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1、西北第二民族学院学士学位论文论文题目: 数控直流恒流源的设计 院(部)名 称: 电气信息工程学院 学 生 姓 名: 专 业: 信息工程 学 号: 指导教师姓名: 论文提交时间: 论文答辩时间: 学位授予时间: 西北第二民族学院教务处制摘 要直流恒流源是提供稳定直流电流的电源装置，是科学实验和设备调试中的一种必备设备。本文介绍了采用AT89C51单片机为主控制器，通过键盘来设置直流恒流源的输出电流，并由数码管显示电流设定值的数控直流恒流源。本系统由单片机程控设定数字信号经过D/A转换器输出模拟量，再经过V/I转换电路的转换输出不同的电流。输出电流范围为10100mA，电流设置步进为1mA，输出电
2、流调整率2%。本文主要分析了数控直流恒流源系统的设计需求，阐述了数控直流恒流源的软硬件的设计原则，介绍了数控直流恒流源各模块电路的功能及设计思路，完成了数控直流恒流源系统的全部设计，给出了完整的电路图和程序。本文设计的重点是单片机主控系统和D/A转换电路，设计的难点是高线性、高稳定度的电压/电流转换电路（V/I转换电路）。测试结果表明，本系统能满足需要高稳定度的小功率直流恒流源领域的应用要求。关键词 数控 恒流源 V/I转换ABSTRACTNumerical control DC constant current source is to provide a stable DC power d
3、evices, and equipment for scientific experiments debugging necessary equipment. This paper instructed the numerical control DC constant current source which makes use of the AT89C51 version single chip microcontroller is the main controller in this system, while the set value and the real output cur
4、rent can be displayed by LED. In this system, the digitally programmable signal from Single Chip Micro controller is converted to analog value by D/A converter, and then transited by voltage/current converter circuit, so adjustable output different current. Output current range of 10100mA, current s
5、et of 1mA step, the output current adjustment rate of less than 2%.This paper analyzes the numerical control DC constant current source system design needs, expounded numerical-controlled DC constant current source of the hardware and software design principles, instructed the numerical-controlled D
6、C constant current source circuit of the module function and design ideas, completed the numerical-controlled DC current source of all design, and the circuit is complete and procedures. This paper focuses on the design of the control system microcontroller and D/A Conversion Circuit, The difficulty
7、 in the design of high linearity, high stability of the voltage/current converter circuit (V/I Conversion Circuit). The test results have showed that it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low power.KEY WORDS numerical control constant current source V/I c
8、onvert目 录前 言1第1章系统总体设计21.1系统设计任务与要求21.1.1系统设计任务21.1.2系统设计要求21.2重点研究内容与实现方法21.2.1重点研究内容21.2.2实现途径及方法31.3系统总体方案设计31.3.1主控模块31.3.2键盘与显示模块41.3.3恒流源模块41.3.4存储器扩展模块41.3.5电源模块51.3.6系统原理框图5第2章系统硬件各功能模块的设计62.1主控模块的设计62.1.1AT89C51单片机简介62.1.2D/A转换电路的设计72.1.3恒流源电路的设计92.1.4数据存储器的扩展102.1.5系统资源分配112.2人机接口的设计122.2.
