直流可调恒流源设计
可调恒流源设计
设计要求；设计一可调恒流源电路，输出电流范围2mA～20mA,最小刻度0.5mA,波动小于0.1 mA可调恒流源设计摘要本系统以直流电流源为核心，MC34063为主控制器，通过电位器来设置直流电源的输出电流，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（AD0804）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。
关键字:MC34063，恒流源，单片机，A/DAdjustable constant current source designAbstractIn this system the DC source is center and MC34063 is main controller, output current of DC power can be set by a potentiometer which step level reaches 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LED. In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD0804), then the analog value which is isolated and amplified 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 system real-timely, its work process is that 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 so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is designed..Key wards:MC34063, constant current source, single chip microcomputer, A/D目录1 引言.................................................................................................................................... - 3 -1.1研究目的和意义...................................................................................................... - 3 -1.2国内外发展状况...................................................................................................... - 3 -1.2.1国外发展现状............................................................................................... - 4 -1.2.2国内发展现状............................................................................................... - 4 -1.3 本文欲采取的研究方法......................................................................................... - 5 -2 设计方案............................................................................................................................ - 5 -2.1 总体方案................................................................................................................. - 6 -2.2 MC34063恒流源系统.............................................................................................. - 7 -2.3 电流显示系统......................................................................................................... - 8 -2.3.1 单片机STC10F08XE..................................................................................... - 9 -2.3.2单片机晶振部分.................................................................................................. - 10 -2.3.3 单片机复位部分........................................................................................ - 11 -2.3.4 数码管显示部分........................................................................................ - 12 -2.3.5 电流采样处理部分.................................................................................... - 13 -2.4 整体电路............................................................................................................... - 13 -2.5 系统PCB图.................................................................................................................. - 14 -3 硬件介绍.......................................................................................................................... - 14 -3.1 MC34063恒流源系统............................................................................................ - 14 -3.1.1 MC34063介绍............................................................................................. - 15 -3.2 电流显示系统....................................................................................................... - 16 -3.2.1 单片机STC10F08XE................................................................................... - 17 -3.2.2 模数转换介绍............................................................................................ - 19 -3.2.3 显示部分.................................................................................................... - 21 -4 软件设计.......................................................................................................................... - 21 -4.1 单片机选择........................................................................................................... - 22 -4.2 编程软件介绍....................................................................................................... - 22 -4.3 系统软件流程....................................................................................................... - 22 -4.4 单片机程序........................................................................................................... - 23 -5 实物说明及实验部分...................................................................................................... - 29 -5.1 实物说明............................................................................................................... - 29 -5.2 误差计算............................................................................................................... - 29 -5.3 实验部分............................................................................................................... - 30 -5.3.1 第一组实验................................................................................................ - 30 -5.3.2 第二组实验................................................................................................ - 33 - 总结.................................................................................................................................. - 35 - 参考文献.............................................................................................................................. - 36 - 致谢.................................................................................................................................. - 38 -1 引言恒流源又叫电流源、稳流源，理想的恒流源具有以下特点：不因负载(输出电压)变化而改变；不因环境温度变化而改变；内阻为无限大。
直流恒流源电路的原理
直流恒流源电路的原理《直流恒流源电路的原理》1. 引言嘿，你有没有想过，那些需要稳定电流的设备，比如LED灯，是怎么确保电流一直稳定不变的呢？今天呀，咱们就来扒一扒直流恒流源电路的原理，从基础概念到实际应用，从常见问题到未来发展，全方位地把这个原理搞个明明白白。
