基于单片机的数控直流电流源设计与实现
基于单片机的程控直流电流源设计
毕业设计 [论文]题目：基于单片机的程控数字直流电流源设计学院：电气与信息工程学院专业：自动化姓名：宋晓明学号：092409232指导老师：徐安峰完成时间：2013.5.25摘要随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，人们对程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“程控恒流电流源”进行研究论证，并运用Proteus软件进行仿真。
设计由两大模块组成：①单片机应用系统模块；②大功率压控电流源模块。
设计采用AT89S52单片机应用系统，由TLC2543对精密电阻康铜丝的电压进行监控，由LTC1456直接控制输出电压，单片机、A/D、D/A三者组成控制系统，形成闭环回路，保持恒流。
电流源采用4×4矩阵键盘进行设定，并采用LCD显示界面。
运用Proteus软件仿真，实现输出电流范围为200mA~2000mA，满足步进10mA，可以同时显示电流的给定值、仿真测试值、负载电压值、负载电阻值。
关键词：电流源；稳压电源；AT89S52；LCD显示；ProteusABSTRACTThe 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 controlling constant current power" of SCM controlling and apply Proteus to simulating software. This design includes two module: ①SCM application system module; ②superpower voltage controls current power module. This design adopts AT89S52 SCM application system, monitoried by precision resistance constantan wire voltage corresponding of TLC2543 and controlled and putout voltage directly by LTC1456, which three aspects consist of controlling system and being closed loop circuit to keep constant cuurent. Current souce adopts 4×4 matrix keyboard to set and LCD display interface. Applying Proteus simulation software to realizing the range of output current as 200mA~2000mA satisfies stepping 10mA,displaying set-value, simulation values, load voltage value and load load resistance value of current simultaneouslyKey words Current source；Manostat ；AT89S52；LCD display；Proteus目录1 绪论 (1)1.1 程控直流电流源的发展现状 (2)1.2 程控直流电流源的研究意义 (2)1.3 该研究解决的主要内容 (3)2 设计任务及要求 (4)2.1 设计任务 (4)2.2 发挥部分................................................................................... 错误！未定义书签。
基于单片机的数控电流源的设计
南京邮电大学实验开放项目项目名称：基于单片机的数控电流源设计学院：光电工程学院导师：张胜姓名：石晓娜、梅阳阳、丁嘉毅、赵敏、朱振东二零一四年二月基于单片机的数控电流源的设计摘要恒流源,是一种能够向负载提供恒定电流的电源。
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。
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、脉冲产生电路中得到了广泛应用。
本文设计了一种基于单片机控制的数控直流恒流源。
该恒流源以STC-89C52为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器LM324和自制达林顿管构成恒流源的主体，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制。
人机接口采用4×4键盘及LCD数码管显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。
在软件设计上采用增量式PWM控制算法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。
该系统已基本达到预期的设计目标，具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点，可以应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。
关键词：恒流源、PWM控制算法、数字控制、单片机控制引言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，设备和外围条件越优越，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。
众所周知，许多科学实验都离不开电源，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，然而目前实验所用的直流电源大多输出精度和稳定性不高；在测量上，传统的电源一般采用指针式或数码管来显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值。
