目录
一方案设计与论证---------------------------------------------------------3
1.1总体设计方案与比较--------------------------------------------------3 二模块电路设计及比较-----------------------------------------------------3
2.1电源模块-----------------------------------------------------------4
2.2数码管显示模块-----------------------------------------------------5
2.3 D/A转换模块-------------------------------------------------------7
2.4 恒流源模块---------------------------------------------------------7 三软件设计---------------------------------------------------------------9
3.1 4*4键盘工作原理---------------------------------------------------9
3.2 数值处理原理------------------------------------------------------10
3.3 程序流程方框图----------------------------------------------------11
3.4 程序清单----------------------------------------------------------12 四系统测试---------------------------------------------------------------12
4.1 功能测试----------------------------------------------------------12
4.2纹波系数测试-------------------------------------------------------13 五数据处理---------------------------------------------------------------14
5.1 康铜丝阻值测试---------------------------------------------------14
5.2 误差测试---------------------------------------------------------14 六发挥与创新-------------------------------------------------------------16 参考文献------------------------------------------------------------------17 仪器仪表------------------------------------------------------------------17 附录----------------------------------------------------------------------18
数控直流电流源（F题）
摘要:本设计分四个模块：单片机控制及显示模块、数模（D/A）转换模块、恒流源模块、输出显示模块。单片机控制模块以单片机为核心，对输入电流信号进行转换成数字量输出；恒流源模块将D/A转换来的电压模拟量通过恒流源电路变成恒流；显示模块有两个：一个是由74LS164移位寄存器和数码管构成，显示预值；另一个是在输出端以CC7107为核心的A/D转换芯片，显示实际测量值。此外，本设计可实现电流0—2A且有±1mA和±10mA的两种步进，同时有数码显示输入的电流值。
关键字：键盘控制 D/A转换恒流源 A/D转换
Constant current resource digital controlled
Abstract: The system is designed basing on a single-chip microcomputer of model AT89C51.The constant current resource of digital controlled includes main four modules--- a DA converter、a constant current resource 、a output display circuit and a single-chip microcomputer controlled circuit. LED provides with beforehand setting and display .It can change and measure the current with a step of 1mA and 10mA by the key of “+”and “-”. Because of using model AD7521, It is characteristic of its high precision performance and fine stability. Both the hardware and the software of the system are designed with modules, the system is proved to be well functioning by test.
Key words: Keyboard controlled D/A converter Constant current resource A/D converter
一方案设计与论证
1.1．总体设计方案与比较：
方案一：通过编码开关来控制存储器的地址；根据地址输出对应的数字量送数模（D/A）进行转换；再根据输出的电压量来控制电流的变化；同时；通过四个编码开关的BCD码送给4511及数码管显示。此方案的优点是电路简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限，在实验过程中发现编码开关不稳定，所以不宜采用。其电路方框图如图1.1所示：
图1.1 方案一方框图
方案二：采用以89C51为核心的单片机系统来控制12位AD7521的数据的输入并将其转换成模拟量输出同时单片机把输入的预值电流送数码管显示，再根据输出的电压量来控制电流的变化，此方案的优点是输入的预值电流信号稳定且避免了大量的数据存储，所以电路设计和制作采用方案二。其电路方框图如图1.2所示：
图1.2 方案二方框图
二模块电路设计及比较
系统硬件以A789C51单片机为核心，外围包括电源模块、数码管显示模块、D/A转换模块及恒流源模块。
2．1 电源模块
本设计共用到电源有三种：即±5V +5V +21V.
