数控恒流源的设计与制作最终版
数控恒流源实验报告设计
数控恒流源实验报告设计摘要：本系统是以msp430单片机为控制器,由矩阵键盘、液晶显示器、D/A转换电路、恒流源电路、电流采样电路及直流稳压电源电路组成的数控恒流源实验电路。
该电流源具有输出电流稳定、可调范围输出电流与输入电压呈线性关系的特点。
系统基本工作原理为：键盘设定直流电源的输出电流，单片机通过D/A转换电路控制恒流源的输入电压，由于恒流源输入电压与负载电流的线性关系且负载电流只随输入电压变化而变化从而实现数控恒流的目的，另外单片机通过电流采样电路及A/D转换回检负载电流并通过液晶将采样电流值显示出来。
最后经实验验证，本系统输出电流稳定，不随负载变化而变化。
关键字：键盘、D/A、恒流源、采样电路、A/D一、方案论证与比较1.1直流稳压电源方案一：采用单极开关电源，由220V交流整理后，经开关电源稳压输出。
该方案的优点是电路效率高，但是此方案产生的直流纹波和干扰比较大，而且开关电源结构复杂。
方案二：采用交流电压经桥式电路整流滤波输出，直接进入稳压电路。
此方案的优点是电路简单、容易实现、方便调试，只是该方案功率损耗较大，但是在小型非连续工作系统中这些功耗可以承受。
综合考虑，选择方案二。
1.2恒流源模块方案一：由运算放大器、大功率场效应管、采样电阻、负载电阻等组成恒流源。
此方案既能满足输出电流达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性控制电流。
方案二：可通过由集成稳压器构成开关恒流源来构成恒流电路。
通过三端集成稳压器可构成开关稳压源。
当把电阻设为一定值时，当回路中负载发生变化时可有集成稳压器进行自动补偿从而使输出电流保持不变，但此电路带负载能力及调节精度存在一定难度。
综合考虑，本系统采用了方案一。
集成稳压器构成的开关恒流源电路图如下：二、系统设计2.1系统方案设计本系统以直流电流源为核心，msp430单片机为控制器，通过矩阵键盘来设置直流电源的输出电流，由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换模块输出模拟量，控制直流电流源的输入电压，随着输入电压的变化而输出不同的电流，设置步进等级可达1mA。
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 .................................................... 错误！未定义书签。
摘要 (2)Abstract (2)1 绪论 (3)1.1恒流源的意义及研究价值 (3)1.2恒流源的发展历程 (3)1.2.1 电真空器件恒流源的诞生 (3)1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类 (3)1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类 (3)1.3数控恒流源的研究现状和发展趋势 (4)2 系统设计 (5)2.1设计要求 (5)2.1.1 题目要求 (5)2.2 总体设计方案 (5)2.2.1 设计思路 (5)2.2.2 方案论证与比较 (5)2.2.3 系统组成 (8)3 单元电路设计 (8)3.1 单片机控制电路 (8)3.2 A/D接口电路 (9)3.3 D/A接口电路 (10)3.4 恒流源电路 (10)3.5 LCD显示电路 (11)3.6 系统电源电路 (12)4 软件设计 (13)4.1主程序 (13)4.2时基中断服务子程序 (14)4.3 A/D转换程序 (15)5 系统的抗干扰设计 (15)5.1 硬件抗干扰设计 (15)5.2 软件抗干扰设计 (15)6 系统测试 (16)6.1 数控恒流源实物图 (16)6.2 测试使用的仪器 (16)6.3 测试方法 (16)6.4 测试数据及结果分析 (16)7 结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (22)河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表................................................. 错误！未定义书签。
数控恒流源
目录、方案摘要二、作品完成功能三、系统方案论证四、硬件结构设计及实现五、软件结构设计及实现六、作品测试数据七、不足及今后改进方向八、附录总设计电路图摘要:本方案釆用AT 8 9S52单片机作为系统控制核心，实现数控恒流源方案。
设计采用大功率双极型三极管2 SC 3 997以及仪表放大器等构成闭环恒流源控制电路，配以8位 A / D, D/A芯片完成单片机对输出电流的实时检测与实时控制，实现了OmA~15 0 OmA 范围内步进20mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于1mA,达到了较高的稳定度。
人机接口釆用4 * 4键盘以及LCD1602液晶显示器，控制界面直观简洁，具有良好的人机交互性。
一作品完成功能1•输出电流范围:0mA"1500mA ；2.可设置并显示输出电流给定值，输出电流与给定值偏差的绝对值W给定值1 %+10 mA:3. 具有“ + ”、“一”步进调整功能，步进W20mA；4. 纹波电流W2mA；5. 自制电源二系统方案论证1. 系统总设计模块DA转换模块自制电源2. 方案论证本系统设计关键在于恒流源模块方案,关于恒流源模块方案电压控制的电流源模块,可采用的方案有以下三种：①功率集成运放，如OPA501、OPA54 1、PA 05等；②运放+晶体三极管放大；③可调集成稳压模块，如LM317o方案一：直接使用功率集成运放。
特点:使用容易、性能稳定可靠。
常用的功率集成运放一般能够输出土4OV, 10〜1 5A的功率，性能指标也较高，完全能够满足本题要求。
功率集成运放还可以双极性输出，但本题只需单极性输出，却需要为功率集成运放配置正负双电源。
方案二:利用三端可调直流稳圧集成芯片，通过调整其输出电圧來实现负载的恒流特性。
特点:直接利用稳压片提供所盡功率，只需要添加相应控制电路即可实现本题的大部分要求，但是,其电流调整率指标只能达到0. 5ko. 1 5%,不满足题目要求，方案三：采用“运放+功率三极管”的结构构成恒流源。
数控直流恒流源设计报告
数控直流恒流源设计报告本系统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，并可由液晶显示电流设定值和实际输出电流值。