使用上若要调整精确的电压或者电流输出，须搭配精确的显示仪表监测，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要当心漂移，使用起来非常不方便。
基于单片机的数控直流电流源设计
忽略集成运放器的输入偏置电流，结果负载Ｒ。上输出 电流ＩＦＵ。瓜。，此输出电流的极性可由外加电压Ｕ。控 制，而负载电流大小则决定于ｕ。和Ｒ。的数值ｉ３Ｊ。
Ｔｌ和Ｔ２组成ＮＰＮ型达林顿复合管电路，以满足 输出电流大的要求１４１。达林顿管、运算放大器采用１５Ｖ 电源供电。
动值及越限次数等有用信息打印出来。
的键盘与单片机接口时只需要８根Ｉ／Ｏ口线，并且键盘 上各按键功能的分配可以通过软件设计做得十分合 理。设置０～９共十个数字键，步进键“＋”、“一”等。利用 ＬＣＤ可同时显示预置电流值、实测电流值，非常直观。
２．７语音播报和打印模块 输出电流值发生变动时，语音电路可实时播报当 前预置电流值和实测电流值。输出电流稳定后则不再 播报。按下打印键，用户可将当前电流值、电流最大变
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、医疗及工业生产中获得 了越来越广泛的应用。普通电流源存在以下问题：用电 位器进行调节，输出电流值无法实现精确步进，输出电
内含８ｋ ｂｙｔｅｓ的可反复擦写的Ｆｌａｓｈ只读程序存储器 和２５６ ｂｙｔｅｓ的随机存取数据存储器（ＲＡＭ），３２个外部 双向输入，输出（Ｉ／Ｏ）端口，同时内含２个外中断口，３
电压值进行采样，经过运算放大器放大后送入Ａ／Ｄ转
图６软件流程囤
万方数据
４电路测试结果 改变负载电阻值，测量实际流过负载的电流，测试 结果见表ｌ所示。电流预置值和万用表实测值基本吻
合，绝对误差不超过４ｍＡ。
裹１测试数据
预置值／ｍＡ万用表实测值／ｒａＡ绝对误差／ｍＡ相对误差／％纹波电流／ｍＡ
５结束语
上述研究开发的数控直流电流源经实际使用，效果 良好。主要有以下特点：最大输出电流可达４Ａ；输出电 流值可精确预置，且预置值和实测值在ＬＣＤ上同时显 示，便于校对；最小可实现ｌｍＡ精确步进；纹波电流小 于０．２ｍＡ；总之，本数控直流电流源源功能全面，工作稳 定可靠，操作简单，精度很高，有极大的推广及应用价值。 参考文献：
基于单片机的数控电流源设计
基于单片机的数控电流源设计摘要文中设计一种基于单片机控制的数控电流源。
核心部件是单片机,实现量程可选、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。
经实验测试证明,此设计具有较高的控制精度。
关键词单片机;数控本文所设计的数控电流源采用PIC16F877A单片机为核心部件,键盘、显示、D/A、开关电源等模块为外围电路。
1设计要求和总体设计思路1.1设计要求本设计要求:输入220V,输出最高12V;通过键盘控制输出电流,步长为0.01A;采用LED显示输出电流,精度为0.02A;电流源稳流范围为(0.2-1)A。
1.2总体设计思路本设计采用开关电源,以达到输出范围和精度以及纹波的要求。
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来控制D/A的输入,从而控制电流值的方法。
本系统主要由数控部分、电源部分和键盘显示电路组成。
系统原理框图如图1所示。
图1数控电流源原理框图2硬件电路设计及软件选择根据数控电流源的设计要求,系统主要由控制模块、电源模块、D/A模块及键盘显示模块构成。
2.1控制模块的选择本设计采用的是PIC16F877A单片机控制。
与AT89C51单片机相比,PIC16F877A采用哈佛结构,能实现指令的单指节化,有精简指令集技术,寻址方式简单,I/O口驱动能力强,具备I2C和SPI串行总线端口,外围电路简洁,不仅便于开发,而且还可节省用户的电路板空间和制造成本。
程序保密性强,有低功耗、宽电压设计,能将相当一部分外围器件结合到一起,使用方便,抗干扰性能提高。
2.2电源模块的选择电源模块一般主要采用全桥整流加电容滤波电路、三端稳压集成电路外接扩流管和开关电源电路。
全桥整流加电容滤波电路广泛应用于一些要求不太高的直流电流源中,其驱动能力和后级的滤波电容有关,该电路显著的特点就是能够比较好的满足电流的瞬态相应,而如果负载要求持续的大电流输出,该电路将无能为力。
精选浅谈基于单片机的数控直流电流源设计与仿真
在现代测控技术中普遍使用数控电源，由于普通电源在工作时会产生的误差，系统的精确度受到了影响。
数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以升级。
微型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很好的发展条件，数控直流电流源是一种普遍使用的电子仪器，广泛应用于现代的教学实验和科学研究等领域。
1、方案数控直流电源设计采用单片机作为核心控制，基本原理简单，实现比较方便，电源的电流值也可以调整到较精确的数值，同样的也是采用LCD 进行显示。
此方案采用保持电阻恒定而改变输入电压的方法来改变电流的大小。
利用高精度D/A 转换器在单片机程序控制下提供可变的高精度的基准电压，该基准电压经过V/I 转换电路得到电流，再通过A/D 转换器将输出电流反馈至单片机进行比较，调整D/A 的输入电压，从而达到数控的目的。
该方案的难点在于稳定恒流源的设计和高精度电流检测电路的设计。
特点是可精确的控制电流的步进量，负载变化对电流输出的影响较小。
2、硬件设计2.1单片机最小系统(1) AT89S52 单片机。
AT89S52 单片机是系统的核心部件，它是一种带8KB 可擦除只读存储器的低电压，高性能的单片机。
AT89S52 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
此单片机共有4 个8 位的并行双向I/O 口，分别记作P0、P1、P2、P3。
在本设计中P1 口只作为通用数据I/O 口使用，所以在电路结构上与P0 口有些不同。
P2 口地址为A0H, 位地址为A0H~A7H。
P2 口既可以作为系统高位地址线使用，也可以为通用I/O 口使用，所以P2 口电路逻辑与P0 口类似。
这里面使用的是P3的第二功能信号。
(2)键盘模块。
键盘模块使用的是4×4 键盘，这种键盘是行列扫描方式，它具有当按键较多时可降低占用单片机的I/O 口数目等优点，而且可以做到不必步进就能直接输入电流值。