2.1.1 电源原理
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图2.1
图2.1 电源方框及波形图
a 整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。
b 稳压电路：由于得到的输出电压U4受负载、输入电压和温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压U0。
+5V其中+5 V给AD7521供电；-5V为AD7521参考电压。由于要求输出的电流最大值为2000mA，而且取样电阻为1欧所以要求AD7521输出的电压至少为2伏，通过计算-5伏的电压足够实现上述要求。
图2.3中电路提供+5V的电源；主要用于单片机（AT89C51）、数码显示（包括74LS164,CC7107）、键盘。
图2.4中提供的21V的电源用于LM358和 VCC . 由于要求输出的电流最大值为2000mA,而且主要电流从它通过，所以要用大电容，本设计采用两个4700UF 50V的电容并联(同时为了减小纹波系数本设计在两个电容之间接入有源滤波电路)，由于的LM358的耐压值最大可达42V，所以LM358可以安全工作。
图2.2 ±5V电源原理图
图2.3 +5V电源原理图
图2.4 VCC电源原理图
2.2 数码管显示模块：
74LS164为串行输入并行输出的移位寄存器，可以作为静态显示器接口，接在89C51的串行口上用于数码的显示。数码显示模块如图2.5所示。
图 2.5预值数码显示模块原理图
利用CC7107A/D转换器组装成3.5位数字电压表, 该电路为CC7107,LED和若干无源元件组成的数字电压表电路。该电路采用标准的3.5位显示电路进行显示，其中最高位可以显示千位的“1”和显示负号。此外，由于该电路的两个输入端即COM 与V+端的电位差具有很高的稳定性，可以作为参考电压源。因此，可以通过分压的方法来扩大它的量程。由于两个输入端最大承受电压为200mV因此要实现最大值为2000mV的显示可以用以下分压形式（本设计所采用的）如图2.6所示：
图2.6 数字电压表的外接电路
通过上面的电路可以测量最大值为2000mV的电压
而在本设计中的采样电阻为1欧所以被测电压值即为被测电流值.
图2.7 3.5位数字电压表原理图
2.3 D/A 转换模块：
AD7521作为D/A 转换器其芯片管脚如图2.8 所示BIT1—BIT12为数字量输入，Rfe 为模拟量输出，Vref 为参考电压Vdd 为+5V 电源。数模转换公式：
)222
2
(2
)(2
01110
1011
1112
1212
d d d d Vref D Vref Vo ++++-
=-
= （2-1）
例如: BIT1—BIT12为（111111111111）且Vref 为-5V ，则：
V Vo 5)222
2
(2
50
110
11
12
≈++++--
= （2-2）
当BIT1—BIT12为（100000000000）且Vref 为-5V,则：
V Vo 5.2)22222
(2
50
00011
12
≈+++++--
= （2-3）
由于该设计的发挥部分要求步进1 毫安；基与此，本设计将采用AD7521的12位数模转换来代替AD7520的10位数模转换。
图2.8 AD7521芯片管脚图
2.4、恒流源模块
方案一：本设计在起初利用图2.9所示 恒流源电路 ， 运放的输出端通过三极管与反向输出端相连，构成负反馈电路，由于运放的同相输入端与反相输入端在理论上是虚短的，且运放的输入电阻无穷大，因此反相端和同相端的电位相等，即Ui Ui =',又由于三极管的发射极1'R Ui Ii ÷=与集电极电流Io 仅相差微小的基极电流，可视为两者相等即Io Ii ='。因此可以通过改变同相输入端的电压来调整输出电流Io 的大小。
例如：V Ui 2= 时，A V R Ui Io 112=Ω÷=÷=
但是在测试Ui 对Io 的控制比预期效果差，总是小于理论值。
方案二： 运放的反相端输入端与输出端同样采用负反馈电路，但是由于在反馈电路中加入了可调电阻，使得取样电阻上的电流可以微调，实现输出电流与理论值相同，大大提高了输出电流的精度，又由于运放的同相输入端的信号来自与数模转换模块的运放输出，稳定度很高。所以恒流源采用方案二。原理图如图2.10所示，图中输出端取样电阻为1欧大功率电阻；康铜丝具有功率大，受
热情况下其阻值改变不大，所以采用康铜丝代替。（其阻值采用LCR数字电桥精确测量）。
图2.9方案一恒流源电路原理图
图2.10方案二恒流源电路原理图
三软件设计
本作品使用WAVE系列仿真器作为编程器件，它是以WINDOWS为设计平台，在使用时先在WAVE环境下编辑程序，然后保存程序、建立新项目、设置项目，接着编译程序，最后调试和执行这样一步步来实现仿真。
