数控直流电流源的设计
数控直流电流源设计报告
数控直流电流源作品功能简介：在电子作品的设计、应用或测试中，一个稳定、精度高的电源尤为重要，为直流电源的应用更是广泛。
本作品就是为其它设计的应用或测试提供一个稳定性高、精度高的直流电流源。
本组的作品的设计方向就是稳定性高、精度高、纹波小、驱动能力强。
本作品有两个个主要功能：功能一：输出20到2000mA的稳定电流，并且步进值可调（1mA、5mA、10mA、100mA）。
功能二：可实时测试并显示负载上的电流值。
功能三：有相应的提示功能。
（一） 方案论证与比较从控制论的角度来看，某一系统要达到较高的控制精度，必须采用闭环控制。
闭环的电流控制系统可以由如下的原理框图来表示：由上述原理框图可以知道，数控直流电流源的设计主要考虑三个方面的问题：电流控制器设计、功率放大电路设计和电流检测方法。
此外，从电子系统设计的角度，还需考虑系统电源的设计。
1．电流控制器设计电流控制可以有多种方案，如基于PWM 技术的开关电源方案、基于模拟器件的模拟反馈压控方案、以及基于微控制器的数字反馈数控方案。
方案一：基于PWM 技术的开关电源方案。
通过PWM 技术来调节开关电源的电压输出，控制PWM 信号的调制脉宽就可以控制输出电压，从而达到控制输出电流的目的。
该方案适合要求高功率输出的交流系统，同时电源效率上具有很大的优势，但是开关电源必然引入纹波噪声，在高精度要求的直流系统中，对滤波电路的要求非常高,难以实现。
题目对电流精度及纹波要求很高，该方案难以胜任。
方案二：基于模拟器件的模拟反馈压控方案。
该方案采用三极管或集成运放，组成电流串联负反馈电路，三级管或运放工作在深度负反馈状态下，具有良好的压控恒流特性。
典型的电路结构如图2所示。
图2中，Re 相当于取样电阻，输出R L 上的电流通过Re 在运放的输入端形成负反馈，由运放的虚短虚断，忽略三极管的基极电流，则可得到输出电流I L 的表达式：图2 模拟反馈压控方案典型电路I L =Vi / Re ⑴ 此方案实质上是由模拟器件作为了控制器，调节速度快，系统的跟随性好，即动态性能优越；但是，由于模拟器件固有的非线性特性，式⑴的精确度受到影响，电流控制稳态图1 闭环电流控制系统原理框图性能不够良好。
数控直流恒流源的设计 (附外文翻译)
数控直流恒流源的设计摘要直流恒流源是提供稳定直流电流的电源装置，是科学实验和设备调试中的一种必备设备。
本文介绍了采用AT89C51单片机为主控制器，通过键盘来设置直流恒流源的输出电流，并由数码管显示电流设定值的数控直流恒流源。
本系统由单片机程控设定数字信号经过D/A转换器输出模拟量，再经过V/I转换电路的转换输出不同的电流。
输出电流范围为10～100mA，电流设置步进为1mA，输出电流调整率≤2%。
本文主要分析了数控直流恒流源系统的设计需求，阐述了数控直流恒流源的软硬件的设计原则，介绍了数控直流恒流源各模块电路的功能及设计思路，完成了数控直流恒流源系统的全部设计，给出了完整的电路图和程序。
本文设计的重点是单片机主控系统和D/A转换电路，设计的难点是高线性、高稳定度的电压/电流转换电路（V/I转换电路）。
测试结果表明，本系统能满足需要高稳定度的小功率直流恒流源领域的应用要求。
关键词数控恒流源 V/I转换ABSTRACTNumerical control DC constant current source is to provide a stable DC power devices, and equipment for scientific experiments debugging necessary equipment. This paper instructed the numerical control DC constant current source which makes use of the AT89C51 version single chip microcontroller is the main controller in this system, while the set value and the real output current can be displayed by LED. In this system, the digitally programmable signal from Single Chip Micro controller is converted to analog value by D/A converter, and then transited by voltage/current converter circuit, so adjustable output different current. Output current range of 10~100mA, current set of 1mA step, the output current adjustment rate of less than 2%.This paper analyzes the numerical control DC constant current source system design needs, expounded numerical-controlled DC constant current source of the hardware and software design principles, instructed the numerical-controlled DC constant current source circuit of the module function and design ideas, completed the numerical-controlled DC current source of all design, and the circuit is complete and procedures. This paper focuses on the design of the control system microcontroller and D/A Conversion Circuit, The difficulty in the design of high linearity, high stability of the voltage/current converter circuit (V/I Conversion Circuit). The test results have showed that it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low