本方案的设计要求是按键的次数比较多结合该按键的优点，所以采用此种键盘，它可以对0 ～ 9 数字输入、“+”、“-”、“OK”、“SET”、“DEL”、“RESET/ON”等功能的实施。
高精度数控直流恒流源的设计与实现_黄天辰
2013年第6期仪表技术与传感器InstrumentTechniqueandSensor 2013No.6收稿日期：2012－07－16收修改稿日期：2013－01－17高精度数控直流恒流源的设计与实现黄天辰，贾嵩，余建华，郎宾（军械工程学院，河北石家庄050003）摘要：设计并实现了一种基于单片机的高精度数控直流恒流源。
该电源以电流串联负反馈式压控恒流源电路为基础，以AT89S51单片机为控制核实现数字化控制。
为实现高精度要求，在数控部分中，采用12位高精度D /A 转换器TLV5616控制压控恒流源的输出电流，并利用12位高精度A /D 转换器TLC2543测量输出电流；为方便数字化控制，采用矩阵式键盘作为电流输出设定装置；为达到更好的人机交互及低功耗要求，采用LCD1602型液晶显示屏显示设定的电流和实际输出电流。
实践表明：所设计的数控直流恒流源具有纹波小、精度高、稳定度强等优点，而且操作简单、价格低廉、扩展性强，具有较高的实用价值。
关键词：数控；直流恒流源；单片机；数模转换器；模数转换器中图分类号：TM911；TP391文献标识码：A文章编号：1002－1841（2013）06－0027－03Design and Realization of Digital Controlled DC Current Source with High-precisionHUANG Tian-chen ，JIA Song ，YU Jian-hua ，LANG Bin （Ordnance Engineering College ，Shijiazhuang 050003，China ）Abstract ：A digital controlled DC current source with high-precision based on MCU was designed and realized．The voltage-controlled constant current source based on the current-current feedback was the foundation ，and the AT89S51MCU was the con-trol core of digital control．For high precision ，the output current was acquired by 12-bit digital-to-analog converter TLV5616and measured by 12-bit analog-to-digital converter TLC2543．For the convenience of operation and the low power waste ，the matrix key-board was acted as operating equipment and LCD1602display the current of setting and actual output．It is proved this current source has the character of low ripple ，high precision ，output constant ，easy control ，low cost ，powerful extensibility and high practi-cal value．Key words ：digital control ；DC current source ；MCU ；DAC ；ADC 0引言低纹波、高精度直流恒流源是一种非常重要的特种电源，在现代科学研究和医疗、工业生产中得到了越来越广泛的应用。
浅谈数控直流电流源的设计与实现
浅谈数控直流电流源的设计与实现
在电子设备中经常用到稳定性好、精度高、输出可预置的直流电流源。
本文设计的数控直流电流源能够很好地降低因元器件老化、温漂等原因造成的输出误差，输出电流在20mA～2000mA可调，输出电流可预置、具有“+”、“-”步进调整、输出电流信号可直接显示和语音提示等功能。
硬件电路采用凌阳单片机SPCE061A为控制核心，利用闭环控制原理，加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环，在软件方面主要利用PID算法来实现对输出电流的精确控制。
该系统可靠性高、体积小、操作简单方便、人机界面友好。
系统硬件实现方案
本设计采用单片机作为主要控制部件，通过键盘预置输出电流值并采用液晶模块实时显示。
整个系统硬件部分由微控制器、电压-电流转换、键盘、显示、直流稳压电源和语音提示等模块组成。
系统组成框图如图1所示。
图1 数控直流电流源的基本模块方框图
微控制器是整个系统的核心，负责整个系统的运作。
为了实现简化硬件电路、系统性能稳定可靠，便于实现语音播报、键盘设置和信息的实时显示等功能的协调，通过多种方案论证后，微控制器选用凌阳公司的SPCE061A，该单片机内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCD-Driver等电路(与IC型号有关)。
它采用精简指令集(RISC)，指令周期均以CPU时钟数为单位。
另外，它还兼有DSP功能，内置16位硬件乘法器和加法器，并配备有DSP拥有的特殊指令，大大加速了各种算法的运行速度。
同时可以在。
基于单片机的数控直流稳压电源设计与制作
基于单片机的数控直流稳压电源设计与制作数控直流稳压电源是一种能够稳定输出直流电压的电源装置。
它通常由一块单片机控制，并通过反馈回路来实现对输出电压的稳定调节。
本文将介绍基于单片机的数控直流稳压电源的设计和制作过程。
首先，我们需要选择合适的硬件设备。
单片机选择常见的51系列单片机，如STC89C52，因为该系列单片机性能稳定且价格相对较低。
稳压电路中的关键元件包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和输出电路。
电源变压器用于将市电的交流电转换为所需的直流电级。