9、1键盘的设计122.2.2显示电路的设计142.3系统抗干扰设计152.3.1看门狗电路的设计152.3.2电源供电系统的设计162.3.3基准电压的设计17第3章控制软件的设计193.1主程序的设计193.1.1读写EEPROM子程序的设计193.1.2键盘处理子程序的设计203.1.3D/A转换子程序的设计203.2键盘中断服务程序的设计213.3显示中断服务程序的设计213.1.1正常显示程序模块213.1.2闪烁显示程序模块21第4章系统调试284.1硬件仿真调试284.2软件的调试314.3数据测试及误差分析35第5章结论41致 谢42参考文献43附录1：电路原理图44附录2：源程序
10、48附录3：英文原文62附录4：中文译文69II西北第二民族学院学士学位论文数控直流恒流源的设计前 言直流恒流源是提供稳定直流电流的电源装置，是科学实验和设备调试中的一种必备设备。所谓恒流源，是指对应于一定的负载变化其所产生的电流变化趋于零。它能在外部电路的阻抗特性发生变化时，仍输出恒定的电流，具有很高的动态输出电阻。目前使用的直流恒流源大部分都是利用分立器件组成，其体积大，效率低，可靠性差，操作使用不方便，自我保护功能不够完善，故障率较高。随着电子技术的发展和数字电路应用领域的扩展，现今社会产品智能化、数字化已成为其发展的趋势。数控直流恒流源作为测试/调试仪器在生产实际中有着广泛的用途，如：
11、工业上的电控调节阀，其阀门开度受输入的控制电流大小控制，对于型表来说这个电流是010mA，对于型表来说这个电流是420mA。恒流源成为这些设备调试的必备工装。在科学实验、电磁学测量、传感器供电等领域都需要恒流源提供稳定的标准电流。以单片机系统为核心而设计的新一代数控直流恒流源不但电路简单、结构紧凑、价格低廉，而且单片机具有计算和控制能力，可对各种采样数据进行处理，控制其输出电路，从而可减少或排除由于干扰信号引起的输出电流波动，提高输出电流的稳定性。目前国内一般使用的恒流电流源往往是固定的一种电流值,或只能设定有限数值的电流值，普遍存在着调节范围小、热稳定性差等缺点。本设计结合单片机的控制技术、
12、D/A转换技术和集成电路技术，设计一种数控的直流恒流源。它利用单片机作为核心控制器，通过键盘设置所需要的电流值。电流值取值精度高，使用方便灵活，它可以提供10100mA 的恒流输出，并具有1mA的步进电流调整功能，在0100负载下输出电流调整率2。基于单片机的数控直流恒流源在科研和生产实际中应用前景广阔，可作为实验仪器或生产的必备工装在各种需要的场合推广使用。第1章 系统总体设计1.1 系统设计任务与要求1.1.1 系统设计任务该数控直流恒流源采用51系列单片机为主控芯片，通过D/A转换实现对输出电流的控制。主要技术指标：输出电流直流10100mA可调整（0100负载下，以1mA为步进单位）；
13、在0100负载下输出电流调整率2。该恒流源由单片机系统、D/A转换器、受控恒流源、键盘与显示电路、看门狗电路和电源电路等构成。1.1.2 系统设计要求根据设计任务，详细分析数控直流恒流源的设计需求，并进行软硬件的总体设计。在完成总体设计后，进行硬件功能模块的设计，利用电子CAD软件完成数控直流恒流源全部电路的设计工作，同时进行控制软件的流程设计及编制工作。利用Keil51软件完成数控直流恒流源全部控制软件的仿真调试工作。利用Proteus软件完成大部分功能模块的电路仿真。1.2 重点研究内容与实现方法1.2.1 重点研究内容本设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括单片机主控系统、D/A转
14、换器、受控恒流源、键盘与显示电路、看门狗电路和电源电路等，其中硬件设计重点是单片机主控系统和D/A转换器，设计难点包括高线性、高稳定度的电压/电流转换电路（V/I转换电路）。软件设计主要包括主控程序和中断服务程序。主要完成系统初始化、键盘扫描、数据处理、电流值显示、输出电流控制和看门狗电路控制等工作，同时还应考虑如何实现断电后保存最后一次设定的电流值的问题。1.2.2 实现途径及方法本系统主要通过资料查找、系统需求分析、系统总体设计，软硬件总体设计、详细的软件与硬件设计、系统仿真与调试、资料整理等步骤来完成。本系统利用Protel软件完成硬件电路设计工作，利用Keil51软件完成系统控制软件的编译调试工作，通过Proteus软件完成所有功能模块的电路仿真。1.3 系统总体方案设计按照系统设计要求，在保证实现的基础上，要尽可能降低系统成本。整个系统从功能上划分为5个模块，并分别对每个模块进行方案论证比较。1.3.1 主控模块方案一：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。本方案不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案二：采用MCS-51单片机作为整机的控制单元，通过改变D/A的输入数字量来改变其输出电压