power.KEY WORDS numerical control constant current source V/I convert目录前言 (1)第1章系统总体设计 (2)1.1 系统设计任务与要求 (2)1.1.1 系统设计任务 (2)1.1.2 系统设计要求 (2)1.2 重点研究内容与实现方法 (2)1.2.1 重点研究内容 (2)1.2.2 实现途径及方法 (3)1.3 系统总体方案设计 (3)1.3.1 主控模块 (3)1.3.2 键盘与显示模块 (4)1.3.3 恒流源模块 (4)1.3.4 存储器扩展模块 (4)1.3.5 电源模块 (5)1.3.6 系统原理框图 (5)第2章系统硬件各功能模块的设计 (6)2.1 主控模块的设计 (6)2.1.1 AT89C51单片机简介 (6)2.1.2 D/A转换电路的设计 (7)2.1.3 恒流源电路的设计 (9)2.1.4 数据存储器的扩展 (10)2.1.5 系统资源分配 (11)2.2 人机接口的设计 (12)2.2.1 键盘的设计 (12)2.2.2 显示电路的设计 (14)2.3 系统抗干扰设计 (15)2.3.1 看门狗电路的设计 (15)2.3.2 电源供电系统的设计 (16)2.3.3 基准电压的设计 (17)第3章控制软件的设计 (19)3.1 主程序的设计 (19)3.1.1 读写EEPROM子程序的设计 (19)3.1.2 键盘处理子程序的设计 (20)3.1.3 D/A转换子程序的设计 (20)3.2 键盘中断服务程序的设计 (21)3.3 显示中断服务程序的设计 (21)3.1.1 正常显示程序模块 (21)3.1.2 闪烁显示程序模块 (21)第4章系统调试 (28)4.1 硬件仿真调试 (28)4.2 软件的调试 (31)4.3 数据测试及误差分析 (35)第5章结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)附录1：电路原理图 (44)附录2：源程序 (48)附录3：英文原文 (62)附录4：中文译文 (69)前言直流恒流源是提供稳定直流电流的电源装置，是科学实验和设备调试中的一种必备设备。
(数控加工)数控直流电流源设计报告精编
（数控加工）数控直流电流源设计报告数控直流电流源一、设计任务和技术要求1.设计壹个数控直流电流源。
2.输出电流0～99mA，手动步进1mA增、减可调，误差不大于0.01mA。
3.具有输出电流大小的数码显示。
4.负载供电电压+12V，负载等效阻值100Ω。
5.电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性。
6.设计电路工作的直流供电电源电路。
二、系统原理概述本设计要求设计出壹个数控的直流电源，且且输出电流为0～99mA，能够手动控制增减。
在此采用数模转换的原理，只要产生和0～99mA电流相对应的数字量（我们取数字量为0～99），再使用D/A转换器转换为模拟电压量，最后再用V/I转换器将电压量转换为和电压量相对应的电流量即可。
为控制输出电流手动步进为1mA增、减可调，我们只要保证数字量（0～99）——电压量（0～9.9V）——电流量（0～99mA）相对应，通过控制数字量手动增减步进为1可调即可。
综上，整个系统的原理框图如图壹所示：图一系统原理框图三、方案论证1.直流稳压电源电路单元小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。
如图二所示：图二稳压电源组成示意图方案壹：输出可调的开关电源开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护和过流保护，可是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本设计中不适合此方案。
方案二：由固定式三端稳压器组成由固定式三端稳压器（7805、7812、7912）输出脚V0、输入脚V i和接地脚GND组成，它们的输入端接电容能够进壹步滤波，输出端接电容能够改善负载的瞬间影响，且且此电路也比较稳定，实现简单。
因此在此采用方案二，电路原理图如图三所示：图三固定三端式直流稳压电源电路2.手动增减数字量产生单元方案壹：74LS163为可预置的4位二进制同步加法计数器。
采用俩片74LS163运用反馈清零或者反馈置数法构成十进制计数器，再将俩片73LS163构成2位十进制加法计数器。
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。
数控直流电流源设计,毕业论文,毕业设计,数控,直流电源
数控直流电流源设计摘要本设计大致分五个模块：单片机控制模块、数模（D/A）转换模块、恒流源模块、模数（A/D）转换模块、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；显示模块采用数码管显示译码芯片与74LS47设计成10进制4位数码动态显示电路。
键盘模块采用常见单路复位开关，做成4×4矩阵键盘，用动态扫描方式读取外部按键动作，这样设计可靠，配合凌阳AT89S52单片机，可以很轻松的实现按键输入。
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。
关键词单片机键盘控制D/A转换恒流源A/D转换译码显示Constant Current Resource Digital ControlledABSTRACTThe design is divided into five modules: Single-chip control, digital-to-analog (D / A) conversion module, constant current source module, the output display module. To single-chip single - chip control module as the core of the input current signals to digital output; Constant current source modules will be D / A converter to the voltage analog circuit through the constant current source into a constant current; display module display digital 74LS47 decoder chip designed