R0是电流取样电阻。在原理图电路上，通过精选元器件和采用合理的结构设计，可以使电路的分布参数得到有效控制。采用开关电源的开关恒流源主要特点是：振荡反馈电容小，阻抗大，反馈电流小。KK pP W M+ +C 1L RoIoC 2DUI N图 1.2 采用开关电源的开关
8、恒流源组成框图方案二：采用集成稳压器构成的开关恒流源。图1.3所示是是三端集成稳压器构成的开关恒流源。当设定电阻 R一定时，电路给负载 Ro提供一恒定电流当 RL发生变化时，由IC的输入输出压差进行自动补偿而使负载电流保持不变。I CC 1 C 2 RR oI oUI NU o图1.3 采用集成稳压器构成的开关恒流源原理框图2005 年大学生电子设计竞赛设计报告 五邑大学 陈崇辉 伍康敏 钟观宝第 5 页 共 21 页 5方案三：（2）控制器模块方案方案一：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
9、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AT89S52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AT89S52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，D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片 TLV561