整流电路将交流电转换为直流电，滤波电路用于滤除电路中的杂波和纹波。
稳压电路根据单片机反馈信息来调节输出电压，并通过输出电路提供稳定的电压给负载。
接下来，我们需要进行电路设计。
根据所需输出电压和电流，选择合适的电源变压器和稳压集成电路。
通过计算得到电路中各个电阻、电容和二极管的参数，以保证电路的稳定性和可靠性。
在电路设计中，还需要考虑到过流保护、过压保护和温度保护等功能，以确保设备的安全使用。
设计完成后，我们需要进行电路的制作。
根据设计图纸，将电路图转移到电路板上，并通过化学腐蚀或电解腐蚀的方法将电路板制作完成。
然后，将各个元件按照电路图的要求焊接到电路板上。
注意焊接时要保证引脚的正确连接，避免引脚之间的短路和虚焊现象。
接下来，我们需要编写单片机的程序。
程序中需要实现对输入电压和输出电压的采样，通过ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，然后通过PWM（脉冲宽度调制）技术来控制输出电压的调节。
在程序中，还需要实现对电压的稳定调节和保护功能的控制。
需要注意的是，在设计和制作过程中，要遵循电气安全和电磁兼容性的要求，确保设备的正常运行和使用安全。
总结起来，基于单片机的数控直流稳压电源设计与制作涉及到硬件设备的选择、电路的设计、电路的制作、程序的编写和调试测试等方面，需要一定的电子技术和单片机编程知识。
希望本文对读者有所帮助，能够指导大家在实际应用中进行数控直流稳压电源的设计和制作。
基于单片机的数控直流稳压电源设计方案
电源电路设计
1 2 3
输入电源选择
220V交流市电。
变压与整流
通过变压器将220V交流市电降压至合适的低压 交流电，再经过桥式整流电路转换为脉动直流电 。
滤波与稳压
采用电容滤波电路将脉动直流电平滑为纹波较小 的直流电，再通过稳压芯片（如LM78XX）实现 电压的稳定输出。
数控接口电路设计
DA转换芯片
04
系统测试与性能分析
测试环境与方法
测试环境
为了确保测试的准确性和可靠性，测试 环境应保持恒定，包括温度、湿度等环 境因素的控制。
VS
测试方法
采用黑盒测试、白盒测试等多种测试方法 ，确保系统的稳定性和性能得到全面评估 。
硬件性能测试
电源输出电压稳定性
在不同负载条件下测试电源输出电压的稳定性，确保其在允许范 围内波动。
采用DAC0832等DA转换芯片，将单片机输出的数字信号转 换为模拟信号，以实现对电源输出的精确控制。
接口电路
设计单片机与DA转换芯片之间的接口电路，包括地址总线、 数据总线和控制总线，确保数据的可靠传输。
保护电路设计
01
过流保护
通过检测电源输出电流，当电流超过设定值时，触发过流保护电路，迅
速切断电源输出，避免设备损坏。
基于该设计的改进与拓展方向
智能化控制
引入更先进的控制算法，实现电源的智能化控制，提高响应速度 和稳定性。
多路输出
设计多路输出的数控直流稳压电源，满足更多应用场景的需求。
高效能转换
提高电源的转换效率，降低能耗，实现绿色环保。
未来发展趋势与前景展望
集成化
随着技术的发展，数控直流稳压电源 将越来越集成化，体积更小，重量更 轻，便于携带和应用。
基于单片机和TLC549的数控直流电流源的设计
基于单片机和TLC549的数控直流电流源的设计
引言
随着当前电子产业日新月异的进步，很多电子产品对电流源的要求也提高了。
本文介绍的电流源是以微控制器为核心，系统由单片机、A/D转换器、D/A转换器和功率放大器组成。
单片机通过D/A转换器来控制功率放大器输
出电压，通过取样电阻和A/D转换器回检负载电流，采用积分控制方法，调
节电流输出。
该系统输出直流电压小于等于15V，输出电流范围为
100mA～3000mA。
本系统具有多种保护功能（开路、过载等），可以通过编
辑键盘的方式来调节输出电流的大小，输出电流值会在数码管上显示；本系
统同时也有多种工作方式，可作为单机使用，比较方便，也可与主机连接，
在主机上的界面可以设置电流的输出值，当与主机通过串口连接时，本系统
的其他参数也会传输给主机，如以上提到的保护功能参数，使得主机的控制
更加灵活。
1、设计基本要求
在输入交流电压为200V～240V、频率为50HZ的情况下，设计并实
现一个数控直流电流源，具体要求如下：系统输出直流电压小于等于15V，。
基于单片机的数控直流稳压电源的设计与实现与实现毕业设计
1?引言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...1 引言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．但均存在以下问题：输出电压是通过粗调（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（如1.02~1．03V)，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。
常常通过硬件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。
本文设计与实现了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。
2 系统硬件设计与实现2.1 系统总体结构本系统是以AT89S51 单片机为核心控制器，具有电压可预置、可步进调整、输出的电压信号和预置的电压信号可同时显示的数控直流电源，其硬件原理方框图如图1 所示。
系统由AT889S51 控制电路、键盘电路、电源电路、D/A 电路、功放电路、短路保护及报警电路、稳压输出电路、LED 显示电路八部分组成。
系统通过“开关”、“+”、“-”三个按键来控制预置电压的升降，并通过数码管显示。
AT89S51 单片机送出相应的数字信号，在D/A 转换之后输出电流，经集成运放LM358 转换、三极管放大、RC 网络滤波，最终稳定。
同时由LED 数码管显示输出电压；由数字电压表测量实测值。
2.2 数控部分主要由AT89S51 最小系统控制，它要完成键盘控制、预置电压显示控制、短路保护控制及报警控制等功能。
AT89S51 最小系统如图2 所示。
2.2.1 键盘接口电路键盘接口电路如图 3 所示。
键盘设计与实现由三个按键控制即：“开关”键、“+”键、“-”键，并外接三个上拉电阻控制键盘去抖。
基于单片机的数控直流电流源设计