本作品软件要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，送到12位数模转换器（AD7521）,再送到恒流源模块，实现数字量对电流的控制。模块框图见图3.1
图3.1单片机模块方框图
3.1 4*4键盘工作原理：
键盘对单片机输入数据，键盘为4*4矩阵键盘，用AT89S51的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线4×4矩阵键盘识别处理每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU 通信。每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接V CC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。键盘原理图见图3.2
图3.2键盘原理图
3.2 数值处理原理
键盘对单片机输入数据，（所要得到的电流值），单片机将得到的数据进行转化成D/A 转换器
AD7521所需要的数字信号。
假设键盘输入的电流值为I,由于AD7521为12位的D/A 转换器，待转换的数字信号最大值为2^ 13-1=4095,根据题目要求所显示的电流最大值为2000mA ，则D/A 转换器的数字信号和输出的模拟信号的线形关系为：
I
date date I
2000
409540952000=
= （3-1）
式中I 为需要输出的模拟信号值。
为了单片机处理数据的方便，让D/A 转换器的数字信号为最大值4095时，输出的模拟信号最大值为2047mA,则其线形关系为：
I
I date date I
22047
409540952047
≈=
= （3-2）
D/A 转换器输入的数字信号由单片机给出，从单片机的P0、P2口输出，单片机根据输入的I 值，把I 值乘以2，再转换成二进制数字信号，送到P0、P2口。启动D/A 转换即可输出所需要的模拟信号值。
3.3程序流程方框图
主程序流程图：
图3.3主程序流程图
图
3.4键盘处理流程图
3.4 程序清单
程序清单见附录。
四系统测试
本设计可实现0到2A之间任意预置值（0000-2000mA），同时具有+/-1mA和+/-10mA的步进。4.1功能测试
本设计要求输出电流范围为200mA—2000mA，根据图2.10恒流源模块可知，采样电阻两端电压为200mV—2000mV，由电压值可以推算出数模转换模块的参考电压︱Vref︱至少为2伏（Vref < 0）。本设计的Vref = -2.15V.输出端模拟电压范围为0—2000mV，所以输出电流为0----2000mA. 题目要求在200mA—2000mA内任意预值，本设计可实现0—2050mA的预值。本设计通过键盘输入电流值送单片机(AT89C52),单片机根据输入的键值，将模拟量转换为数字量送给模数转换电路；然后输出模拟量。下面列出部分电流值及其对应的理论和实际的数字量如表4.1
表4.1 预值测量值
4.1.1 步进测试
题目要求具有“+”“-”步进调整功能，步进小于等于10mA，发挥部分要求步进1mA,本设计具有步进调整10mA和1mA功能。完全符合发挥部分的要求并对功能进行了扩充。
4.2纹波系数的测试
4.2.1 纹波电流测试
本设计要求电流小于0.2毫安，根据恒流源模块电路，用低频交流毫伏表测采样电阻（康铜丝绕制而成，由于该电路为直流电路没交流成分，所以不会产生感抗）两端的电压，同过公式：纹波电流（Iw） = 纹波电压(Uw)/采样电阻（1欧），通过测试，列表如下：
表4.2 纹波系数测量
示波器的型号为：江苏电子仪器集团有限公司生产的 YB43020B
4.2.2 纹波系数测试
由于电源电路存在纹波系数，必须尽量减小纹波系数，本设计采用措施有：
ⅰ电源大面积共地（注意大电流与小电流不能共地）
ⅱ在整流桥后加大电容虑波，本设计采用约为10000uF
ⅲ 为了进一步避免纹波电压对电路的干扰而产生的纹波电流，本设计又加入了有源滤波电路。电路如图4.1其滤波效果相当于121C ??ββ 的容量的电容的滤波效果这样进一步减少了纹波电流系数
图4.1 有源滤波电路
五 数据处理
5.1康铜丝阻值测试
电路中需要1欧的大功率电阻，本设计用HZ2790型的LCR 数字电桥（北京瑞普电子仪器厂生产）测量康铜丝的阻值，该仪器短路电阻为0.056欧，加上康铜丝后电阻值为1.056欧，误差为0.001欧，精度为0.001。
5.2 误差测试
下面列出部分电流值及其对应的理论和实际的数字量，其中对应码值为输入电流对应数模转换所需要的码值，实际码值为单片机根据输入电流值处理后送到数模转换器的码值如表5.1所示。
表5.1 误差测试表
通过测试发现，结果的最大误差为当输入电流为32mA时，误差为1mA.小于输出电流的0.1%
32=
1.0
?
