（数控加工）数控恒流源系统
设计
毕业设计
题目:
学院名称：班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：
20 年06月13
一：概述
1.1选题背景和意义
电源为保障系统的安全性与稳定性都起到有至关重要的作用，本篇我们主要研究恒流源。而恒流电源由于它体积特别小、损耗相对低、而效率较高、还有它简洁的电路都比较受欢迎，在我们平时用的计算机设备、通信设备，仪器仪表上面，还有航空航天上面通信设备等都需要恒流源系统。近年来电子信息的产业是发展相当快的，恒流电源也更多的被运用到我们生活中，因此，对恒流电源的研究就显得更有意义以及价值。
数控恒流源技术是一种对实践性要求很高的工程技术，它存在与各个行业中，我们在日常会经常看到。电源技术还和电气电子、控制理论等一些其它科学领域相互交叉融合，促进了现在信息技术和电源技术的发展。这也预示着在系统上面对电源技术的要求更高。普通的电源系统在工作时候容易产生误差，这样会对整个系统的精确度产生影响，更严重的是会带来很多严重的后果。世界各国为了解决这个问题便对电源产品制定了不同要求和一系列产品精度标准，只要达到要求达到标准后才可以进入市场。经济全球化的发展让电源产品流通更加方便，但是必须满足国际标准才可以有通行证。数控电源发展的比较晚，从八十年代才开始，那个时候电力电子的理论就开始建立。电力电子理论为今后的电源产品的发展奠定了很好的理论基础，随之，数控电流源技术得到了快速蓬勃的发展。但是市场上的很多产品还是输出精度低，带负载能力较差，体积相对大等缺点。当然这也给了数控电流源的发展指明方向就是不断完善上面的缺点不足。数控直流电流源对精度的要求会越来越高。单片机，新的控制理论，这些都为精确数控电源的发展提供基础。从组成上，数控电流源分为器件、主电路和控制电路三部分。
在这个课题中我们主要分析的是基于单片机的数控直流恒流源系统的设计，电源是能够向负载提供恒定的电流。因为恒流电源的在日常生活中应用范围比较广泛，在很多地方都是不可缺少的。比如我们平时用充电器给蓄电池充电的时候，当蓄电池端电压逐渐升高的时候，充电电流就会慢慢的减少。我们保证以电流不变充电，这时候就必须随时提高充电器的输出电压，这样劳动的强度和生产效率都会大打折扣，但是如果我们现在采用恒流源输电呢，就可以完全弥补其不足。当我们对电阻器阻值的测量和分级时候，只要电流越稳定，那么我们就能使测量越准确。它还可以给放大电路提供偏流，或者作为有源负载等等。所以在差动放大电路中我们会经常看到它的应用。
1.2国内外研究现状、发展动态
现状：在我们的国家，我们的电源技术以电力电子技术作为核心，从二十世纪六十
年代就开始形成，在几十年的发展中，对系统效率的要求更高和对功耗的要求更低还有通信设备技术的更新这些都推动了我国电源行业中的直流/直流转换器迈向更高的灵活性与智能化，电源产业也因此得到了快速的发展。在电源产业规模的的快速发展的同时，国家自然科学基金也提供的较大的帮助和以推动不断的创新，使我国电力电子技术的发展从吸收消化和一般跟踪发展从而迈向前沿的跟踪和基础的创新，我们国家也生产中了电源产业一些难度较大和国际先进水平相比的一些产品以及较多的具有代表性的研究成果以及产品。我们国家做出了很多努力来促进电源行业的发展。虽然发展快速但是我国电源产业和世界上一些发达额国家做比较，我们就会发现其实还是存在较大的差距呢。
随着技术的进步与发展，人们对数控恒定电流器件的需求越来越高。曾经的恒流源器件正在被快速发展的恒流源系统所替代。体积更小、精度更高、稳定性更好是未来恒
流源的发展方向与拽求。因为我们研究分析恒流源系统的设计组成是很有现实意义的。相对与传统的智能电源模块，数字化智能电源模块减少了生产过程中的不确定因素和人为参与的环节从而减少了误差弥补了传统电源模块的不足，从而使电源模块中更加可靠、更具备智能化和产品一致性，这样极大的提高了生产的效率和生产的产品的可维护性。
二：总体方案的设计
2.1 设计任务
输入交流电压200～240V，50Hz；输出直流电压≤6.5V。
1、输出电流范围：0.04A～9.83A；
2、可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤0.05；
3、利用proteus软件对整体电路进行仿真验证。
2.2 设计思路
设计思路是:这个系统是485总线控制的数控恒流源系统，包括多个数控恒流源的电压和电流监控及控制。以单片机为主控制器，电脑输入信号后，由转换装置将Rs232接线转为Rs485总线。Rs485接线分别接模版一，模块二等模块。单片机
接受到485传的数字信号，经过D/A转换输出模拟量，控制信号的变化。上位机PC端对恒流源进行实时监控，通过单片机PIC16F877A的A/D输入端接口，实时把模拟量转化为数字量，再经单片机分析处理反映给上位机，在上位机上通过数字量形式展现出来，从而构成稳定的恒流源。
2.3 总体方案的设计
在系统的总设计方案里面，我们会用到有单片机PIC16F877a模块，D/A转换模块。，V/I转换等，最终确定的系统框图如图2.1所示：
：
图2.1 系统框图
此方案采用电脑控制改变输入信号的方法来改变电流的大小。利用DAC0832在单片机程序控制下提供可变的基准电压，电压经过V/I转换电路，压控恒流源系统最后得到电流通过单片机PIC16F877A的A/D转换接口将输出电流反馈至单片机进行比较，调整DAC0832的输入电压，从而达到数控的目的。