这篇文章呢，就像是一场探索之旅，我们会先了解它的基础理论，再看看它是怎么工作的，还会讲讲它在生活和高端技术中的应用，以及大家可能会有的一些误解，最后再给大家补充点有趣的相关知识，一起展望下未来。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景直流恒流源电路，说白了，就是一个能输出恒定电流的电路。
这背后的理论基础就和欧姆定律有关啦。
欧姆定律大家应该都有点印象吧，就是I = V / R（电流等于电压除以电阻）。
在直流电路里，要想让电流恒定，那就得在电压或者电阻上做文章。
直流恒流源电路的发展历程也是挺有趣的，早期人们为了给一些对电流要求比较稳定的设备供电，就开始琢磨怎么做出这种恒流的电路，慢慢地经过不断改进和技术发展，就有了现在各种各样的直流恒流源电路。
它的核心概念呢，就是不管负载怎么变化，电路输出的电流始终保持不变。
比如说，就像一个水龙头，不管你接水的桶大小（类比负载）怎么变，水的流量（类比电流）总是固定不变的。
2.2运行机制与过程分析那它是怎么做到这一点的呢？这里面就涉及到几个关键的部分。
首先有一个基准电压源，这个就像是一个标准的高度标杆。
然后有一个电流检测电阻，它的作用就像是一个小侦察兵，时刻检测着电路中的电流大小。
还有一个放大器，这个放大器就像是一个大力士，当检测到的电流和基准电压源设定的电流有偏差的时候，放大器就会放大这个偏差信号。
举个例子吧，假如基准电压源设定的电流是1A，检测电阻发现电流变成了0.9A，这个偏差信号就被放大器放大。
然后呢，这个放大后的信号会去调整电路中的一个调整管，这个调整管就像是一个阀门。
如果电流小了，调整管就会让更多的电流通过，就像把阀门开大一点；如果电流大了，调整管就会减少电流通过，就像把阀门关小一点。
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. 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可调恒流源设计
2、实验容
⑴将交流电220v电压转化为可调恒压源输出。包括降压器、整流电路、滤波、5v稳压芯片、取样电路。
⑵电压电流转换电路
⑶两电路整合，将220v电压转化为可调恒流源
3、实验步骤
⒈根据实验要求，确定好基本方案
⒉参阅文献，确定原理及具体步骤
⒊将电路图画出，通过仿真，观测数据，调试使元件数值达到要求。
⒋加上负载，仿真，并观察数据，并符合设计要求
⒌准备结题报告。
三、实验场地及仪器、设备和材料：
试验场地：创新实验室
仪器及设备：可调恒压源、数字万用表、ＰＣ机一台
材料：电阻：9.1k2个、220 1个、10k 1个、1k1个
线性电阻：10K、1K各一个
运放：LM358
三极管：S80原理
⑴交流电220v电压转化为可调恒压源输出。5*（R6+R7+R8）／（R6+R7）≤UO≤5*（R6+R7+R8）／R6
科技大学电工电子实验教学中心
创新性实验结题报告
实验项目名称＿＿可调恒流源电源的设计＿
专题＿＿＿可调恒流源设计＿＿
一、实验摘要
本课题设计一个简易可调恒流源产生电路。
通过调节线性电位器来改变电压值大小，产生可控恒定电流，当固定时产生恒定电流。
二、实验目的
本课题设计一个简易可调恒流源产生电路。
满足日常生活对恒定电流的需要
可调恒流源电路设计
可调恒流源电路设计一、引言可调恒流源电路是一种能够提供可调电流输出的电路，广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍可调恒流源电路的设计方法和实现过程。
二、基本原理可调恒流源电路基本原理是通过改变输入电压或输出负载来控制输出电流。
其中，输入电压和输出负载的变化对输出电流的影响可以通过欧姆定律和基尔霍夫定律进行计算。
三、设计步骤1. 确定输出要求：首先需要确定需要提供的最大输出电流和最小输出电流，并且需要考虑到负载变化时对输出电流的影响。
2. 选择元器件：根据所需的最大和最小输出电流，选择适当大小的功率晶体管或场效应管作为开关管。
同时，还需要选择合适大小的稳压二极管或稳压器来提供稳定的参考电压。
3. 设计反馈回路：为了实现恒流控制，需要设计反馈回路来监测并控制输出电流。
通常采用差分放大器和比较器等元件来实现反馈回路。
4. 设计保护回路：为了防止过载或短路等故障情况，需要设计保护回路来保护电路和负载。
常用的保护回路包括过流保护、过热保护和过压保护等。
5. 组装测试：根据设计图纸进行元器件的组装和连接，并进行测试和调试，确保电路能够正常工作并满足输出要求。
四、实例分析下面以一个简单的可调恒流源电路为例，进行具体分析。
1. 输出要求：提供可调范围为0-2A的稳定输出电流，并且负载变化时输出电流变化不超过5%。
2. 元器件选择：选择功率晶体管IRF540作为开关管，选择稳压二极管LM317作为稳压器。
3. 反馈回路设计：采用差分放大器和比较器组成反馈回路，其中比较器采用LM358芯片。
4. 保护回路设计：采用过流保护和过热保护回路来防止故障情况发生。
其中，过流保护采用了电阻限流方式实现，而过热保护则通过NTC热敏电阻实现。
5. 组装测试：根据图纸进行元器件的组装和连接，并进行测试和调试。
测试结果表明，电路能够正常工作并满足输出要求。
五、总结可调恒流源电路是一种广泛应用于各种电子设备中的电路，其基本原理是通过改变输入电压或输出负载来控制输出电流。
输出可调高效恒流电源的设计
高效输出可调恒流电源的设计一、任务设计并制作具有直流恒流输出特性的隔离型电源变换器，负载为RL，结构如下图所示。
=U1二、要求1．基本要求（1）负载为0Ω~30Ω，电源变换器为直流恒流输出特性，且输出电流I O可在100mA~1000mA范围内可调；（2）电压调整率S u≤1%：负载为30Ω电阻，I O=1000mA，调整U1，使U1在41V57V范围内变化时，I O变化不超过±1%；（3）负载调整率S L≤1%：U1=48V，I O=1000mA，负载由15Ω增加至30Ω，I O变化不超过±1%；（4）效率η≥70%：U1=48V、负载为30Ω、I O=1000mA，电源变换器效率η≥70%；36±）V。
（5）具有输出过压保护功能，动作电压为U O=（2.02．发挥部分（1）使变换器具有恒流限压特性：U O小于36V时为恒流输出；U O达到36V后为恒压输出，将U O 36±）V；待U O降至36V以下则恢复恒流输出；稳定在（2.0（2）进一步提高效率，使效率η≥80%：U1=48V、负载为30Ω、I O=1000mA，电源变换器效率η≥85%；（3）具有输出电流的步进调整和测量、显示功能：步进值10mA，测量精度优于2%；（4）其他。
三、说明1. 不得采用各种电源产品改制。
整个作品由直流电源供电，不得使用任何其它电源为控制电路或驱动环节供电。