with 10-band digital dynamic display four circuits. Common use of the keyboard module reset single switch, make 4 * 4 matrix keyboard, using dynamic scanning button to read the external action, so that the design of reliable, with Sun plus AT89S52 microcontroller, can easily achieve the keystrokes. In addition, the design can achieve the current 0-2A and a ± 10mA and ± 1mA Step two, at the same time digital display of the current input.KEY WORDS Single - chip Keyboard control D / A converter A / D conversion Decoding show目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)1.1概述 (1)1.2课题的背景和意义 (1)1.3数控直流恒流源简介 (2)1.4恒流源的应用 (2)2 数控直流电流源整体设计 (3)2.1整体结构设计与论证 (3)2.2系统原理与基本框图 (5)3 硬件电路设计 (6)3.1单片机模块的设计 (6)3.1.1 单片机的选择 (6)3.1.2 单片机最小系统组成及AT89S52介绍 (6)3.1.2.1 AT89S52单片机功能特性描述 (6)3.1.2.2 AT89S52引脚功能描述 (7)3.2D/A转换模块设计 (11)3.2.1 D/A转换方案 (11)3.2.2 12位串行D/A转换芯片MAX538介绍 (11)3.2.2.1 性能特点 (11)3.2.2.2 主要参数 (12)3.2.2.3 内部结构 (12)3.2.2.4 引脚结构 (12)3.2.2.5 输入接口 (13)3.2.3 D/A转换模块电路 (14)3.3V/I转换模块设计 (14)3.3.1 V/I转换方案 (14)3.3.2 V/I转换电路 (15)3.4A/D转换模块设计 (17)3.4.1 A/D转换方案 (17)3.4.2 12位串行A/D转换芯片MAX197介绍 (18)3.4.2.1 MAX197的特性 (18)3.4.2.2 MAX197的结构 (18)3.4.3 A/D转换模块电路 (20)3.5显示模块设计 (21)3.5.1 显示电路方案 (21)3.5.2 译码器74LS47简要介绍 (21)3.5.3 LED显示器的工作原理 (23)3.5.4 显示模块电路 (25)3.6键盘模块设计 (26)3.6.1 键盘电路方案选择 (26)3.6.2 键盘模块的电路 (26)3.7电源模块设计 (28)3.7.1 稳压电路电源方案 (28)3.7.2 电源原理 (28)3.7.3 LM7805、LM7812简要介绍 (28)3.7.4 电源模块电路 (29)4 软件设计 (30)总结 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)1绪论1.1概述随着科学技术的迅速发展，人们对物质需求也越来越来高，特别是一些高新技术产品。
数控直流源的设计
简易数控直流电流源摘要基于STC89C52单片机作为整机的控制单元，通过功率放大电路、ICL7107电压测量等设计实现了一个简易数控直流电源。
其电压可预置，步进为0.1V，输出电压范围 0—9.9V。
输出电流为500mA。
步进调节输出电压幅度、预置电压和实测电压均可通过数码管显示。
本系统调整速度快，效率高，通用，输出纹波小等优点。
关键字：数控直流源步进加减功率放大数码管显示1引言在常规电路中，我们一般使用普通的自制电源。
输出电压V 15 。
然而却没有数码显示、电压预置和步进增减功能。
基于此，我们本次设计一个直流电流源。
该电源设计满足以下基本要求：（1）输出电压：范围0-9.9V ，步进0.1V 。
纹波不大于10mV ；（2）输出电流：500mA ；（3）输出电压值由数码管显示；（4）由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减；（5）为实现上述几部件工作，自制一稳定直流电源，±15V 、± 5V 输出。
系统的设计框图如图1所示图（１）总体设计框图2方案设计2． 系统设计2.1设计思路采用单片机作为控制器的简易数控直流电源设计方案框图如图一所示。
STC89C52完成系统的数控功能。
运放电路为功率放大单元的输入级，通过OTL 电路进行功率放大。
ICL7107和数码管为实际电压测量的反馈单元，为了达到设计的要求，我们需进行功率放大和显示电压。
本次设计的关键在于对DAC0832的控制和ICL71017的应用。
2.2方案比较与选择通过以上分析我们拟定如下方案：方案一：此方案采用传统的调整管方案，主要采用一套计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过D/A变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。
十进制计数器通过译码后驱动数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双计数器同步工作。
从而，难以控制单片机。
方案二：此方案的控制部分采用STC89C52单片机，输出部分采用ICL7107与数码管结合。
数控直流电流源的设计
《关于单片机数控直流的电流源设计》要：本文介绍了基于单片机的数控直流电流源设计方案，给出了硬件组成及软件系统。
本系统以单片机AT89S52为核心部件，由键盘、显示、D/A及A/D转换，V/I转换、功率放大等模块组成。
采用负反馈闭环控制系统，单片机实时将预置值和实测值进行比较、调整控制，提高了电流源的输出精度。
所设计的数控直流电流源采用PID算法实现了量程可选、输出可调、步进精确、纹波电流极小的功能，而且可将输出电流预置值、实测值在LED上同时显示。
经实验证明具有较高的控制精度。
关键词：单片机，电流源，数控，Ｖ/Ｉ变换0引言低纹波、高精度稳定直流电流源是一种非常重要的特种电源，在现代科学研究和工业生产中得到了越来越广泛的应用。
普通电流源往往是用电位器进行调节，输出电流值无法实现精确步进。