mA032
mA
.0
%
而题目中发挥部分要求输出电流变化的绝对值≤输出电流的0.1%+1mA，即1.032，而本设计测量出来的误差值小于规定的误差值。
六发挥与创新
（1）输出电流范围为0mA～2050mA，步进1mA,功能比发挥部分功能更优越；
（2）具有测试与显示输出电流的数字显示表,测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+2个字,达到发挥部分要求；
（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≤输出电流值的0.1％+1 mA；
（4）纹波电流达到规定要求小于0.2mA;
（5）其他:本设计具有利用数字拨码开关,可使系统脱离单片机工作,这样可以校正系统误差
详细介绍见各功能模块介绍。
参考文献
[1]童诗白，华成英模拟电子技术基础高等教育出版社2003年
[2]陈明荧8051单片机设计实训教材清华大学出版社2004年
[3] 全国大学生电子设计竞赛组委会第四届全国电子设计竞赛获奖作品
选编北京理工大学出版社2001年
[4] 张友德赵志英途时亮单片微型机原理应用与实验复旦大学出版社
2004年
[5] 阎石数字电子技术基础高教出版社2004年
仪器仪表
[1]YB1731A2A直流稳压电源江苏绿扬电子仪器集
[2]YB54100双通道数字存储示波器江苏绿扬电子仪器集团有限公司
[3]YB43020A双综示波器江苏绿扬电子仪器集团有限公司
[4]伟福E6000/L仿真器南京伟福实业有限公司
[5]51/PIC单片机实验仪北京革新科技有限公司
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
数控直流稳压电源设计任务书（doc 8页）
《电子线路仿真》课程设计报告DESIGN REPORT ON SIMULATION OF ELECTRONIC CIRCUIT 题目数控直流稳压电源学科部、系：信息学科部
2.1总体设计方案说明 根据设计任务要求,数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分:数字控制部分,D/A变换器及可调稳压电源。数字控制部分用+，-按键控制一可逆二进制计数器,二进制计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A变换器转化为相应的电压。此电压经过相应的放大后去控制电源的输出，使稳压器输出的电压为1V的步进增加。 2.2模块结构与方框图 Ui Uo 第三部分单元电路设计与参数计算 3.1 可逆计数器模块 3.1.1 模块电路及参数计算 电 压 可 逆 稳 压 反 馈 数 显 D/ A
3.1.2 工作原理和功能说明 因为要求是输出5-15V的电压，只十一个电压值，而计数器74193是一个16进制的可逆计数器。我们只要用从0计数到10的几个状态，这可以通过反馈的方法实现。当74193输出0时，最后输出为5V。不能再减小了。所以通过一个四输入的或门输入到与非门U10使减“-”失效，计数器不能减计数，只能加。当加到6时或门反馈的数为1，通过U10后计数器就可以减计数了。同理，当输出15V时，74193输出为10,电压不能再加了。通过反馈输出一个0使加计数失效，电压停在15V。此时电压只能减，只有按“-”的按键减小电压。 3.2 D/A转换模块 3.2.1 模块电路及参数计算 3.2.2 工作原理和功能说明 这一模块是最主要的一个模块，左下方从左到右依次接74193输出端的Q1Q2Q3Q4,输入端依次接入的是0000～1010，这个电路的作用就是把这些数字信号转换成模拟信号。根据公式UO1=-Rf （UH/R16*D0+UH/R15*D1+UH/R19*D2+UH/R20*D3） 其中R16=2R15=4R19=8R20,根据二进制转十进制的计算公式可知，只要调节Rf到一定的值，就可已得到想要的模拟信号电压的大小。其实这是一个简单的求和电路，在模电书上可以找到。加
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 DC Current 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. Use STC89C52 MCU 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 "-" stepping for 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured result at the same time, for easy operation and error analysis. Keywords:STC89C52 Numerical control Current source 1 设计方案的选择 1.1电路综合设计流程
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
一、项目参加人员、负责内容以及技术特长： 二、项目背景 数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。 随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。
（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。