摘要利用单片机所具有的智能测控特点，设计制作了基于单片机的“数控直流电流源”。
该电流源具有设定准确、输出电流稳定、可调范围全程线性等特点。
本设计由两大模块组成：①大功率压控电流源模块；②单片机应用系统模块。
前者是电流源的核心，起着恒流调节、抑制纹波电流的关键作用；后者则起着设定电流源输出、改善电流调节精度、消除小电流输出的非线性等作用。
本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（TLC5615）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。
此外，还实现了变增益测量，提高了电流的测量精度。
本电流源采用LCD显示界面，使用直观方便。
关键词：单片机，数控，转换，PID控制AbstractBy making good use of the intelligent measure and control function of the Microprogrammed Control Unit(MCU), the numerical-controlled direct current source is designed and made. This direct current source not only can steadily output, but also can be accurately initialized, and adjusted linearly at a wide range. The design is composed of two basic modules: ①The high-power voltage-controlled current source module; ②The MCU application system module. The former one is the hard core of the current source, while keeping the output current steadily and restraining its ripple. The latter one controls the initialization of the output, improves the precision of the output signal and eliminates the nonlinear effect at the low output terminal made by small signals. In addition, the design realizes the measurement to make the gain variable. In the system, the digital programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (TCL5615),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.so that we improve the measure precision of the current source. Besides, using LCD makes the direct current source more convenient to use.KEY WORDS: MCU gital-control, transition, PID control arithmetic目录摘要 (I)Abstract ..................................................................................................................... I I 目录 .. (1)第一章绪论 (3)1.1课题研究的重要意义 (3)1.2数控直流电流源的应用 (3)1.2.1 在计量领域中的应用 (3)1.2.2 在半导体器件性能测试中的应用 (4)1.2.3 在传感器中的应用 (4)1.2.4 现代大型仪器中稳定磁场的产生 (5)1.2.5 在其它领域中的应用 (5)1.3 数控直流电流源的发展历程 (6)1.3.1 电真空器件数控直流电流源的诞生 (6)1.3.2 晶体管数控直流电流源的产生和分类 (6)1.3.3 集成电路数控直流电流源的出现和种类 (6)1.4 国内外研究现状 (6)第二章系统总体方案设计 (8)第三章系统硬件电路设计 (10)3.1 电源模块 (10)3.2 单片机主模块 (12)3.3 V/I转换电路和功率放大电路 (12)3.4 输出电流采样电路 (13)3.5 D/A转换电路 (14)3.5.1 TLC5615功能简介 (15)3.5.2 TLC5615工作原理 (16)3.5.3 TLC5615与AT89C51单片机接口 (17)3.6 A/D转换电路 (18)3.7 数码管显示电路 (20)3.7.1 ZLG7289 简介 (21)3.7.2 控制指令 (23)第四章PID控制算法和控制目标的产生 (30)第五章系统的软件设计 (32)5.1 软件主模块 (32)5.2 按键显示 (32)5.3数值处理原理 (33)5.4 程序流程方框图 (34)5.4.1 主程序流程图: (34)5.4.2 PID算法程序流程图 (35)5.4.3 中文液晶显示： (35)5.5 主要程序 (36)5.5.1 MAIN_DISPLAY (36)5.5.2 NUM_CHANGE (37)5.5.3 DA_change (37)第六章性能分析与测试 (39)6.1输出电流波形测试 (39)6.2输出电流测试 (39)6.3纹波电流测试 (40)总结 (42)致谢 (44)参考文献 (45)附录：第一章绪论1.1课题研究的重要意义众所周知，许多科学实验都离不开电源，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，然而目前实验所用的直流电源大多输出精度和稳定性不高；在测量上，传统的电源一般采用指针式或数码管来显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值：使用上若要调整精确的电压或者电流输出，须搭配精确的显示仪表监测，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要当心漂移，使用起来非常不方便。