有些电流源虽能实现数控但输出电流值往往比较小，且所设定的输出电流值是否准确不经测试无法知道等等[1,2]。
为此，结合单片机技术及Ｖ/Ｉ变换电路，采用反馈调整控制方案设计制作了一种新型的基于单片机高精度数控直流电流源。
它可实现以下功能：（1）具有多个量程,用户可根据实际需要选定。
(2)输出电流值可精确预置,最小步进为1ｍＡ，最大输出电流2000ｍＡ。
(3)纹波电流极小，小于0.1ｍＡ。
(4)LED可同时显示预置电流值、实测电流值及当前量程档，便于用户操作及进行误差分析。
1 硬件系统设计根据数控直流电流源的要求，由于要求有较大的输出电流范围和较精确的步进要求以及较小的纹波电流，所以不适合采用简单的恒流源电路FET和恒流二极管，亦不适合采用开关电源的开关恒流源，否则难以达到输出范围和精度以及纹波的要求[3]。
根据系统要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，控制D/A的输入从而控制电流值的方法。
系统的原理框图如图1所示。
图1 系统的原理框图1.1 数控部分设计（1）89S52单片机基本系统：数控部分的核心采用89S 52。
数控直流电流源的设计
数控直流电流源的设计数控直流电流源设计是一种电源研发中不可或缺的一种技术。
数控电源设计的基本原理是以数字信号为控制信号，通过模数转换器将信号进行处理，并在输出端通过运放和功率器件实现电源输出。
数控直流电流源设计通常有多种实现方案，下面我们将对数控直流电流源的设计方案和基本要点进行介绍。
一、数控直流电流源的设计方案1. 数控直流电流源通过电压降进行电流调节在设计中，可以将一个负载电阻串联在直流电源输出端，用操作信号控制电压降，从而在电阻上产生稳定的电流。
不同电源的电压调整范围不同，具体电源需要合理选择电压控制元件并加以调节。
2. 数控直流电流源采用二极管式恒流源技术该方法的设计基于二极管的固有特性，二极管正向电流与其正向电压成指数关系，某种程度上追求了电流不随负载电阻和电源电压的变化而发生改变的目的。
3. 数控直流电流源采用电压转换及限流技术该技术基于集回控制回路和恒压限流控制回路于一身。
输入时，集成回路不变，恒压限流回路负责输出电流的保护和限制，保证负载操作安全可靠。
二、数控直流电流源的基本要点在设计数控直流电流源的时候，需要考虑以下要点：1. 电源适应范围。
在选择模拟电源芯片之前，需要考虑需要连接的负载电流大小、所需合适的输出电流、输出电压和功率等因素。
2. 稳定性。
电源的稳定性是评价数控直流电流源优劣的重要指标。
电阻、电容组成的稳压、稳流回路是保证电源稳定性的有效手段。
3. 真实性。
在设计中，需要考虑到负载电流变化所产生的响应状况并给出合适的解决方法。
在许多情况下，需要对设计方案进行优化和调整，以达到输出电流的更为真实性。
4. 安全性。
电源在工作过程中需要考虑对安全的保护。
对于短路保护、过载保护和过热保护等方面需要进行设计。
5. 控制模式。
需要考虑到数控直流电流源的控制模式。
包括区间控制、精密控制、PID控制、阶梯控制等模式，具体的应选取相应的模式根据需求需按体制进行设计。
总结：数控直流电流源设计是非常有挑战性的，需要精密技术，高质量的工程人员和一定的实践经验。
数控直流电流源设计
摘要：本次主要任务是使用Proteus、Multisim、PSPICE、TINA-TI、Matlab等电路仿真软件，设计仿真一个简易数控恒流源电路方案以微控制器为核心，设计一数字式直流电流控制系统，实现了可控的恒电流源．系统以89c52单片机为控制核心，通过12位D/A MAX5822控制输出电流、12位A/D MAX1241对输出电流进行检测，利用电流串连负反馈特性采用OP07和达林顿管组成的恒流源，实现一种宽范围、高精度、低纹波、带负载能力强的直流电源。
此外，该电流源可以通过键盘进行预置调整设定值，且输出通过LCD显示。
本次仿真所用的软件主要是Proteus与Multisim。
关键词：数控直流电流源 89C52 MAX5822 MAX1241 仿真目录1.设计任务与要求 (2)1.设计任务与要求 (3)1.1任务 (3)1.2要求 (3)2. 方案论证与比较 (4)2.1. 数控模块 (4)2.2.恒流源电路模块 (4)3 系统硬件组成及各部分的原理分析 (5)3.1数控电流输出及测量模块 (5)3.1.1数控电流输出 (5)3.1.2 测量电流输出 (6)3.2键盘与显示电路 (7)3.3恒流源电路 (7)3.4供电电路 (9)4 系统软件设计 (9)4.1软件的结构 (9)4.1软件流程图 (10)5电路各部分的仿真结果 (11)5.1显示和按键控制电路仿真 (11)5.2 DA转换仿真 (11)5.3 AD转换仿真 (12)5.4恒流源电路仿真 (13)6设计总结 (14)7附录 (15)1.设计任务与要求1.1任务设计并制作数控直流电流源。
输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V1.2要求用仿真软件对电路进行设计并仿真，使其满足以下要求：1、基本要求（1）输出电流范围：200mA～2000mA；（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≤给定值的1％+10 mA；（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，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA；（5）纹波电流≤2mA；（6）自制电源。
数控直流电流源的设计
精密压控电流源是本数控电流源的关键之所在，针对设计要求和使用需求、结合设计思路，精密电流源模块必须具备以下指标：纹波小于2mA，误差小于0.1%，具有低的输出失调。基于稳定性要求和以上考虑，电流源电路选择了经典的压控电流源电路，它负责与后级扩流模块连接，用电压控制后者，而使用电流反馈，这样可以保证有足够高的精度。该部分采用了高性能、低温漂、低失调的运算放大器OP77和精密元件组成，保证性能指标的良好发挥。
2.2显示器模块方案
采用19264D汉字图形点阵液晶显示模块同时显示电流给定值和实测值。使用LCD显示。LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示汉字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，且设计简单等特点。
2.3键盘模块方案
采用标准4X4键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，而且可以做到直接输入电流值而不必步进。