电源变换器为隔离型，即直流供电侧与直流输出侧具有电气隔离。
2.制作时考虑测试方便，须合理设置测试点。
3.电源变换器效率指直流输出功率与直流输入（U1处）有功功率之比。
4.如果能完成发挥部分（1），基本要求（5）不必做自然得分。
测试时，建议使用滑线变阻器作为负载。
直流恒流源的设计
第三章 硬件组成设计 6
7
3.3 整流滤波稳压电路 9
3.4 复位电路 10
3.5 数码管显示电路 10
3.6 D/A转换模块 11
3.7 MOS管放大电路 13
3.8 时钟电路 14
第四章 软件设计 16
4.1 主程序设计 16
4.2 中断设计 16
第五章 制作过程与测试 18
5.1 恒流源的制作过程 18
5.2 电路测试 19
第六章 总结与展望 22
参考文献 23
附录 24
致谢 30
第一章 引言
1.1 课题背景与来源
科学技术不断的进步，人们对电子产品的要求越来越高，例如：从“大哥大”到现在的“智能手机”就是电子技术的进步，手机的芯片体积不断的减小，这样才能满足顾客的需求。从80年代开始到20世纪末，直流恒流源正在面临着新的挑战。在90年代中期左右，恒流源生产管理技术就已经被半导体生产商开发，这种方法在当时很流行，但是随着电源行业的飞速发展，电流源又分了很多种，像交流恒流源、直流恒流源等技术。交流源和直流源两者相比，直流源是比较受欢迎的一种[1]。恒流源的电流越大，它用的范围就越广泛。恒流源的工作领域是非常广泛的[2]，例如：稳定电磁场、校正电流表、超导、半导体和传感器等领域的应用。
关键词： STC89C51； 稳压管； 1A直流恒流源； D/A转换TLC1565
Design of DC Constant Current Source
Abstract
Constant current source has nearly 50 years of development history. With the development of industrial technology, the constant current source of the increasingly high demand, the most typical is the battery application and management, must be used to charge its constant current source, the current flow into the battery charging. However, in recent years, due to super capacitors, semiconductor cooling films such as the development of the glorious load, and the development of LED laser diodes and other index load, increasing the application of constant current source of demand, newareas of development are constantly increasing the constant The need for a flowsource.
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2013年3月直流可调恒流源设计学生：徐乐指导教师：王留留电气信息工程学院自动化专业1课程设计的任务与要求1.1课程设计的任务设计一个直流可调恒流源电路。
通过调节线性电位器，产生可控恒定电流,当固定时产生恒定电流。
1.2课程设计的要求设计一个简易可调恒流源产生电路,满足日常生活对恒定电流的需要(1)输入（AC）：U=220V，f=50HZ。
(2)输出电流稳定，在一定范围可调。
(3)设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。
(4)自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。
(5)在Multisim软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。
1.3课程设计的研究基础电子技术基础（模电部分）变压器、整流电路、滤波电路、稳压芯片、镜像电流源的工作原理2 直流可调恒流源系统方案制定2.1 方案提出方案一(1)电网提供交流220V(有效值)频率为50Hz的电压，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
(2)降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大。
(3)脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
(4)滤波后的直流电压，再通过稳压经可调恒流源电路，便可得到可调的恒定直流电流输出，供给负载R L 。
方案二(1)将交流电220v 电压转化为可调恒压源输出。
包括降压器、整流电路、滤波稳压芯片、取样电路。
(2)电压电流转换电路。
(3)两电路整合，将220v 电压转化为可调恒流源。
2.2 方案论证第一种方案是直接设计直流可调恒流源电路，只有一个电路。
第二种方案是通过电压电流转换电路，将两个电路整合，要设计的电路比较多。
第一种方案比较简单，通过比较选择第一种方案。
3 直流可调恒流源系统方案设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计直流恒流电源是一种将220V 交流电转换成恒流输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、恒流四个环节才能完成。
一般由电源变压器、整流滤波稳压电路及恒流电路所组成，基本框图如下：图1 系统框图(1) 电源变压器：它的作用是将220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。
变压器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n ，式中n 是变压器的效率。
（2）整流电路：利用单向导电元件，将50HZ 的正弦交流电变换成脉动的直流电路。
T 负 载图2 整流电路图（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。
滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波，桥式整流滤波等。