基于单片机的数控恒流源设计
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，并由液晶显示（LCD）显示出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（TLV5638）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。
在通过键盘设定好需要输出电流值后，单片机对设定值按照一定的算法进行处理。
经D/A输出电压控制恒流源电路输出相应的电流值。
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，通过数据形式的回馈环节，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，本系统与传统稳压电流源相比，具有操作方便、输出电流稳定度高的特点。
关键词：直流电流源；单片机；压控电流源ABSTRACTIn this system the 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 reaches 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LCD. In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (TLV5638), 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. Using the keyboard to set the needed output current value, The SCM based on some specific algorithm to deal the certain settings for processing. Corresponding voltage output by the ADC output voltage-controlled current source circuit.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 this system, compared with the traditional regulated current source, has easy to operate and features high output current stability.KEY WORDS:DC Current Source；single chip microcomputer(SCM)；V oltage-controlled -current source目录第一章绪论 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
基于单片机探讨数控直流电流源的设计
基于单片机探讨数控直流电流源的设计本系统采用AT89S51单片机为控制核心，输以带反馈自稳定的串调恒压源，可以对200mA～2000mA的电流值进行设定，根据所设定的电流值，由A/D0832对精密电阻电压的监控，由DAC0832直接控制输出电流，形成闭环回路，最后由单片机设定的电流源基准电压与反馈值比较，得到输出值与设定值一致，实现数控输出。
本系统主要由两大模块组成：①大功率压控电流源模块；②单片机应用系统模块。
此外，本电流源采用LCD显示界面，使用直观方便。
标签：AT89S51单片机D/A0832转换器A/D0832转换器LCD显示界面一、系统设计主要任务1.设计要求①输出电流范围：200mA～2000mA，输出电压范围：0～30V。
②可设置并显示输出电流给定值。
③可设置并显示输出电压给定值。
④具有“+”、“-”步进调整功能，电流步进≤10mA，电压步进≤0.1V。
2.总体规划本文利用单片机作为核心控制制作数控直流电流源。
设计过程中最关键的两个部分：系统硬件的设计和软件实现。
2.1硬件设计系统硬件设计包括：单片机作为主要核心控制部件，通过键盘预置输出电流值并采用液晶模块实时显示，实时显示控制信息完成人机交互界面设计。
整个系统硬件部分由微控制器、电压-电流转换、键盘、显示、直流稳压电源和系统电源设计几大模块。
如何实现主控模块是整个系统中最关键的部分。
主控模块由单片机及其相关软件组成，由程序对单片机的工作状态进行控制。
2.2软件实现深刻理解硬件特性，工作原理和工作过程，寻找出合理方案，最后采用C 语言编写去控制被控对象，并且调试优化产品功能。
总体设计规划框图如图1所示：图1总体设计规划框图二、设计思路与方案的确定1.设计思路根据本系统的基本要求分析，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。
系统主要由控制器、电源、V/I转换和电流检测等电路模块组成。
控制器模块实现数码管显示、A/D和D/A转换、PID调节，控制电压输出等功能。
基于单片机的数控直流电流源的研制(一)
基于单片机的数控直流电流源的研制（一）
0 引言
从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术和产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重的作用.在电源种类繁多和技术的多样化中，不断地提出更多.更高.更先进的要求来迎合当今社会时代的步伐.电源设备是电子仪器的一个重要
组成部分，通常有直流电压源.电流源.交流电压源，电压源等.随着信息时代的
飞速发展，电源设备也逐渐向数字化方向发展，便有了数控直流电流源的研究方向.
数控直流电流源是一种低纹波.高精度并当负载在一定范围内变化时具有良好的稳定性.输出可预置的数控直流电流源，它是现代科学研究和生产的需要，也代表着直流电流源发展的方向，而且得到了越来越广泛的应用.
1 设计任务要求
在此设计并制作出一款数控直流电流源.其原理示意图如图1 所示.
具体要达到的技术指标为：
(1)输入交流为200~240 V,50 Hz;输出直流电压≤10 V.