本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器（tlv5618）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/电压转换后，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。
实际测试结果表明，本系统能有效应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域关键字压控恒流源智能化电源闭环控制设计任务与要求1.1设计任务设计并制作一个数控直流电流源。
输入的交流电压220～240V,50Hz；输出的直流电压≤10V。
其原理示意图1如下所示。
图1 设计任务示意图1.2技术指标基本要求：（1）要求电压输出范围：200～2000mA；（2）可设置并输出电流给定值，要求输出电流和给定电流的偏差的绝对值≤给定值的1%+10mA；（3）具有“+”、“-”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，要求输出电流的变化的绝对值≤ 输出电流的1%+10mA；（5）纹波电流≤ 2mA；（6）自制电源。
发挥部分：（1）输出电流范围为20~2000mA，步进为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或实测值），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≤ 输出电流的0.1%+1mA；（4）纹波电流≤0.2mA;（5）其他。
2．方案比较与论证2.1.1各种方案比较与选择方案一：采用中小规模集成电路构成的控制电路。
由三段可调式集成稳压器构成的恒流源。
数控直流恒流源的设计与制作
数控直流恒流源的设计与制作数控直流恒流源的设计与制作本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000mA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 系统原理及理论分析1.1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74LS138等器件。
1.2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Ａ/Ｄ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。
1.3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。
为了实现数控的目的，可以通过微处理器控制AD7543的模拟量输出，从而间接改变电流源的输出电流。
从理论上来说，通过控制AD7543的输出等级，可以达到1mA的输出精度。
但是本系统恒流源要求输出电流范围是20mA~2000mA，而当器件处于2000mA的工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管值下降，从而导致电流不能维持恒定。
为了克服大电流工作时电流的波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流的波动，此反馈回路采用数字形式反馈，通过微处理器的实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节。
经测试表明，采用常用的大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善。
电路反馈原理如下图所示。
2 总体方案论证与比较方案一：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。
数控直流恒流源设计方案与制作
数控直流恒流源地设计与制作本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000m/范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高地精度，输出电流误差范围土4mA,因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源地领域1系统原理及理论分析1.1单片机最小系统组成单片机系统是整个数控系统地核心部分，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74LS138等器件.b5E2RGbCAP1.2系统性能本系统地性能指标主要由两大关系所决定，设定值与A / D采样显示值（系统内部测量值）地关系.内部测量值与实际测量值地关系，而后者是所有仪表所存在地误差•1.3恒流原理数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中0UT1和OUT2是电流地输出端•为了实现数控地目地，可以通过微处理器控制AD7543地模拟量输出，从而间接改变电流源地输出电流•从理论上来说，通过控制AD7543地输出等级，可以达到1mA地输出精度.但是本系统恒流源要求输出电流范围是20mA~2000mA而当器件处于2000mA地工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管“值下降，从而导致电流不能维持恒定.为了克服大电流工作时电流地波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流地波动，此反馈回路采用数字形式反馈，通过微处理器地实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节.经测试表明，采用常用地大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善.电路反馈原理如下图所示.p1EanqFDPw2总体方案论证与比较方案一：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.本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统地扩展，对信号处理比较困难. 方案二：采用AT89S52单片机作为整机地控制单元，通过改变AD7543地输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管地基极电压发生变化，间接地改变输出电流地大小.