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)

河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 (34)

河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 (35)

河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明

本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者签名：

二O一三年六月八日

数控恒流源设计

摘要

本文论述了以AT89C52单片机为控制核心，实现数控直流电流源功能的方案。设计采用MOSFET和精密运算放大器构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及8位D/A、A/D 转换器，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，实现了0mA～2000mA范围内步进小于10mA恒定电流输出的功能，具有较高的精度与稳定性。人机接口采用步进按钮及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。

关键词：数控电流源；模数转换；数模转换；采样电阻

Abstract

This paper based on AT89C52 microcontroller,regard the AT89C52 microcontroller as the control core,NC DC current source function scheme. The design using MOSFET and precision operational amplifier constitute the main body of constant current source with high precision, sampling resistance and 8 bits D/A, A/D converter. the real-time detection of the output current of the MCU and real-time control, realizes the 0mA ~ 2000mA range step less than 10mA constant current output function, precision and has high stability. Man-machine interface using the step button and LCD liquid crystal display, intuitive control interface, concise, has good performance of human-computer interaction.

Keywords: numerical controlled current source ；analog-to-digital conversion ；the sampling resistor ；digital-to-analog conversion

1 绪论

1.1恒流源的意义及研究价值

本课题主要研究的是基于单片机的数控直流恒流源的设计，恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源，因此恒流源的应用范围非常广泛，并且在许多情况下是必不可少的。例如在用通常的冲电器对蓄电池冲电时，随着蓄电池端电压的逐渐升高，冲电电流就会相应减少。为了保证恒流冲电，必须随时提高冲电器的输出电压，但采用的恒流源冲电后就可以不必调整其输出电压，从而使劳动强度降低，生产效率得到了提高。恒流源还被广泛用于测量电路中，例如电阻器阻值的测量和分级，电缆电阻的测量等，且电流越稳定，测量就越准确。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点，又可以作为其有源负载，以提高放大倍数，并且在差动放大电路、脉冲生产电路中得到了广泛应用。

除此之外，线性扫描锯齿波的获得，有线通信远供电源，电泳、电解、电镀等化学加工装置电源，电子束加工机、离子注入机等电子光学设备中的供电电源也都必须应用恒流源。

1.2 恒流源的发展历程

1.2.1 电真空器件恒流源的诞生

世界上最早的恒流源，大约出现在20世纪50年代早期。当时采用的电真空器件是镇流管，由于镇流管有稳定电流的功能，所以多用于交流电路，常被用来稳定电子管的灯丝电流。

电子管通常不能单独作为横流器件，但可用它来构成各种恒流电路。由于电子管是高压小电流器件，因此用简单的晶体管电路难于获得高压小电流恒流源，用电子管电路却容易实现，并且性能相当好。

1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类

进入60年代，随着半导体技术的发展，设计和制造出了各种类型性能优越的晶体管恒流源，并在实际中获得了广泛应用。

晶体管恒流源电路可封装在同一外壳内，成为一个具有恒流功能的独立器件，用它可构成直流调整型恒流源。用晶体管作调整元件的各种开环和闭环的恒流源，在许多电子电路中得到了应用。但晶体管恒流源的电流稳定度一般不会太高，很难达到0.01%min,且最大输出电流也不过几安培，它适用于那些对稳定度要求不太高的场合。

1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类

到了70年代，半导体集成技术的发展使得恒流源的研制进入了一个新的阶段。长期以来采用分立元件组装的各种恒流源，现在可以集成在一片很小的硅片上。集成电路恒流