三：硬件模块的设计
系统的成功与否很大程度上在与硬件模块的设计，我们分别分析以下模块
3.1 稳压电源电路的设计
这个系统中有单片机PIC16F877a，DAC0832，OP07等这些器件都需要稳压电源。但由于我们是在运用Proteus仿真，所以对于此模块我们可以用软件自带的励磁电压替代。
3.2 恒流源电路的设计
恒流源的设计我们采用运放和场效应管的压控恒流源。这个电路较简单，稳定性较高。电路由光耦合三极管，运算放大器OP07、大功率场效应管IRFP150N、采样电阻R1等组成。输入的模拟信号通过光耦合三极管会输入一定的电压值，在这个电路中，调整管采用大功率场效应管IRFP150N工作于饱和区时，漏电流Id近似可以看作电压U10控制的电流，而场效应管的漏极电流和源极电流近似相等，所以可以看作为是珊极电压控制着源极电流的变化，通过测量采样电阻R1两端的电压值就可以断定是达到了恒流的效果。电路如图3.1所示：
图3.1 压控恒流源原理图
3.3 采样电压、电流电路的设计
在该电路中，采用OP07的求差电路测量负载的两端电压值输出模拟信号U8，输出的模拟信号再经OP07的放大电路使输出电压变为（R14+R13）/R13倍的电压，然后再将模拟信号连接单片机PIC16F877A的模拟信号接口RA0端，同时再将值返回给输入信号做比较。如下图3.1所示：
图3.1 负载电流、电压测量电路
3.4 D/A和A/D转换器模块
单片机与外部数据连接分别由A/D模块和D/A模块，所以这两个模块的选择与使用非常重要。
3.4.1.D/A转换器
D/A转换器可以将从单片机输入的数字信号转化为容易比较直观测量的模拟信号。
DAC0832与微处理器兼容，并且是8分辨率的D/A转换集成芯片。接口简单，价格较低这些都是它的优点。DAC0832广泛的应用在单片机系统中。8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路共同构成D/A转换器。如下图3.2所示：
图3.2 D/A转换器图
D0～D7引脚是8位的数据输入线，TTL电平（5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”），在本系统中，这8个引脚作为单片机的信号输入线；
ILE引脚：高电平有效，数据锁存允许控制信号输入线，在本系统中与单片机的RA2引脚连接；
CS引脚：片选信号输入线，在本系统中做接地处理，低电平有效；
WR1：这个是数据锁存器写选通输入线。在本系统中ILE、CS、WR1均做接地处理；
XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；
WR2：这个引脚是DAC寄存器选通输入线，负脉冲有效。在本系统中将WR2、XFER做接地处理。
IOUT1：电流1输出端，其值随DAC寄存器的内容变化而线性变化；
IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；
Rfb：这个引脚是反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；
Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；
* VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；
* AGND：模拟信号地；
* DGND：数字信号地。
3.4.2 A/D转换器
由于我们用的是单片机PIC16F877A，而此单片机上面有RA0,RA1等模拟信号输入端，因此我们不需要再用其他A/D转换模块。
3.4.3 D/A与单片机连接电路
在这个电路中，单片机的RD的8个引脚全接D/A0832的8个串行并行输入口，给VCC施加5V的电压，CS，WR1，GND均做接地处理。ILE引脚接单片机RA2引脚作为单片机的参考电压输出。整体D/A0832与单片机PIC16F877A连接电路如下图3.3所示。
图3.3 D/A与单片机图
3.5 PIC16F877A控制模块
在恒流源系统的设计中，我们本次选用功能强大的PIC16F877A单片机作为控制器。
3.5.1 PIC16F877A主要功能的简单介绍
PIC16F877A单片机它的功能比较的齐全。它有33个I/O引脚，A有6个，B 有8个，C有8个，D有8个，E有三个引脚。它内部的功能可以做A/D转换器、模拟比较器，带比较和捕捉功能的定时器／计数器等等。它的每个引脚基本都有2到三个功能。在这个本次设计中，我们会用到它的A/D转换功能，实用性比较高。
在这次设计中我们主要用到的PIC16F877A系统配置引脚有：
VDD：正电源端。VSS：接地端。
OSCI/CLKIN：时钟振荡器晶体连接端1／外部时钟源输入端。
OSC2/CLKOUT：时钟振荡器晶体连接端2外部时钟源输出端。
主复位引脚.MCLRNPP：人工复位输入端（低电平有效）／编程电压输入端。
RA0到RA3，RE1，RE2：模拟信号输入端。
RD0到RD7：并行口与其它微处理器连接端口。
RC6,RC7：分别作为串行通信的发送和接收数据端口。
RC4，RC5：分别作为SPI数据输入，输出。
除此晶振CLOCK=4MHZ。
3.5.2 PIC16F877A与485总线连接电路