(2)输出电流范围：20~2 000 mA;
(3)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2%+1 mA;
(4)具有+.-步进调整功能，步进≤2 mA;
(5)改变负载电阻，输出电压在10 V 以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的2%+1 mA;
(6)纹波电流≤1 mA.。
基于单片机控制的简易数控直流电源设计
摘要本实验设计了一个以单片机89C51为基本控制核心的简易数控直流电源。
该设计包括直流电源输入及输出两部分，可完成0~15V之间各不同幅值的电压的输出，能够预置数，能够自动扫描输出电压并直接显示到LED数码显示管上，并可扩展输出三角波等波型。
其中电压输出部分，既可手动的每按”+””-”键一下进行每0.1V大小的上下调整，也可长按”+””-”键使其自动的递增或者递减，直到需要的数值。
预置数时用切换键切换预置个位或小数位，按”+””-”键进行微调。
单片机编程部分是基于WAVE6000软件上设计，并在实物上进行仿真。
.该系统具有抗干扰性能好，可靠性高，及最终输出电压值与真实显示值精确度较高等优点。
关键词: 89C51；直流电压输出；直流电压输入目录绪论 (1)一、设计任务要求和方案选择 (3)(一）设计任务 (3)（二）设计方案一 (3)（三）设计方案二 (4)（四）方案的优缺点及选择 (5)二、硬件部分设计 (5)（一）单片机部分 (5)（二）数模转换部分 (9)（三）放大器部分 (11)（四）电源输入部分 (12)（五）稳压器部分 (13)（六）按键部分 (15)（七）数码显示输出部分 (15)三、系统软件部分设计 (17)（一）主程序流程图 (17)（二）预置数流程图 (19)四、系统调试测验 (20)（一）系统调试 (20)（二）系统测试 (21)（三）系统误差分析 (22)（四）误差调整 (22)总结 (23)参考文献 (25)致谢 (26)附录 (27)绪论随着电力电子技术的高速发展，电子电力设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。
基于单片机的数控直流电流源设计
摘要：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89S52。
晶振、复位、74LS245、非易失存储器等组成单片机的基本系统。
题目2 基于单片机的数控直流电流源
基于单片机的数控直流电流源一、任务设计数控直流电流源。
输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。
其原理示意图如下所示。
显示器键盘控制器电流源负载电源二、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“+”、“-”步进调整等功能，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。
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％+4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；（4）纹波电流≤0.2mA；三、评分标准项目满分基本要求完成第（1）项15 完成第（2）项15 完成第（3）项15 完成第（4）项10 完成第（5）项10 完成第（6）项 5发挥部分完成第（1）项 5 完成第（2）项 5 完成第（3）项 5 完成第（4）项 5PCB部分按要求完成10四、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。
五、注意事项(1)对于使用参考资料没有提供的芯片，在竞赛过程中可以向监考老师索要芯片的使用说明书。
每位参赛学生最多只能索要一个芯片的使用说明书。
(2)评分以最终提交的Keil工程文件、Proteus仿真工程文件、PCB工程文件和操作说明(新建4个文件夹，分别命名为Keil工程文件、Proteus仿真工程文件、PCB工程文件和操作说明)为依据。
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改变负载电阻 ,让输出电压在 0 ～10V 以内变化 时 ,测出输出电流变化的绝对值 ,检测结果如表 2。
表 2 电流随负载改变的测试数据
设定电流值 /mA 端电压值 /V 输出电流值 /mA 电流变化绝对值 /mA
0. 000
19. 944
20
0. 208
19. 915
0. 029
0. 032
表 1 测试数据
电流设定值 Ip /mA
电流实际值 Io /mA
单片机显示 Is /mA
纹波电压 Vw /mV
20
19. 921
19. 762
0. 12
50
49. 948
49. 792
0. 12
80
79. 980
79. 823
0. 11
100
100. 020
99. 843
0. 13
300
300. 04
本电流源系统可分为稳压电源电路 、单片机控制 部分 、A /D 和 D /A 转换电路 、恒流源电路 、人机界面 (包括键盘输入与 LED 显示 )等几部分 ,其系统组成如 图 1所示 。
图 1 系统组成框图
1. 2 系统的工作原理 系统原理如图 1 所示 ,系统通过稳压电源向恒流
源提供 24V 电压 ,向单片机 AT89C52、A /D 和 D /A 转 换器提供 5V 电压 ,通过键盘对电流值进行预置 ,利用 单片机将电流步进值或电流设定值换算后输出相应的 数字信号 ,经过 D /A 转换 、信号放大 ,驱动恒流源输出 电流信号 ,实际输出的电流再利用精密电阻采样变成 电压信号 ,经过 A /D 转换 ,将信号反馈到单片机中 ,单 片机将输出反馈信号再与预置值比较 ,送出调整信号 , 再输出新的电流 ,这样就形成系统的闭环调节 ,从而提 高了输出电流的精度 。显示电路用于显示电流设定值 和当前电流测量值 。
299. 918
0. 13
500
500. 08
499. 929
0. 13
1000
999. 86
999. 665
0. 13
1400
1399. 8
1399. 815
0. 14
1800
1799. 5
1800. 159
0. 14
2000
1999. 9
2000. 493
0. 12
5 结束语
系统输出实际测试结果表明 ,本直流电流源的输 出电流范围为 20～2000mA ,步进 1mA 或 10mA 可变 。 改变负载电阻 ,输出电压在 10V 以内变化时 ,输出电 流变化的绝对值小于输出电流值的 0. 1% + 1mA ,纹波 电流小于 0. 2mA ,是一个较为理想的直流电流源 。
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仪 表 技 术
2008年第 6期
基于单片机的数控直流电流源设计与实现