2.5扩流模块方案
为了克服传统扩流电路在高精度、高稳定性要求下的缺陷，追求一种精度高、稳定性好、对前级影响小的扩流电路，受到S类功率放大器的启发，本设计率先把S类放大器优秀的电压跟随器原理引入电流源电路之中。
2.6电源模块方案
系统需要多个电源，单片机、A/D、D/A、使用5V稳压电源，运放需要±12V稳压电源，同时题目要求最高输出电流为2000mA，电源需为系统提供足够大的稳定电流。综上所述，采用三端稳压集成7805、7812、7912分别得到+5V和±12V的稳定电压，利用该方法实现的电源电路简单，工作稳定可靠。
图4 液晶显示器电路图
3.4.A/D与D/A转换器电路设计
A/D转换器选用双通道16位AD转换器AD7705。其串行数据接口包括5个：片选输入口 ，串行施密特逻辑输入时钟SCLK，数据输入口DIN，转换数据输出口DOUT，指示数据准备就绪的状态信号输出口。对于D/A转换器，由于设计基本要求，电流的输出范围为20mA～2000mA，将最高输出电流2000mA进行十进制～二进制转换有： ，要满足步进为1mA的要求，需选用十二位的D/A转换器，TLC5618是较好的选择。其电路如图5所示：
数控直流电流源设计制做
数控直流电流源1 方案比较，设计与论证1.1 控制方案比较方案一（见图1）此方案是传统的模拟PID控制方案，其优点是不占用CPU处理器的时间，对处理器性能的要求比较低。
但模拟PID控制方式的参数不易匹配，调节时间长，难以把精度做得很高，并且难以实现题中要求的良好的人机交互功能。
图1 控制方案一框图方案二（见图2）此方案采用摩托罗拉16位DSP芯片56F807为核心处理器来实现，该平台具有高处理速度，适合实现复杂的算法和控制。
这种方案可以方便地实现PID的控制算法。
本设计采用了方案二。
图2 控制方案二框图1.2 检测方案比较方案一 直接对负载进行采样直接对负载进行采样简单易行。
但由于负载电阻为可调节电阻，输出可能有电流可能会受接触电阻的变化而不稳定，故不宜选取。
方案二 对采样电阻进行采样采样电阻采用标准精密电阻，阻值稳定，将阻值的变化对电流的影响降低到最小程度。
另外，对采样电阻进行采样，有效避免了外接测量电路对电流的影响。
因此采用方案二。
2 理论分析2.1 PID 控制算法PID 是一种在单片机控制中常用的算法, PID 控制由于其具有控制方法简单、稳定性好、可靠性高和易于现场调试等优点，被广泛应用于工业过程控制。
其输入e (t)与输出u (t)的关系为[1]⎰++=t d i p dtde(t)K d e(τK e(t)K u(t)0)τ 数字PID 控制算法是以模拟PID 调节器控制为基础的，由于单片机是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差计算控制量。
但是如果采样周期T 取得足够小，采用数值计算的方法逼近可相当准确，被控过程与连续控制十分接近。
离散化后的PID 算式为：[1]()001u e e T T e T T e K u ij i i d j i i i +⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=∑=- 式中：K : 比例系数u o : 偏差为零时的控制作用T i : 积分时间T d : 微分时间T : 采样时间以上公式称为位置式算法。
数控直流电流源的设计与实现
数控直流电源的设计与实现一、实验目的１．了解数控技术和电源技术。
２．熟悉微机原理及其接口技术。
３．运用微机系统实现一个数控直流电源。
二、实验内容与要求基于80x86实验箱平台设计并制作数控直流电源。
要求由键盘预置输入直流电压在0～＋9.9V之间的任意一个值，数控直流电源输出，且输出电压与给定值偏差不大于0.1V。
主要技术指标：（1）输出电压：范围0～＋9.9V，纹波不大于10mV，电压值由数码管显示；（2）具有“+”、“-”步进调整的功能，步进0.1V；（3）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）。
三、实验报告要求１．设计目的和内容２．总体设计３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明４．软件设计框图及程序清单５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法）四、总体设计采用8086处理机构成该系统的核心——数控模块，与基本接口实验板相连，通过软件编译实现设计各种功能的实现，输出部分也不再采用传统的调整管方式，而是在D/A转换后，经过稳定的功率放大电路得到。
由于使用了微处理器，整个系统可编程实现，系统的灵活性大大增加。
系统设计框图如图1所示。
图1 方案三系统设计框图为实现数控直流电源的各项功能，系统分为三个组成部分：键盘/显示电路，数控模块，稳压输出电路。
下面介绍系统各部分的基本功能：（1）键盘/显示电路：该电路的显示部分又可分为电压预制值显示电路和电压实际输出值显示电路。
系统利用可编程并行接口8255单元电路构成实验板上4*4小键盘的接口和LED 数码管电路的接口，从而识别键码同时显示电压预置值；在得到实际输出值后，实验板上提供了模数转换ADC0809单元电路，转化成数字量后传递给LED数码管就可以显示实际输出值。
（2）数控模块：该部分主要由8086微处理器和数模转换DAC0832单元电路组成。
其中通过编写汇编语言程序控制8086微处理器快速完成各功能所需的复杂运算，然后数模转换电路DAC0832可将运算所得的数字量转换为模拟量。
课程设计—数控直流电流源
湖南商学院综合电子设计实验数控直流电流源的设计学院：计算机与电子工程学院学生姓名：许朝霞、张望辉、胡啸学号：090910059、090910070、090910066 指导教师：苏岱安职称副教授专业：电子信息工程班级：电信 0902完成时间： 2012 - 10数控直流电流源1 设计任务及要求1.1 设计任务设计并制作数控直流电流源。
输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。
其原理示意图如下所示。