RS485的传输距离比较远，从几米大至几千米，它的抑制共模干扰能力特别强，与232比较，485的串口通讯可以一对多，在本次设计中，一个上位机可以发信号给多个下位机进行控制，而上位机与下位机之间的通讯就是通过485线连接的。其中上位机通过485总线与单片机进行连接的原理如图3.4所示：
图3.4 D/A转换器与485连接图
3.6 输出电流测试图样
我们需要的软件有peotues,虚拟串口助手。将程序文件写入单片机，然后将虚拟串口导入到peotues软件内。然后开始仿真运行。这时候可以看到整个电图处于工作状态。在虚拟串口中按照485通讯格式输入字符串AA 41 00 04 55。点击执行可以看到单片机系统显示6.96A的电流。改变输入的字符串输出电流也会改变它们的误差大约在0.03左右。如下图：
未输入字符串之前：
输入字符串：
输入字符串之后显示的电流值：
3.7 上位机的测试
在上位机页面，左边显示的是电流设置值，是输入的电流信号。右边显示的是实时变化显示的输出电流。由于我们所选的D/A转换器为0832，其精度达不到，会产生一些误差，导致输入与输出值有稍微的偏差。如下图：
假如我们输入的电流值是5A，上位机页面所得到的图样为：
电路图纸上面显示的电流为：
当改变外界电阻RVI大小时候。就会对输出的电流信号产生影响，上位机会实时的采集显示输出电流的变化值。
四：软件设计
数控的核心部分就是软件设计了，是决定是否实现恒流源的重要因素，在本篇的设计中，我们采用C语言编程设计，运用mplab ide 软件进行编译。
4.1 程序说明
软件部分需要解决的主要难点是上位机输入的预置电流值转换为误差放大器的高精度基准电压，并跟踪显示。在本次设计中我们采用C语言,对PIC16F877A进行编程以实现各种功能。
软件实现的功能是：
1.电流给定值的设置
2.测量输出电流值
3.控制DAC0832工作
编程是个复杂的步骤，不断的仿真研究后，具体程序见附录二。
4.2 程序流程图
软件总体流程图如下图4.1所示。
图4.1 软件总体流程图
协议为0X01为本机地址，0X41为修改电流的功能，后面两个字节为电流设定值。最后以0X55为一帧的结尾。按照流程图的思路编程，程序运用mplab ide 软件进行编译，在符合要求后写入单片机不断的进行仿真调试，直至达到设计要求。
总结
本次毕业设计是对数控恒流源系统的设计研究，选取的是上位机，下位机两大模块共同构建而成。其中最重要的就是下位机中的单片机模块，DA模块，压控恒流源模块的选取。在此次设计中还是遇到了不小的困难。
查阅网上的资料时候比较零碎繁琐，很多专业术语还都了解不了。在指导老师的帮助下才逐渐熟悉了正个电路的构建与功能应用。在上位机的设计和软件的设计上面都遇到了很大的困难，让作为本科毕业生的我明显感到自己所具备知识的欠缺。
本次毕业设计，使得我对数控恒流源系统有了更加深刻的认识，对其原理更加清楚。当然，在做毕业设计的过程中也明白了自身的不足之处，也学到了很多东西，包括对Proteus的使用和对文献资料的查阅有了一定的提高，我相信这也将对我即将踏出校园进入工作岗位有很大的帮助。
致谢
通过这次毕业设计让我学到了很多东西，写论文的资料要靠自己从图书馆和网上进行查阅，很好的锻炼了我的自学以及搜集信息的能力。在这里，我更应该感谢我的导师徐峰老师，一位特别亲切的指导老师，一路陪我走来，当我有问题的时候，都会认真详细的为我指导，有些问题甚至将了好多遍，直到我听懂为止。在和同学们的交流中我也学到了很多知识。在跨出校门进入工作岗位后，我会更加努力的学习，以便取得更大的进步。
数控直流电流源
三、评分标准 四、说明 1、需留出输出电流和电压测量端子； 2、输出电流可用高精度电流表测量；如果没有高精度电流表，可在采样 电阻上测量电压换算成电流； 3、纹波电流的测量可用低频毫伏表测量输出纹波电压，换算成纹波电流。
数控直流恒流源的设计与制作 发表日期：2006年5月1日出处：本站原创【编辑录入：zouwenkun】 指导老师:王贵恩博士制作人:彭浦能、梁星燎、林小涛 《数控直流恒流源》《数控恒流源获奖证书》 摘要：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，并可由数码管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
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)
基于数控直流电流源系统的设计 摘要：随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，人们对数控恒定电流器件的需求越来越高。应社会发展的需求，对基于单片机控制的“数控直流电流源的设计”进行研究论证，并运用Proteus 软件进行仿真。以直流稳压电源和稳流电源为核心，结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。首先采用了单片集成稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元件实现稳流。为实现对输出电流的精确控制：一方面，通过Ｄ／Ａ输出实现电流的预置，再通过运算放大器控制晶体管的输出电流；另一方面，运用Ａ／Ｄ转换器件将输出电流的采样值送入单片机，与预置值进行比较，将误差值通过Ｄ／Ａ转换芯片添加到调整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。 