图3 滤波电路图(4)稳压电路:虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。
因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。
为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。
图4 稳压电路图（5）镜像电流源[1]：电源 Vcc 通过电阻R 和VT1产生一个基准电流 I ref ，然后通过镜像电流源在VT2的集电极得到相应的Ic2，作为提供给某个放大器的偏置电流。
b b b I I I ==21 (3-1) c c c I I I ==21 (3-2) )/(22221βc ref b ref c c I I I I I I -=-== (3-3) )]/21(1[2β+÷⨯≈ref c I I (3-4) 当β>>2时，可得：R U V I I be cc ref c ÷-=≈][12 (3-5) 由于输出恒流Ic2和基准电流基本相同他们如同镜像的关系所以这种恒流电路称为镜像电流源。
图5 镜像电流源电路图3.2电路参数的计算及元器件的选择（1）变压器副边电压2U ：要求输出电压范围为1.25V-15V,所以V U o 25.1min =V U o 15max =因为min max )(o i o i U U U U -≥-,max min )(o i o i U U U U -≤- (3-6)其中：V U U o i 2.1)(min max =-,V U U o i 37)(max min =-所以16.2≤i U ≤38.25此范围可选：V U i 24=根据2)2.1~1.1(U U i = (3-7)可得变压的副边电压202.1/2==i U U(2)变压器副边电流2I ：max 2)2~5.1(o I I =,mA I o 150max = (3-8) 所以mA mA I 2251505.12=⨯=(3) 选择变压器的功率变压器的输出功率：W U I P o 5.4*22=> (3-9)变压器选择220转20V 的，输出功率10W 的。
(4)整流电路中的二极管因为变压器的副边电压V U 202=所以桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：V U 83.2214.12=桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：mA I o 752/max =查资料选1B4B42整流堆,其参数为：反向击穿电83.22600100>-=V U最大整流电流mA A I F 1251>=。
[2](5)滤波电容的选择为得到较平滑的负载电压，要对整流后的波形进行滤波，一般取2/)5~3(T R LC ≥式中，T 为交流电源电压的周期。
由上式可以解得 2/)5~3(T C = uF R L 800≈，电容进行充放电时，其电压可达到最大值约为V U 83.224.12=,所以选择电容为uF 400,耐压值大于22.83的。
(6)三端集成稳压器电路LM317组成的基准电压源电路，电容C4用于消除输出电压中的高频噪音取500nF 的电容。
输出端和调整端之间的电压值为1.25V 。
输出电流可达1.5A 。
由于调整端的电流可忽略不计，输出电压为V R R U o 25.1)/1(13⨯+= (3-10)在3R 上并联一个10μF 电容3C ,可以减少3R 上的波纹，但是，在输出开路时，C 将向稳压器调整管发射结反偏，为了保护稳压器，可加二极管3D ，提供一个放电回 路，1D ,3D 起保护作用。
[3]由于LM317工作时必须大于其最小工作电流5mA ，所以一般Ω<2401R ,在此令Ω=1201R ，根据上式可以求出Ω≈K R 6.1max 3.(7)镜像电流源：电源 cc V 通过电阻R 和1T V 产生一个基准电流ref I ，然后通过镜像电流源在2T V 的集电极得到相应的2c I ，作为提供给某个放大器的偏置电流。
b b b I I I ==21 (3-11)c c c I I I ==21 (3-12))/(22221βc ref b ref c c I I I I I I -=-== (3-13)得：)]/21(1[2β+÷⨯≈ref c I I (3-14)当β>>2时，可得：R U V I I be cc ref c ÷-=≈][12 (3-15)3.3 特殊器件的介绍LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo=1.25（1+R2/R1）。
仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。
首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V —37V （高输出电压的317稳压块如LM317HVA 、LM317HVK 等，其输出电压变化范围是Vo=1.25V —45V ），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。
其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。
最小稳定工作电流的值一般为1.5mA 。
由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA 。
当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。
当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。
LM337 的输出电压范围是 -1.2V 至 -37V ，负载电流最大为 0.4~2.2A 。
它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。
此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。
LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
[4]3.4系统整体电路图图6 系统整体电路图4 直流可调恒流源系统仿真和调试4.1 仿真软件介绍Multisim10简介Multisim工作界面图7 Multisim工作界面图美国国家仪器有限公司最新推出的Multisim10软件为广大工程师提供了一个直观的原理图捕获和交互之仿真平台。
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