为了能够使系统具备检测实际输出电流值地大小，可以将电流转换成电压，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地预置以及电流地步进控制,使系统硬件更加简洁,各类功能易于实现,能很好地满足题目地要求•本方案地基本原理如图 2 所示.DXDiTa9E3d3模块电路设计与比较3.1恒流源方案选择方案一：采用恒流二极管或者恒流三极管，精度比较高，但这种电路能实现地恒流范围很小，只能达到十几毫安，不能达到题目地要求• 方案二：采用四端可调恒流源，这种器件靠改变外围电阻元件参数，从而使电流达到可调地目地，这种器件能够达到1~2000毫安地输出电流.改变输出电流，通常有两种方法：一是通过手动调节来改变输出电流，这种方法不能满足题目地数控调节要求；二是通过数字电位器来改变需要地电阻参数，虽然可以达到数控地目地，但数字电位器地每一级步进电阻比较大，所以很难调节输出电流•方案三：压控恒流源，通过改变恒流源地外围电压，利用电压地大小来控制输出电流地大小•电压控制电路采用数控地方式，利用单片机送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到大功率三极管进行放大.单片机系统实时对输出电流进行监控，采用数字方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率管地输出电流恒定•当改变负载大小时，基本上不影响电流地输出，采用这样一个闭路环节使得系统一直在设定值维持电流恒定•该方案通过软件方法实现输出电流稳定，易于功能地实现，便于操作，故选择此方案•电路原理图如图3所示.3.2反馈闭环方案选择RTCrpUDGiT方案一：采样电阻丄「上地电压-■ ■亠一，可知输出电流与采样电阻存在近似线性关系，因此可以从检测电阻，［上电压地大小来直接增减反馈深度.5PCzVD7HxA方案二：从采样电阻丄上得到一个反馈电压，由于采样电阻阻值比较小，在该电阻上地压降相应也小，为了提高系统控制地灵敏度，采用一级运算放大器对采样电压进行放大，再送到ADC0809进行A/D转换•数据由单片机系统进行相应处理，为了达到1mA步进，选用12位串行D/A转换器件AD7543可以满足题目要求，而且该芯片是采用串行数据传送方式，硬件电路简单•同时反馈系统控制灵活，易于达到1mA地步进要求•3.3控制单元方案选择由于要实现人机对话，至少要有10个数字按键和两个步进按键，考虑到还要实现其它地功能键，选用16按键地键盘来完成整个系统控制•显示部分采用8位LED数码管，而且价格便宜，易于实现•考虑到单片机地I/O端口有限，为了充分优化系统，采用外部扩展一片8155来实现键盘接口与显示功能电路原理如图4所示.jLBHrnAlLg3他1•和6W CS O46 6 OI 3US3 WEBOUTIOUT2恥A-thMD553S x-fli■**j|1-1K-»U2ZK4?・■?hbl-fZSW2ADCMK-6.4DBS占CCXZ丽S<AS)LEI™RTI*)I cgcxWE建t珈£31压控恒流源电路原理亠孝兰兰土m 亠亠■一主亠亠亠uzr>UD4 k0i EW 图4键盘及显示电路3.4电源方案选择方案一：用开关稳压电源给整机供电，此方案能够完成本作品电流源地供电 ，但开关电源比较复杂，而且体积也比较大，制作不便，因而此方案难以实现• 方案二：单片机控制系统以及外围芯片供电采用 78系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波稳压.电流源部分由于要给外围测 试电路提供比较大地功率，因此必须采用大功率器件•考虑到该电流源输出电压在 10V 以内，最大输出电流不大于 2000mA ，由公式P=U*I 可以粗略估算电流源地功耗为20W.同时考虑到恒流源功率管部分地功耗 ，需要预留功率余量，因此供电电源要求能输出 30W 以上.为了尽量减少输出电流地纹波 ， 要求供电源要稳定，因此采用隔离电源，选用由LM338构成地高精度大电流稳压电源 •此方案输出电流精度高，能满足题目要求，而且简单实用，易于自制，故选用方案二•稳压电源原理如图5所示.3.5过压报警功能设计 为了使本数控直流电流源进一步智能化 ，考虑到要求输出电压不大于 10V ，因此系统测试部分设计了一个过压报警电路，用于对电压地实时监测 一旦有过压现象，控制器响应后会发出报警控制信号 •电路原理参见图3.4软件设计 根据实际地硬件电路，为了有效地减小纹波电流，用软件方法实现去峰值数值滤波，以减小环境参数对输出控制量地影响.软件设计主程序流程图和闭环比较子程序流程图；电流设置子程序流程图；键盘中断子程 序流程图；显示中断子程序流程图 .分别如下图所示. 根据本系统地实际要求软件设计可分为以下几个功能模块：4.1主程序模块MAIN:流程图如图6 所示.主程序负责与各子程序模块地接口和检查键盘功能号4.2闭环比较子程序模块 BIHUAN 流程图如图7所示.通过调用闭环比较子程序得出实际值与设定值地差值 ，如果是实际值大于设定值则将原来 地D / A 地入口数值减去这个差值再送去D/A 转换，如果是实际值小于设定值则把原来地D / A 地入口数值加上这个差值再送去转换 .如果输出值与设 定值仍然不一致，再将差值和设定值相加送 D/A 转换，以逐步逼近地形式使实际值和设定值相一致后通过 LED 把稳定地实际值显示出来.而逐步逼近.这也是结构化程序地要点（合理设置程序地顺序结构）通过键盘设置电流地大小，因为本系统最大输出电流是 2000m A ,所以该子程序兼有电流设 本系统采用外部中断1来实现实时扫描，使程序及时响应按键请求而无需顾虑其它程序无法考虑定时刷新显示，使得该显示子程序简单灵活，适用性广 .因此对本系统进行了全面地测试 ，分别为输出电流测试、步进电流测试、工作时间测试、负载阻值变化测试、纹波电流测试 .本系统测试采用地仪表如下：当测试系统电流分别 0〜200mA 和200mA ~2000mA 时，分别采用数字表DT 9801地200mA 档和10A 档.测试电压采用数字表XB-9208B 地2V 档和20V 档.测试纹波电流采用低频毫伏表DA — 16D 来测试纹波电压，但当测量值 与对应量程相差较大时，会有一定地误差.XHAQX74J0X 过程中地实际值不送显示因此减少了实际显示值地不稳定4.3电流设置子程序模块 SETUP 流程图如图8所示. 置合法性，也就是说设置电流不能大于 2000m A . 4.4键盘中断子程序模块 KEYSCAN 流程图如图9所示. 模块运行情况. 4.5显示中断子程序模块 LED:流程图如图10所示. 