Abstract：The requiements of numerical controlling constant current devices is increasing as development of electronic technology and expanding of digital circuit applicational field. As to satisfy society development, do a study based on " Numerical control dc current source design " of SCM controlling and apply Proteus to simulating software.DC（digital current ）V oltage regulator and DC current regulator is the key part of the design，its output current is controlled by single chip microprocessor,Firstly,single chip IC（integrated circuit）V oltage regulator LM338K is used to generate stable voltage, and then desperate devices is used to generate stabilize current . Tocontrol the output current ，on one hand ,system sets output current by D/A（digital／analogue converter and controls current of transistor by operational amplifier ；on the other hand ，with the help of A/D（analogue／digital）converter，system samples the output current and convert it into digital data ，compares it with preset value ，converts the error value into analogy and puts it on adjusting circuit ，and decreases the ripple of the system output current ．
数控直流电流源程序
/* 跳线说明： 1）将EXP-LM3S811板卡上JP9、JP13跳至左侧（短接1-2）； 2）将EXP-min_system_board板卡上JP13、JP14、JP15、JP16跳至右侧（短接2-3。 操作过程： 1）将EXP-min_system_board板卡上K1拨动开关拨至ON状态，给液晶上电； 2）调节RP1电位器，使液晶有合适的背光； 3）上电，编译并下载程序，复位后全速运行程序；观察液晶显示的内容，再修改程序使之显示自己的内容。 */ #include "systemInit.h" #include "ADS7886.h" #include "TLV5616.h" #include "timer.h" #define CTL_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOC // 控制液晶所用的片内端口外设定义 #define CTL_PORT GPIO_PORTC_BASE #define SCK GPIO_PIN_4 // 定义信号SCK #define SID GPIO_PIN_5 // 定义信号SID #define CS GPIO_PIN_6 // 定义信号CS
#define PSB GPIO_PIN_7 // 定义信号PSB #define SCK_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0x00) // 定义信号输出低电平 #define SID_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0x00) #define CS_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0x00) #define PSB_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0x00) #define SCK_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0xFF) // 定义信号输出高电平 #define SID_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0xFF) #define CS_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0xFF) #define PSB_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0xFF) #define