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1、数控恒流源的设计 西安航空职业技术学院毕业设计（论文）论文题目： 数控恒流源的设计 所属系部：电子工程系指导教师： 职 称：高级工程师学生姓名： 学 号： 专 业：电子信息工程技术 西安航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书题 目：数控恒流源的设计任务与要求：（1）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，并可由数码管显示实际输出的电流值和电流设定值。（2）系统输出电流稳定，并具有很高的精度，输出电流误差范围5mA，输出电流可在20mA-2000mA范围内任意设定。时 间： 2010年10月22日至 2010年11月22日 共 4周所属系部：电子工程系学生姓名： 学 号： 专
2、业：电子信息工程技术指导单位或教研室：指导教师： 职 称：高级工程师 目录1总体方案论证51.1系统原理52 系统原理及理论分析62.1单片机最小系统组成62.2系统性能62.3恒流原理73各部分选择方安93.1恒流源方案选择93.2过压报警功能设计103.3反馈闭环方案选择103.4控制单元方案选择1135电源方案选择114 软件设计124.1 软件设计流程124.2电流设置子程序模块SETUP134.3键盘中断子程序模块KEYSCAN144.4显示中断子程序模块LED155软硬件结合调试步骤155.1电路测试155.2通过键盘功能设置输出电流值166数据测试及分析166.1电流源测试结果1
3、66.2纹波电流测试177结束语198.参考文献19摘 要本文主要阐述了：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（AD7543）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。实际
4、测试结果表明，本系统输出电流稳定，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5mA，输出电流可在20mA2000mA范围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。关键词：压控恒流源；智能化电源；闭环控制 The Digital Controlled Direct Current SourceAbstract: For the system that DC source is center and 89S52 version single chip microcomputer (SCM) is main controller, output current of
5、 DC power can be set by a keyboard which step level of 1mA can be available, while the real output current and set value can be displayed by LED. In the system, the digital programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD7543), then the analog value that is isolated and amplified
6、 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 SCM system real-timely, its work process is that
7、 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 SCM so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is designed. The test results have showed th
8、at the system can output a stable current, which has no influence with load and environment temperature, and can output a precise current of 5mA error with a width, which can be set liberally in 20mA2000mA, so it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low pow
9、er. Keywords: voltage-controlled constant current source ; intelligent power ; closed loop control 前言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，设备和外围条件越优越，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
10、刚刚起步且有待发展，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需求，研制出一种基于单片机的高性能的数控直流恒流源。本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输 出电流可在20mA2000mA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总体方案论证1.1系统原理采用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
11、，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。 图2 系统原理框图图1 电流输出反馈电路原理2 系统原理及理论分析2.1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74LS
12、138等器件。2.2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/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。在没有采用数字闭环之前，设定值与内部测量值的关系只能通过反复测量来得出它们的关系（要送多大的数才能使/输出与设定电流值相对应的电压值），再通 过单片机乘除法再实现这个关系，基本实现设定值与内部测量值相一致。但由于周围环境等因素的影响，使设定值与内部测量值的关系改变，使得设定值与内部测量 值不一致，有时会相差上百毫安，只能重新测量设定值与/采样显示值的关系改变/入口数值的大小才能重新达到设定值与内部测量值相一致，也就是说还 不
13、稳定。在采用数字闭环后。通过比较设定值与/采样显示值，得出它们的差值，再调整/的入口数值，从而使/采样显示值逐步逼近设定值最终达到一致。而 我们无须关心/入口数值的大小，从而省去了原程序中双字节乘除的部分，使程序简单而不受周围环境等因素的影响。内部测量值与实际测量值的误差是由于取样电阻与负载电阻和晶体管的放大倍数受温度的影响和测量仪表的误差所造成的，为了减少这种误差，一定要选用温度系数低的电阻来作采样电阻，因此本系统选用锰铜电阻丝来做采样电阻。2.3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。电流的输出级别可这样计算 DX= 式中：DX是控制级数
14、 电压由集成运算放大器U8A的1脚输出，根据T型电阻网络型的D/A转换关系可知，存在如下通式：（1） 式中： 输出电压(V)；参考电压(V)；R T网络电阻( )； 外接反馈电阻( )。 电流放大电路存在如下关系：（2） （3）式中：Ib基极电流（mA）；Ui输入电压（V）；IL负载电流（mA）。 由式（1）、（2）可得到： （4） 由于电路中的放大系数值远大于1，而与保持恒定，所以可推出负载电流与输入电压存在如下关系： （5） 由式(5) 、（1）可得到: （6） 其中，k为比例系数。 式（6）可知，负载电流 不随外部负载 的变化而改变。当 保持不变时(即AD7543的输入数字量保持不变)，输出电流 维 持不变，能够达到恒流的目的。为了实现数控的目的，可以通过微处理器控制AD