图1.1 原理图1.2 设计要求1.2.1 基本要求（1）输出电流范围：200mA～2000mA；（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≤给定值的1％+10 mA；（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，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA；1.2.2 发挥部分（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进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和实测值)，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≤输出电流值的0.1％+1 mA；（5）其他。
2 方案设计与论证2.1 设计思想采用改进型的单输出端单向电流源电路来产生恒定电流。
该方法是用精密电阻取样得到反馈电压，将反馈电压与高精度的参考电压比较得到误差电压，此误差电压经放大后输出控制调整管的导通程度，使预设电流值和实测电流值的逐步逼近，直至相等，从而达到数控的目的。
从题目的要求来分析，该题目最大的难点在于大电流输出和高精度控制，所以在具体的方案确定中，大电流、功耗，以及精度、误差等都是我们所必须要考虑和克服的。
2.2 方案论证对于数控直流电流源的设计有很多方案，下面做一下介绍：方案一：方框图如图2.1所示，数控直流电流源由键盘、控制器、显示器、数模转换、电压电流转换和模数转换等部分组成，键盘的作用是设定电流值和确定电流步进值；控制器的作用是将设定电流值的8位（或12位）二进制输出；显示器的作用是显示设定电流值；数模转换的作用是设定电流值的数字量转换为模拟量；电压电流转换的作用是将电压转换成恒定电流输出；模数转换的作用是将输出的模拟量再转换为数字量反馈到控制器，使实际输出电流值与设定电流值一致。
作品说明书—数控直流电流源
成都航院第六届科技创新竞赛——作品说明书题目：数控直流电流源系 别： 电子工程系姓 名： 李海军、蔡宗斌、魏峰鼎 班 级： 20733、20835、20835 指导教师： 曾伟一、曾友州 日 期： 2009年12月数控直流电流源设计——说明书制作人：李海军、蔡宗斌、魏峰鼎成都航空职业技术学院电子工程系一、方案论证本系统主要由单片机、显示器、键盘、电压控制电流源模块、电源等组成。
1．单片机的选择对单片机的要求：只要能够方便地扩展显示器、键盘等外设即可，其他并无特殊要求。
故我们选择的是MSP430.2．显示器的选择对显示器的要求：能够显示设定的输出电流、实际输出电流等；可以用6位以上LED数码显示器、液晶显示器或者触摸屏，LED使用比较方便，但液晶显示器和触摸屏显示信息量大，且可以显示汉字，人机交互的友好性强，所以不采用数码显示器。
而液晶显示器便宜实惠故选择它。
3．键盘选择单片机输入设备通常有键盘、拨码开关、触摸液晶屏等，也可以采用红外遥控的方法进行输入。
鉴于本设计中的输入设备主要用于设定输出电流值和（采用LED 数码显示器时）切换显示内容，故不方便采用拨码开关和红外遥控，所以选择键盘和触摸液晶屏作为输入设备都是可以的。
而本产品选择的是键盘作为输入设备。
4．压控电流源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、OPA541、PA05等；②运放＋晶体三极管放大；③可调集成稳压模块，如LM317。
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±40V，10～15A的功率，性能指标也较高，完全能够满足本产品的要求。
功率集成运放还可以双极性输出，但本产品只需单极性输出，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压集成芯片，通过调整其输出电压来实现负载的恒流特性。
特点：直接利用稳压片提供所需功率，只需要添加相应控制电路即可实现本产品的大部分要求，但是，其电流调整率指标只能达到0.5%～0.15%，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。
数控直流电流源
C1 C2
C3 C4
Ui n
1
V7 IN
8
0
5
VOUT
3
GND
C1 C2
C3 C4
R
RL
2
1 2
LM317构成电流源电路
LM3 17
Uin
3 VIN
VOUT 2
ADJ
C1 C2
C3 C4
U0 R1
R2
UO
(1
R2 R1
)1.25
电子系统设计-数控直流电流源设计
基本电流源电路
Uin 1K
I=Uin/R
U2B
5
L M358
7
6
RL
R I
Iout U 1 U 2 R
U
5
U
in
2
U
2
,U
6
U1 2
U 5 U 6 , Uin U 1 U 2
Iout U in R
R1 Uin
1 0K
R3
1 0K
R2 1 0K
5
B
U5
7
6
U6
R4 1 0K
R
U1 Io ut
U2 RL
电子系统设计-数控直流电流源设计
扩流后电流源电路
VCC
R3
8
Uin
R1 10K
1 0K
3
U2A 1
R5 1K
+5
2 L M358
RW
1 0K R2
R4 10K
4
根据 V3＝V2，得 恒流 源 Iout＝Uin/R
1 0K
VDD T IP122
Io ut R
RL
简易数控直流电流源毕业设计(优.选)
目录摘要 (3)Abstract (4)第1章绪论 (5)1.1 课题背景.......................................................................................................................1.2 技术发展历程...............................................................................................................1.3 本文的研究目的意义及主要工作...............................................................................1.4 小结............................................................................................................................... 