SID_READ GPIOPinRead(CTL_PORT,SID) // 定义读回的数据 #define SID_IN GPIOPinTypeGPIOInput(CTL_PORT,SID) // 定义SID信号为输入 #define SID_OUT GPIOPinTypeGPIOOutput(CTL_PORT,SID) //定义SID信号为输出 #define LED_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOB #define LED_PORT GPIO_PORTB_BASE #define LED GPIO_PIN_5 #define KEY_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOD // KEYS所接的端口 #define KEY_PORT GPIO_PORTD_BASE #define KEY GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_3|GPIO_ PIN_2|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_0 #define KEY_H GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4
（数控加工）数控恒流源系统 设计
毕业设计 题目: 学院名称：班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：
20 年06月13
一：概述 1.1选题背景和意义 电源为保障系统的安全性与稳定性都起到有至关重要的作用，本篇我们主要研究恒流源。而恒流电源由于它体积特别小、损耗相对低、而效率较高、还有它简洁的电路都比较受欢迎，在我们平时用的计算机设备、通信设备，仪器仪表上面，还有航空航天上面通信设备等都需要恒流源系统。近年来电子信息的产业是发展相当快的，恒流电源也更多的被运用到我们生活中，因此，对恒流电源的研究就显得更有意义以及价值。 数控恒流源技术是一种对实践性要求很高的工程技术，它存在与各个行业中，我们在日常会经常看到。电源技术还和电气电子、控制理论等一些其它科学领域相互交叉融合，促进了现在信息技术和电源技术的发展。这也预示着在系统上面对电源技术的要求更高。普通的电源系统在工作时候容易产生误差，这样会对整个系统的精确度产生影响，更严重的是会带来很多严重的后果。世界各国为了解决这个问题便对电源产品制定了不同要求和一系列产品精度标准，只要达到要求达到标准后才可以进入市场。经济全球化的发展让电源产品流通更加方便，但是必须满足国际标准才可以有通行证。数控电源发展的比较晚，从八十年代才开始，那个时候电力电子的理论就开始建立。电力电子理论为今后的电源产品的发展奠定了很好的理论基础，随之，数控电流源技术得到了快速蓬勃的发展。但是市场上的很多产品还是输出精度低，带负载能力较差，体积相对大等缺点。当然这也给了数控电流源的发展指明方向就是不断完善上面的缺点不足。数控直流电流源对精度的要求会越来越高。单片机，新的控制理论，这些都为精确数控电源的发展提供基础。从组成上，数控电流源分为器件、主电路和控制电路三部分。
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。 以W350为例，其最大的输出电流为3A，输出电压Uo′为1.2～33V。其典型的恒流源电路如图2所示。
数控直流电流源 摘要:本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。 关键词：STC89C52数控电流源 Numerical Control DCCurrent Source Abstract:This paper introduces a design scheme of numerical control DC current source ,and gives the hardware composition and software flow as well as the source program. UseSTC89C52MCU as the core control circuit. 12 D/A module generates A steady the control voltage and 12 A/D module completes current measurements.The current-output ranges 20 to 2000mA,with "+" and "-" steppingfor 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured resultat the same time,for easy operation and error analysis. Keywords:STC89C52 Numerical controlCurrent source 1设计方案的选择 1.1电路综合设计流程
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。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，
