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1、毕 业 设 计 (论 文) 专 业 电子信息工程 班 级 学生姓名 学 号 课 题 直流数控恒流源设计 系统总体方案设计及监控程序 指导教师 2011 年 6 月 8 日 / 文档可自由编辑打印摘要本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器AD5320输出模拟量，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MAX1241，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，这样构成稳定的压控电流源。关键词：压控恒流源； AT89S52； 数控电源；
2、 AbstractIn the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC AD5320, 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 curr
3、ent source can be monitored by the SCM system real-timely, its work process is that output current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by ADC MAX1241, finally the digital value as a feedback loop is processed by SCM so that output current is more stable, so a st
4、able voltage-controlled constant current power is designed.KeyWords：voltage-controlled constant current source；AT89S52；Numerical controlled source；目录摘要IAbstractII引言1第一章 概述21.1 设计要求21.2 理论分析21.3 系统介绍3第二章 硬件设计42.1 电源模块42.1.1 电源设计42.2 恒流源模块52.3 单片机模块62.3.1 AT89S52芯片介绍62.3.2 AT89S52 硬件电路设计92.4 键盘模块102.4
5、.1 MM74C922102.4.2 键盘电路102.5 显示模块112.5.1 1602LCD显示112.5.2 LCD显示硬件电路122.6 A/D模块132.6.1 芯片MAX1241132.6.2 A/D模块电路142.7 D/A模块142.8 存储模块152.8.1 C总线152.8.2 芯片24C02C152.8.3 存储模块电路16第三章 软件设计173.1 编程语言描述173.2 系统软件的功能模块173.2.1 主程序设计173.2.2 中断程序设计18第四章 软件仿真及硬件调试214.1 Proteus214.2 软件仿真214.3 硬件调试224.3.1 单片机最小系统调
6、试224.3.2 键盘及液晶显示调试224.3.3 数模转换与功放电路调试224.3.4 模数转换电路调试234.3.5 存储器电路调试23第五章 设计总结24致谢25参考文献26附录A原理图27附录B硬件实物28附录C系统程序29附录D英文翻译原文39附录E英文翻译译文43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。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
7、影响整个系统的精确度。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
8、开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。数字化智能电源是针对传统电源的不足设计的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化。第一章 概述1.1 设计要求（1）输出电流范围：20mA2000mA；（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值
9、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5V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。1.2 理论分析首先，在数控方面采用单片机比CPLD和FPGA等可编程逻辑器件好，因为此处只是一般用途的控制，没有必要选用价格昂贵的CPLD和FPGA，而且他们用在此处并不合适，控制起来显得很麻烦。而单片机则不同，他有着非常成熟的技术，这方面的参考文献也很多，而且他从来就是用于控制方面的，在这方面有着天生的优势。还有他价格也不贵，仅几元人民币。对于这样的应用系统比较划得来
10、。其次在恒流源方面，我们方案也很好。从理论上看，运放是接成比较器的，作为模拟反馈的，这样在只要运放的输入不变，那么三极管的是不变的，根据三极管的共射极输入特性可知，不变时，和也保持不变，而且，。当比较大时。当运放的输入改变时，也改变了值，这样也就改变了和的值，而且这个变化基本也是呈线性的。这也就是本系统的恒流原理。由于器件受温度的影响以及局部非线性的存在，这样的恒流源不能做到真正的恒流，因此，当外界条件发生变化时，我们要及时给予补偿，只有这样才能做到真正的恒流。这也就是为什么要加入模数转换器的真正原因，他能实时测量电流的变化并按照一定的算法及时给予补偿，采用数字补偿逐次逼近的方式作为反馈调整环
11、节，由程序控制调节功率管的输出。当改变负载大小时，基本上不影响电流的输出。模数转换器还起到测量的作用，同时送显示让我们知道实际的电流输出值。1.3 系统介绍本系统以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，并可由液晶模块显示实际输出电流值和电流设定值。首先，采用单片稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元器件实现稳流。为实现对输出电流控制：一方面，通过 D/A转换器（AD5320）输出实现电流的预置，再经过运算放大器控制晶体管的输出电流。另一方面，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(MAX1241)芯
12、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。此外，系统还增加了存储设备，能够保存掉电前的数据，使系统更加方便使用。系统原理框图如下图1：图1 系统原理框图第二章 硬件设计2.1 电源模块 本设计共用到电源有四种：即12V、+5V、负载电源。可选用的有开关电源和稳压电源两种，由于开关电源的纹波系数比较大。因此采用常用的稳压电源来作为整个系统的电源。稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图2所示：图2 电源方框及波形图整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作
13、用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。再通过稳压电路得到平直的直流电压U5。2.1.1 电源设计因此该电源按常规设计，即用降压变压器把220V市电变成较低的交流电，再通过整流桥将交流变为直流，并上电容滤波再接入78X和79X系列稳压块稳压，从而得到5V，12V的电压源。其中5V电源采用半波整流，以减小7805的输入电压。从而使得稳压快的功耗降低，发热量减小，保证电路的长时间工作。电路原理图分别如图3和图4所示：图3 +5V电源图4 12V电源负载电源输出电压为1.237V可调，稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、保护电路和稳压电路组成。其电路原理图如图5所示
14、：图5 负载电源2.2 恒流源模块用“运放+大功率三极管”的结构构成恒流源。大功率三极管选用TIP122型号，它是应用范围广、功率小、频率低的达林顿， NPN极性型，特征频率:1000（MHz），集电极允许电流:8（A），集电极最大允许耗散功率:48（W）。其性能满足本设计要求，同时可以通过功率管的不同容量来满足不同的应用要求。采用常用的大功率电阻作为采样电阻，输出电流波动比较大，而康锰铜丝是一种温度特性佳的阻性元件，选其作为取样电阻，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。其原理如图6所示： 图6 恒流电路 2.3 单片机模块2.3.1 AT89S52芯片介绍单片机是大规模集成电路结束发展的产物，常见的单片机有8051系列的单片机、8096系列的单片机、PIC系列、AVR系列、SPCE061A的凌阳单片机。他将中央处理器(CPU)、存储器（ROM/RAM）、输入输出接口、定时器/记数器等主要计算机部件集成在一片芯片上，因此单片机被称