全国电子设计大赛培训班设计报告（数控电压源） 组员：龚文周、彭玉琴、李冻秀、胡高丽 1．实验任务 本次实验是以89C51单片机为控制单元,以数模转换器DAC0832输出参考电压,以该参考电压控制电压转换模块LM350的输出电压大小。该电路设计简单,应用广泛,精度较高等特点。 2. 对选用芯片说明 DAC0832是一款常用的数摸转换器,它有两种连接模式,一种是电压输出模式,另外一种是电流输出模式,为了设计的方便,选用电压输出模式,如电路图所示,Iout1和Iout2之间接一参考电压,VREF输出可控制电压信号。它有三种工作方式：不带缓冲工作方式,单缓冲工作方式,双缓冲工作方式。该电路采用单缓冲模式,由电路图可知,由于/W R2=/XFER=0,DAC寄存处于直通状态。又由于ILE=1,故只要在选中该片（/CS=0）的地址时,写入（/WR=0）数字量,则该数字信号立即传送到输入寄存器,并直通至DAC寄存器,经过短暂的建立时间,即可以获得相应的模拟电压,一旦写入操作结束,/WR1和/CS立即变为高电平,则写入的数据被输入寄存器锁存,直到再次写入刷新。 3. 软件系统 软件的设计主要完成三方面的功能: 1.设置电压并且保存,主要是对EEROM的操作。 2.把设置的电压送到DA,主要是对DA的操作。 3.中断显示,把设置的电压显示到LED数码管上。 该数控电压源实现保存最近10电压功能,当打开电源的时候,它显示和输出的必须是上次使用电压大小,所以在EEROM中使用11个地址保存数据,第一个地址保存当前电压编号,大小为1~10。第2个地址~第11个地址连续保存10个电压大小数据。电压编号的大小分别对应到相应地址电压大小。 对软件流程做一下说明：当电源打开的时候,MCU进行复位,寄存器清零。接着电源应该显示和输出上次关机前的电压大小,这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号,根据电压编号读出对应电压,把该数据送到DA,在转换成BCD码送到显示部分。这时候程序循环检测是否有按键信号,如果KEY1按下,电压编号指向下一个,保存该电压编号,读对应电压,把他送到DA并且显示。如果KEY2按下,当前电压数据加1,相对应输出电压（POWER—OUT引脚）增加0.1V,保存设置电压数据。如果KEY3按下,电压数据减1,输出电压 减少0.1V,保存设置电压数据。 4．电路原理图
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。
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 ．
基于单片机的数控电压源课程设计 一．系统硬件设计结构框图 本数控直流稳压电源的设计以一稳压电源为基础，以高性能单片机系统为控制核心，以稳压驱动放大电路、短路保护电路为外围的硬件系统，在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制，通过对稳压电源输出的电压进行数据采样与给定数据比较，从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的输出电流大小。本数控直流稳压电源实现以下功能：键盘可以直接设定输出电压值；可快速调整电压；LCD显示电压值等。 1.1 8051简介 我们采用8051系列的AT89S51作为CPU，AT89S51是一种带4K字节FLASH可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 1．2 主要特性 1）与MCS-51兼容； 2）8位字长的CPU； 3）可在线ISP编程的4KB片内FLASH存储器，用于程序存储，可擦写1000次； 4） 256B的片内数据存储器，其中高128字节地址被特殊功能寄存器SFR占用；
5）可编程的32根I/O口线（P0～P3）； 6）2个可编程16位定时器； 7）一个数据指针DPTR； 8）1个可编程的全双工串行通信口； 9）具有“空闲”和“掉电”两种低功 耗工作方式； 10）可编程的3级程序锁定位； 11）工作电源的电压为5（1±0.2）V； 12）振荡器最高频率为24MHz； 13）编程频率3 ～24 MHz，编程电流 1mA，编程电压为5V。 1．3芯片引脚排列与名称 DIP封装形式的AT89S51的芯片引脚排 列与名称如图1所示。 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位，并行，图1 AT89S51的芯片引脚排列与名称 漏极开路双向I/O口，作为输出时可驱动8个TTL负载。该口内无上拉电阻，在设计中作为D/A，A/D及液晶显示器的数据口。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，该口在设计中低四位作为键盘输入口，高四位与RST作为在线编程下载口。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收/输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，可作为输入。在作为输出时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。该口在设计中作为D/A，A/D及液晶显示器的控制口。 P3口：P3口管脚是带内部上拉电阻的8位双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表1所示： 表1 各端口引脚与复用功能表
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,
数控直流稳压电源设计 [摘要]本文介绍了以8051单片机为控制单元，以数模转换器DAC0832输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块LM317的输出电压大小。该电路设计简单，应用广泛，精度较高等特点。LM317系列三端可调式集成稳压器的方法。 [关键词] 单片机（AT89C51），数模转换器（D/A），液晶，键盘
一、设计任务 设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。 二、设计要求 1.基本部分 （1）输出电压：范围0～＋15V，步进0.1V，纹波不大于40mV；（2）输入电压值由液晶显示； （3）自制键盘，可以由键盘输入电压值； （4）输出电压值在输出端用万用表测得。 2．发挥部分 （1）输出电压可预置在0～15V之间的任意一个值； （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V 不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。 图1设计示意图
目录 引言 (1) 1、设计原理与总体方案 (2) 2、硬件电路设计 (3) 2.1 DAC电路 (3) 2.2 AGC控制电路 (4) 2.3 键盘部分 (6) 2.4 显示部分 (7) 2.5 稳压输出 (8) 3、软件设计流程 (9) 4、总体设计电路 (10) 5、调试过程与结果分析 (11) 5.1调试过程 (11) 5.2结果分析 (11) 总结 (13) 参考文献 (14) 附录1 元件清单 (14) 附录 2 参考源程序…………………………………………… 15