数控直流电流源（F题） 设计者：彭浦能梁星燎林小涛 指导教师：王贵恩 摘要：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20mA~2000mA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 Source Abstract: For the system that DC source is center and 89S52 version single chip microcomputer (SCM) is main controller, output current of 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 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 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 that 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 20mA~2000mA, so it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low power. Keywords: voltage-controlled constant current source ; intelligent power ; closed loop control 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，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。 方案二：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，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，
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.b5E2RGbCAP 1.2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.p1EanqFDPw 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.本方案电路复杂，灵活性不
天津工业大学 测控仪器设计报告 组号 2 组 组员吴东航1110340108 章一林1110340114 郭伍昌1110340109 学院机械工程学院 专业测控技术与仪器指导教师隋修武 2015 年1 月16 日
目录 1 课程设计的目的和意义 (3) 2 设计任务 (3) 3 设计背景 (3) 4 总体设计方案 (4) 5 硬件电路设计 (4) 5.1 采样模块 (4) 5.2 滤波模块...................................................................................... 错误！未定义书签。 5.3 运算放大模块 (6) 5.4 A/D转换模块 (7) 5.5 显示模块 (9) 6 软件电路设计 (10) 6.1流程图 (10) 6.2 PID控制算法 (13) 6.3 PWM输出 (13) 6.4 A/D转换 (14) 7 调试与仿真结果分析 (14) 8 心得体会 (14) 9参考文献 (15) 附录一电路图 (16) 附录二程序 (17)
摘要：针对各种低压电器校验及性能测试过程中需要高稳定、高精度的恒流源要求, 在对现有主要恒流源产品设计仔细分析的基础上, 设计了一种以AT89C51为核心的高稳定数控 恒流源。整个系统采用闭环PID控制, 输出PWM波控制恒流源的电流。经实际应用测试, 该恒流源输出电流可在10 mA 左右恒定, 当电源电压变化、负载电路变化时，恒流源的精度在±1mA以内。 1 课程设计的目的和意义 测控系统设计是测控技术与仪器专业实践教学环节的重要组成部分，是“测控系统原理与设计”课程理论教学的有益补充，“测控系统原理与设计”是测控技术与仪器专业的一门综合性专业课，在理论教学的同时，要求学生掌握传感器的选型，测控电路的分析、设计、调试，微处理器的电路与程序设计、控制算法设计、计算机的综合应用等，以便对测控系统形成完整的认识。 通过本课程设计，完成基于PID控制的数字恒流源的设计，熟悉和掌握工业生产和科学研究中的测量和控制系统的组成原理及设计方法，学会运用所学的单片机、测控电路、控制算法等方面的知识，进行综合应用，设计出完整的测控系统，实现预期功能，培养自学能力、动手能力、分析问题能力和应用理论知识解决实际问题的能力。 2 设计任务 设计基于PID控制的数字恒流源，设计要求如下 1、采用8051系列单片机输出PWM波控制恒流源的电流。 2、采用PID控制算法，实现对恒流源的闭环控制。 3、恒流源的电压为5V，恒流输出10mA。 4、采用LCD液晶1602显示电流值。 5、当电源电压变化、负载电路变化时，恒流源的精度在±1mA以内。 3 设计背景 相对于电压源, 电流源具有抗干扰能力强, 信号传输不受距离影响等。电流源是一种能向负载提供恒定电流的电路。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, 在差动放大电路、脉冲产生电路中得到了广泛应用。一般的恒流电流源往往是固定的一种输出电流值,