第2章方案设计 ..................................................................2.1 方案比较与论证...........................................................................................................2.1.2系统设计方案选择.................................................................................................2.1.2压控恒流源的选择.................................................................................................2.1.3显示方案选择.........................................................................................................2.2 总体设计方案...............................................................................................................2.3本章小结........................................................................................................................ 第3章硬件电路设计 ..........................................................3.1 电源电路设计...............................................................................................................3.1.1 TL7660简介...........................................................................................................3.1.2 电源电路设计........................................................................................................3.2 控制电路.......................................................................................................................3.2.1 单片机时钟电路....................................................................................................3.2.2 单片机复位电路....................................................................................................3.2.3 控制电路设计........................................................................................................3.3 D/A转换电路................................................................................................................3.4 压控恒流源电路...........................................................................................................3.4.1 LM324简介............................................................................................................3.4.2压控恒流源电路设计.............................................................................................3.5 显示电路.......................................................................................................................3.5.1 74LS164简介.........................................................................................................3.5.2 显示电路设计........................................................................................................3.6 本章小结....................................................................................................................... 第4章软件程序设计 ..........................................................4.1 主程序设计流程...........................................................................................................4.2 程序设计.......................................................................................................................4.3 本章总结....................................................................................................................... 结论.........................................................................................致谢......................................................................................... 参考文献................................................................................. 附录A 基于AT89S51单片机的电路原理图 ..................... 附录B 基于AT89S51单片机的源程序 .............................摘要随着电子技术的飞速发展，电子设备越来越多，而电子设备要工作都需要有电源能够为其通电。
- 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)。
数控直流电流源的设计
1．设计思路
本设计以ATmega16L为核心，通过A/D、D/A转换、V/I转换及独特的算法实现高精度的，电流输出范围为20mA～2000mA的数控直流电流源。
该电流源具有电流可预置，1mA步进，同时显示给定值和实测值等功能。
利用ATmega16L单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换，驱动压控恒流源电路实现电流输出。
输出电流经处理电路，作A/D转换反应到单片机系统，通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。
D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片 TLC5618，直接输出电压值，且其输出电压能到达参考电压的两倍，A/D转换器选用高精度16位模数转换芯片AD7705。
采用19264D汉字图形点阵液晶显示模块同时显示电流给定值和实测值。
使用LCD显示。
LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示汉字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，且设计简单等特点。
采用标准4X4键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，而且可以做到直接输入电流值而不必步进。
压控电流源模块方案
精密压控电流源是本数控电流源的关键之所在，针对设计要求和使用需求、结合设计思路，精密电流源模块必须具备以下指标：纹波小于2mA，误差小于0.1%，具有低的输出失调。
基于稳定性要求和以上考虑，电流源电路选择了经典的压控电流源电路，它负责与后级扩流模块连接，用电压控制后者，而使用电流反应，这样可以保证有足够高的精度。
该局部采用了高性能、低温漂、低失调的运算放大器OP77和精密元件组成，保证性能指标的良好发挥。
为了克服传统扩流电路在高精度、高稳定性要求下的缺陷，追求一种精度高、稳定性好、对前级影响小的扩流电路，受到S类功率放大器的启发，本设计率先把S类放大器优秀的电压跟随器原理引入电流源电路之中。
系统需要多个电源，单片机、A/D、D/A、使用5V稳压电源，运放需要±12V 稳压电源，同时题目要求最高输出电流为2000mA，电源需为系统提供足够大的稳定电流。
综上所述，采用三端稳压集成7805、7812、7912分别得到+5V和±12V的稳定电压，利用该方法实现的电源电路简单，工作稳定可靠。
图1 总的设计原理框图
单片机最小系统设计
采用ATmega16L为控制模块核心。
其单片机最小系统简单，容易制作PCB，算术功能强，软件编程灵活、可以通过JTAG调试接口将程序快速下载到芯片，方便的实现程序的更新，自由度大，较好的发挥C语言的灵活性，可用编程实现各种算法和逻辑控制，同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和本钱低等优点。
在本设计系统中的主要作用是：通过键盘模块输入给定的电流值或是步进调整信号传送给单片机，单片机在接受到信号后进行处理运算，并显示其给定的电流值，然后经D/A转换以输出电压，驱动压控电流源电路实现电流输出，并将采样电阻上的电流经过A/D转换输入单片机系统，通过补偿算法进行数值补偿处理，调整电流输出，并驱动显示器显示当前的电流值。
其电路如图2所示：
图2 单片机最小系统电路图
在本设计中，使用标准的4x4键盘，可以实现0～9数字输入，“+〞、“-〞、“设置〞。
其电路如图3所示：
图3 键盘的电路图
本设计采用RT19264D STN型汉字图形点阵液晶显示模块，与单片机接口采用8位并行接法，用于显示设定值与当前测量值。
其电路如图4所示：
图4 液晶显示器电路图
A/D 转换器选用双通道16位AD 转换器AD7705。
其串行数据接口包括5个：片选输入口 ，串行施密特逻辑输入时钟SCLK ，数据输入口DIN ，转换数据输出口DOUT ，指示数据准备就绪的状态信号输出口。
对于D/A 转换器，由于设计根本要求，电流的输出范围为20mA ～2000mA ，将最高输出电流2000mA 进行十进制～二进制转换有：102(2000)(11111010000) ，要满足步进为1mA 的要求，需选用十二位的D/A 转换器，TLC5618是较好的选择。
其电路如图5所示：
图5 A/D 与D/A 转换器电路图
通过该电路把电压转换成恒定电流输出。
其电路如图6所示：
图6 压控电流源电路图
其电路图如图7所示：
图7 扩流单元电路图
在本设计中,运放需±12V供电，单片机和A/D、D/A需5V供电，采用三端稳压器7805、7812、7912构成一稳压电源。
电路如图8所示：
图8稳压电源电路图
4.小结
本系统以单片机ATmega16L为核心部件，利用A/D进行数值采集，D/A补偿等技术结合并配合补偿算法实现了题目中要求的精度。
在系统设计过程中，力求硬件电路参数合理，线路简单，发挥软件编程灵活的特点，可以通过屡次的调试，不断提高系统的精度和电流的稳定性，来满足系统设计的要求。
由于时间关系，该系统还有许多值得改良的地方。
在本次设计的过程中，遇到了许多困难和意料之外的事情，设计进度比拟慢，但通过仔细的分析和进行多方面的调整后解决了问题。
我自认为从中提高了自身的综合能力。
在此，感谢指导老师对我的帮助，谢谢。