引言 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多, 但均存在以下二个问题: 输出电压是通过粗(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。 而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。利用数控直流电源，可以达到每步0.04 V的精度，输出电压范围0-15V。。
简易数控直流电源
数控直流电源是一种常见的电子仪器，广泛应用于电路，教学试验和科学研究等领域。目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化发展。以单片机系统为核心而设计的新一代——数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用数输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。 关键词：数控直流电源单片机 ABSTRACT Numerical control dc power is a common electronic instrument, is widely used in the circuit, the teaching experiment and scientific research, etc. Current use of controlled most of the dc power supply is the point start, the use of the device division, big volume, low efficiency, poor reliability, operation convenience, not high failure. With the development of electronic technology, various kinds of electronic, electrical equipment to improve the performance requirements of power, the power supply, high efficiency, the constant digital modular and intelligent development. Based on the single chip computer system as the core and the design of a new generation of numerical control dc power, it-not only circuit is simple, compact structure, the price is low, superior performance, and because the single-chip microcomputer with the calculation and control ability, use it for data, so as to eliminate all kinds of calculation and reduce the error caused by the analog circuit, output voltage and current limit the number of the keyboard input way, the power supply appearance, convenient in operation, has higher application value. Key words：Numerical control dc power Single-chip microcomputer
数控直流稳压电源实验报告 学院：信息学院 专业：电气工程与自动化 班级：12自动化班 姓名：陈志强 学号： 3 指导老师：胡乾苗 2014年7月8日 数控直流稳压电源 一、系统初步设计 直流稳压电源框图： 我们只对稳压电路部分进行设计，前三部分利用现成的实验室稳压电源。即 U=实验室稳压电源的输出电压 I 1.1.1 设计任务 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。 1.1.2 基本要求 （1）输出直流电压调节范围0-15V，纹波小于20mV。 （2）输出电流0-500mA。 （3）稳压系数小于0.2。 （4）输出直流电压能步进调节，步进值为1V。 （5）由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减。 （6）用数码管显示输出电压值，当输出电压为15V时，数码管显示为“15”。 1.2基本工作原理 1.2.1 串联型稳压电路
稳压电路较常用的串联型线性稳压电路具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点，其原理图如图1所示。输入电压为整流滤波电路的输出电压。稳压电路的输出电压为： （1-1） 由式（1-1）可知输出电压与基准电压为线性关系，当改变UZ 的大小，则输出电压也将发生变化。如果此基准电压时一个数控基准电压，则此稳压电路就可以构成一个数控的稳压电源。 图1 串联稳压电路原理图 1.2.2 数控基准电压源 数控基准电压源的原理框图如图2所示。数控基准电压源的电压大小可以通过可逆计数器预置数据，计数器的内容对应于稳压电源的输出电压，同时该计数值经译码显示电路，显示当前稳压电源的输出电压。计数器的输出送至D/A 转换器，转换成相应的电压，此电压去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出 电压以1V 的步进值增或减。 图2 数控基准电压源框图 1.2.3 数字直流稳压电源总框图 图3 数字直流稳压电源总框图 二．单元电路设计系统 单脉冲通常可以用按键产生，实际的电路有多种形式，可以由门电路构成，也可以由集成单脉冲触发器构成。 按键闭合：C 充电，τ充=R 1C ，按键断开：C 放电，τ放=R 2C ，G ：施密特触 1 2 2()N O U U R R R =+1 2 2 ()P U R R R =+ U 'O