数控恒流源设计报告加程序(doc 37页)
数控恒流源 设计报告 背景 数控恒流源是单片机运用数字控制技术控制恒流源的一种设计方案。 当前，数字化数控恒流源的应用，随着电子技术的发展使用范围越来越广，在电子测量仪器、激光、传感技术、超导、现代通信等高新技术领域，恒流源都被广泛应用，且发展前景较为良好。同时，也不仅局限于此。电子领域，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是有待发展，高性能的数控
设计方案 本设计本设计是基于单片机控制的直流恒流源, 分为以下几个组成部分: 单片机控制系统、A/D和D/A转换模块、电源模块、恒流源模块、负载及键盘液晶显示模块, 系统框图如图所示。 系统框图 用430单片机作为整机的控制单元，通过改变Ｄ/A转换器的输入数字量来改变输出电压值，从而间接地改变压控恒流源的输出电流大小。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，并经过A/D 转换器进行模数转换，用单片机实时对电压进
行采样，与输入预期值比较，并通过430单片机进行进行数据处理微调输出，提高精度实时显示。 第一章恒流电路 数控直流电流源可以采用电流输出型D/A转换器来实现，单由于其输出电流的幅值一般在uA 数量级，因此需要进行电流放大若干倍才能达到所需要的要求电流值，电路实现很困难。若选择电压输出型DAC，再通过V-I转换电路变成与之成比例的电流信号，则电路实现相对简单，因此设计直流电源时常采用该种方案实现，在这种方案中，V/I转换电路设计是关键。通常的V/I 转换有两种方式，一种是负载共地的方式，一种是负载共电源的方式。我们选用的是负载共地的方式，因为有很多电路负载在连接的时候需要进行共地。
基于单片机的数控直流恒流源的设计毕业设计开题报告
毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 基于单片机的恒流源设计 设计（论文）题目来源 自选课题 设计（论文）题目类型 电子设计类 起止时间 2009.12—2010.05 一、设计（论文）依据及研究意义： 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，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刚刚起步有待发展，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要求，研制出一种高性能的数控直流恒流源。 二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 设计思路是:以单片机为主控制器，通过键盘来设定输出电流值，并由LCD 显示电流设定值和实际输出值。本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A 转换输出模拟量，控制电流的变化。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，这样构成稳定的恒流源。 系统整体框图如下所示： 三、设计（论文）的研究重点及难点： 设计的难点重点是： 压控恒流模块 A/D 转换 输出电流采样 D/A 转换 LCD 显示 负载 单 片 机 按键控制
１ 引言 “高精度数控直流电流源”是２００５年全国大学生电子设计大赛的题目。由于题目的要求指标比较高，用普通的模拟直流电流源无法满足，我们构造了以单片机８９ｃ５１为中心控制器的直流电流源系统。因此在要求输出范围不变的前提下，将其他指标提高了近十倍。 ２ 电源系统框架 本文在文献［１￣３］的基础上构造电源系统框架；该系统由单片机数据处理模块、Ａ／Ｄ数据输入模块、Ｄ／Ａ输出模块、恒流源模块及键盘和显示模块（ＬＣＤ）等几部分组成，如图１所示。其中单片机最小系统实现了主要的数控功能， 是本控制电路的核心，由它来控制输出电流值，并 控制步进调节。控制电路的采样信号和控制信号传输通道分别用ＡＤＣ７１３５和ＡＤ７５４１Ａ来实现。３ 硬件电路 ３．１单片机的最小系统 本系统使用的最小系统板是以８９ｃ５１单片机［４］ 为内核，并且具有良好的扩展性。ＣＰＵ接有１１．０５９２ＭＨＺ的晶振，ｘ５０４５看门狗电路［４］，７４ｌｓ３７３锁存电路、７４ｌｓ１３８译码电路以及按键、显示器件、ＡＤＣ７１３５电路板插槽并用８２５５［５］外扩了Ｉ／Ｏ接口［６］。如图２所示。 本系统中通过８２５５外扩了ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ共２４个Ｉ／Ｏ口，以便作为系统的输入输出通道。用 ７４ｌｓ１３８的输出作为各个芯片的译码选择端， 除最小系统中使用的Ｙ２外，其余可供其它扩展使用。３．２电流源电路 本系统的电流源电路是一闭环控制电路［７］，根据采样信号与设定值的偏差放大处理实现自校正， 从而使输出电流更稳定，可控性更高，如图３所示。 ３．