赵东波 ,郭荣幸 ,赵雨斌 (郑州航空工业管理学院 ,河南 郑州 450015)
摘要 : 介绍利用单片机系统 、D /A与 A /D 转换器和恒流源电路实现输出范围为 20～2000mA 的数控直流电流源的设计 ,文中 给出了数控直流电流源设计框图和主要电路 。采用负反馈闭环控制系统 ,提高了电流源的输出精度 。经测试表明 ,所设计的电流 源具有性能可靠 、精度高的优点 。
关键词 : 单片机系统 ; D /A 转换器 ;恒流源 ;数控电流源 中图分类号 : TP39, TM44 文献标识码 : B 文章编号 : 1006 - 2394 (2008) 06 - 0058 - 03
D esign and Rea liza tion of the D ig ita l Con trolled DC Curren t Source Ba sed on SCM
Key words: single2chip m icrocomputer system; D /A converter; constant current source; digital controlled DC current source
恒流源是电子仪器和设备中常用的一种电源 。一 般的恒流源往往存在调节范围小 、稳定性差等缺点 。 本文设计的数控直流电流源能够很好地降低因元器件 老化 、温漂等原因造成的输出误差 ,输出电流在 20 ～ 2000mA (可调 ) 、输出电流可预置 、输出电流信号可直 接显示等功能 。硬件电路采用单片机为控制核心 ,利 用闭环控制原理 ,电路组成闭环负反馈进行稳流 ,最终 实现精度高 、稳定性好 、输出范围宽的要求 。 1 系统组成和原理 1. 1 系统的组成
AD S7841 芯片用于将电流检测电路输出的模拟电 压信号转换成数字信号 ,回送给单片机 ,由单片机将该 反馈信号与预置值比较 ,根据两者间的差值调整输出 信号大小 ,由此构成反馈调节 ,提高输出电流的精度 。 同时 , A /D 转换器采样回来的电流经过单片机处理后 传送到 LED ,用以显示当前的实际电流值 。D /A 转换 器将设定的电流值转换为模拟信号并提供给压控恒流 源 ,控制恒流源的输出大小 。
ZHAO Dong2bo, GUO Rong2xing, ZHAO Yu2bin
( Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry M anagement, Zhengzhou 450015, China)
Abstract: The design and app lication of digital controlled DC current source w ith an output range between 20mA to 2000mA are introduced. The system is composed of the single2chip m icrocomputer, D /A converter, A /D converter and constant current source electric circuit, etc. In this paper, the fram e draw ing and main circuit are given. This design a2 dop ts negative feedback closed loop control in order to imp rove the output p recision. Testing results show that this DC current source has reliable perform ance and high p recision.
R s。正因为 Io =U i /R s ,电路输入电压 U i 控制电流 Io , 即 Io 不随 RL 的变化而变化 ,从而实现压控恒流 。
图 2 恒流源电路
2. 5 电流采样电路 输出电流采样电路测量 R s两端的电压差 ,根据 I
=U /R 换算得到电流值 。电路原理图如图 3所示 。通 过对电阻 R s两端的电压值进行采样 ,经过运算放大器 送入 A /D 转换器 ADS7841进行转换 。因为 A1、A2为 电压跟随器 ,输入电阻高 ,所以采样端 V1、V2 几乎不 分流 ,从而实现对电流的精确采样 。因为采样电阻 R s 两端有较高的电压 ,所以 ,差分电路中的运放器采用双 电源供电 。因为电流输出的范围较宽 ,所以放大倍数 不能太大 。RS = 2Ω ,测量的电流范围为 0 ～2000mA。 RS 两端的电压在 0～4V 的范围内变化 。将该电平输 入到 ADC输入 ,因 (V1 - V2 )和 A /D 的数字采样之间 具有线性对应关系 ,故通过单片机就可以测量出 (V1
收稿日期 : 2007 - 12 作者简介 : 赵东波 (1979—) ,男 ,教师 ,从事电子与自动控制技术教学与研究工作 。
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仪 表 技 术
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理能力有较高的要求 ,所以 ,控制芯片采用 AT89C52 单片机 。 2. 2 稳压电源
稳压电源采用三端稳压器 7805、7824构成 。由于 78系列稳压器最大输出电流为 1. 5A ,而系统输出最大 电流为 2000mA ,为此 ,需外加功率管扩流 。 2. 3 A /D、D /A 的转换电路设计
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仪 表 技 术
2008年第 6期
3 系统的软件设计
为了提高代码的执行效率 ,系统软件设计均采用 汇编语言编写 。单片机软件主要包括主程序 , A /D 电 流采样子程序 , D /A 输出电流给定值及键盘显示等程 序 。A /D 采样子程序主要是采集电路中的电流信号 , 再通过单片机运算并显示当前的电流大小 。D /A 输 出程序将用户设定的恒流值转换成为模拟信号 ,并提 供给压控恒流源 ,实现恒流控制 。键盘与显示程序用 LED 动态显示数据信息 ,在一个主程序周期中扫描检 测一次键盘 ,察看是否有有效的键按下 ,再根据键盘状 态做出相应的处理 。系统软件流程图如图 4所示 。
根据设计要求 ,系统要求输出的电流信号为 20～ 2000mA ,步进为 1mA ,且要求显示数值 ,因此 ,给定量 的执行元件 —D /A 转换器与检测元件 —A /D 转换器 至少需要 11位的转换精度 。结合系统的设计要求 ,并 考虑到单片机的 I/O 接口资源紧张等因素 ,最终确定 选用串行数据传送方式的 ADS7841和 DAC7512两款 芯片 (转换精度均为 12 位的集成芯片 ) ,其量化精度 能达到 1 /4096 < 1 /2000,完全能达到设计的精度要 求。