本系统采用定时中断 0来实现逐位动态显示,每位显示间隔固定为 2ms,使LED 输示非常稳定 5数据测试及分析数据测试是反映系统性能地重要指标比较以上两种方案地优缺点图2系统原理框图 ,方案二简洁、灵活、可扩展性好 能达到题目地设计要求，因此采用方案二来实现.LDAYtRyKfE03L M?4iO S9寻f-itOV=J二上』启血二5如加LM7SG5l\3 30fiu5稳压电源原理图9键盘中新子程序流程图版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article in eludes some parts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is pers onalOWn ership. rqynMZNXI用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬.EmxvxOtOcoUsers may use the contents or services of this article for pers onal study, research orappreciation, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the sametime, they shall abide by the provisi ons of copyright law and other releva nt laws, and shall not infringe upon the legitimate rights of this website and its releva nt obligees. In additi on, whe n any content or service of this article is used for other purposes, written permission and remuneration shall be obtained from thepers on concerned and the releva nt obligee. sixE2yxpq5转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用，不得对本文内容原意进行曲解、修改，并自负版权等法律责任.6ewMyirQFLReproducti on or quotati on of the content of this article must be reas on able and good-faithcitatio n for the use of n ews or in formative public free in formati on. It shall not misi nterpret ormodify the orig inal inten ti on of the content of this article, and shall bear legal liability suchas copyright. kavu42VRus。
数控恒流源的设计与制作毕业论文
编号题目：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 ........................................................................................ 河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 ........................................................................................ 摘要 .................................................................................................................................................. Abstract..............................................................................................................................................1 绪论...............................................................................................................................................1.1恒流源的意义及研究价值....................................................................................................................1.2恒流源的发展历程................................................................................................................................1.2.1 电真空器件恒流源的诞生......................................................................................................1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类..................................................................................................1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类..............................................................................................1.3数控恒流源的研究现状和发展趋势....................................................................................................2 系统设计 .........................................................................................................................................2.1设计要求............................................................................................. 错误!未定义书签。