３ＡＤＣＩＣＬ７１３５信号采集电路 ＩＣＬ７１３５具有低噪音、 无需外部其他器件、长期高精度数控直流电流源 王永德，赵宏才，马石岩，张召友，刘士军 （青岛理工大学自动化工程学院，山东青岛２６６０３３） 摘 要：以单片机８９ｃ５１为中心控制器构成的直流电流源，控制电路的采样信号和控制信号传输通道分别用 ＡＤＣ７１３５和ＡＤ７５４１Ａ来实现。使得控制精度达到了步进１ｍＡ，量程２０ｍＡ￣２０００ｍＡ，纹波电流≤０．２ｍＡ，远远的超过题目要求。 关键词：电流源；单片机；ＩＣＬ７１３５、ＡＤ７５４１芯片中图分类号：ＴＮ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－７１８０（２００７）０２－０１２０－０４ ＨｉｇｈＰｒｅｃｉｓｉｏｎＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｒｏｌＤＣＣｕｒｒｅｎｔＳｏｕｒｃｅ ＷＡＮＧＹｏｎｇ－ｄｅ，ＺＨＡＯＨｏｎｇ－ｃａｉ，ＭＡＳｈｉ－ｙａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈａｏ－ｙｏｕ，ＬＩＵＳｈｉ－ｊｕｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅＤＣｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｗｉｔｈｍａｉｎｃｏｎｔｏｌｌｅｒｔｈａｔｉｓｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ８９ｃ５１．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｈａｎｎｅｌｓｏｆｓａｍｐｌｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＴｈｅＡＤＣ７１３５ｉｓｕｓｅｄｔｏｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｉｇｎａｌｃｉｒｃｕｉｔａｎｄＡＤ７５４１Ａｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｄｅｘｅｓａｒｒｉｖｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｓｔｅｐ１ｍＡ，ｍｅａｓｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ２０ｍＡ～２０００ｍＡ，ｖｅｉｎｗａｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｗｉｔｈｉｎ０．２ｍＡ．Ｔｈｅｓｅｉｎｄｅｘｅｓｈａｖｅｌａｒｇｅｌｌｙｅｘｃｅｅｄｅｄｄｅｍａｎｄｉｎｄｅｘ－ｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｐｏｗｅｒ；Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ；ＩＣＬ７１３５ｃｈｉｐａｎｄＡＤ７５４１ｃｈｉｐ 收稿日期：２００６－０３－１７
数 控 恒 流 源 的 设 计 姓名：王有康 学号：311108001621 指导老师：张新良 所在学院：电气工程与自动化学院
目录 一. 摘要 (3) 二.任务要求 (4) 三.系统框图 (5) 四.电路设计 (6) 4.1直流稳压电路 (6) 4.2恒流源电路 (7) 4.3主控电路模块 (9) 4.4 AD转换模块 (9) 4.5 DA转换模块 (10) 五. 软件部分 (12) 六.结论 (15) 七.体会及总结 (15) 附录一元件清单 (16) 附录二参考文献 (17)
一、摘要 设计利用集成运放、场效应管对电流放大与单片机的自动控制来实现数控直流电流源。系统有控制模块与恒流源模块组成。控制模块使用STC89C51结合按键与1602液晶显示，实现对恒流源的数控和预设值的显示。恒流源模块采用UA741与IRFZ44N组成的反馈放大电路实现对电流的放大。控制到恒流源的信号转换采用DAC0832来实现；实测显示模块有ADC0804组成的显示电路来显示。并使用自制电源进行供电我希望通过这次设计能够学会发现。分析和解决工程实践问题的技能和方法，将所学知识综合应用于工程实践中，培养出严谨的科学态度和一定的实践技能、良好的工程意识。 关键词：STC89C51，恒流源，ADC0804，DAC0832，UA741，闭环控制。
二、任务要求 设计并制作以DC-DC变换器为核心的数控恒流电源，电路框图如图1所示。 图1 电路框图 要求： 在输入电压U i为15V/DC(波动范围12V~18V)及电阻负载条件下，使电源满足： （1）输出电流I o可调范围：200mA～2000mA；最大输出电压U omax：10V； （2）U i从12V变到18V时，电流调整率S I ≤4%（I o＝1000mA，负载为5Ω的条件下测试）； （3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，负载调整率S R≤4%（U i=15V， I o＝1000mA，负载在1Ω～5Ω条件下测试）； （4）输出噪声纹波电流≤30mA（U i =15V，U o=10V，I o=2000mA）； （5）整机效率≥70%（U i=15V，U o=10V，I o=2000mA）； (6) 具有输出电流的测量和数字显示功能； (7) 其它；