数控恒流源的设计与实现
数控恒流源的设计与实现熊 建 (成都电子机械高等专科学校 四川 成都 610031)摘 要:恒流源在实际工程中是一种用途广泛的检测设备。
本设计基于AT89s51作为核心控制模块,通过D/A变换实现输出电流可调,采用精密运算放大器和达林顿管进行扩流,设计出了能精确输出20mA～2000mA数控可调直流恒流源。
关键词:AT89s51 恒流源 D/AAbstract:Const current s ource is a widely used detecti on facilities in engineering.This design is based AT89s51cli p as the core of contr ol,using D/A conversi on t o perfor m the trans2 fer of the out put current,adop ting p recise operati onal a mp lifier and Darlingt on transist or t o a m2 p lify the current.A t last W e designed the digital contr olled const current s ource with p recise out put fr om20mA t o2000mA.Key words:AT89s51 const s ource D/A中图分类号:T N710 恒流源是模拟系统中广泛使用的一种单元电路或测试平台,在实际工程中也有广泛的用途,是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备。
本文主要介绍了数控恒流源的硬件电路和软件设计,同时给出了系统测试结果,实现了在20mA～2000mA的电流范围内,电流恒定为1mA 的准确度。
1 硬件电路设计本系统的硬件部分主要包括三大部分:DA 和AD转换电路、恒流源电路和键盘电路。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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AbstractThis 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 conversion1 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。
集成电路恒流恒流源电路中，集成电路恒流源的性能堪称最佳。
1.3数控恒流源的研究现状和发展趋势现状：在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品。
目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。
但是我国电源产业与发达国家相比，还有着很大的差距和不足：在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年，尤其在实现直流恒流源的智能化、网络化方面的研究不是很多。
目前国内在这两方面研究多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件（PSD）来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，还有很大的差距。
目前，全国电源及其配件的生产销售企业有1000家以上，产值有300-400亿元，但国内企业（著名的如北京大华、江苏绿扬等）销售的数控稳压电源大多是代理日本和台湾的产品，国内产家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。
总体来说，国内直流恒流源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。
发展趋势：目前，电力系统的后备电源、分布式电源系统以及通讯系统的后备电源等应用场合，均采用大容量的蓄电池作为蓄能元件。
然而，在蓄电池的使用中需要一个双向DC/DC变换器来进行直流功率的变换。
一旦电网系统发生故障，蓄电池通过DC/DC变换器直接接入直流母线，给后端的用电设备提供能量。
当电网正常工作时，直流母线通过DC/DC 变换器将电能储存在蓄电池中，而当蓄电池作为通讯系统的后备电源时，由于后端的用电设备多以低压大电流工作，因此要求蓄电池能够提供一个大而稳定的工作电流。
另外，对蓄电池充电时，也必须进行恒流控制，因此在双向DC/DC变换器中恒流控制的好坏直接影响用电设备和蓄电池的使用寿命，随着数字信号处理器（DSP）技术的成熟，越来越多的功率电路采用了数字式控制，与模拟控制相比，数字控制具有性价比高、性能稳定等优点。
另外，通过对控制软件的编程，可以很方便的实现电路功能。
针对蓄电池等储能元件在使用过程中功率双向变换的问题，在目前已有的非隔离型双向拓扑基础上，提出了一种改进型双向电路拓扑。
该拓扑不仅实现了双向电路的恒流控制，而且解决了双向拓扑中对不同大小电流的采样问题。
通过对DSP软件的编程，还可以实现对电路的恒流、恒压以及恒功率等控制功能。
拓扑不仅实现了蓄电池功率变换的要求，同时对放电电流和充电电流进行了恒流控制。
蓄电池放电时采用降压型电路拓扑，可使负载端电流迅速增大，有很快的动态响应，从而满足低压大电流用电设备的要求。
同时，在对蓄电池进行恒流充电时，通过软件编程，实现蓄电池的浮充功能，从而延长蓄电池的使用寿命。
另外，提出了对双向恒流源电路的全数字控制方案。
随着电子技术的发展，恒流源已经广泛的应用在各个领域。
目前市面上较成熟的恒流源输出要么在mA量级要么在百安培量级，不能满足所有输出段位的要求。
许多输出电流不是很大、要求稳定度和输出精度较高的恒流源还是由使用者自行研制的。
恒流源在现代工农业及科研生产的应用中正朝着体积小、精度高、稳定性好、使用灵活的方向发展。
基于功率运算放大器的恒流源在理论上具有体积小、精度高、稳定性好、可扩展等优点，输出电流范围在安培量级适用于小型电动机、线圈等的驱动。