小功率电流源设计说明

毕业论文（设计）论文题目：小功率电流源设计学生：学号：所在院系：电气信息工程学院专业名称：自动化届次：指导教师：师学院本科毕业论文（设计）诚信承诺书1.本人重承诺：所呈交的毕业论文（设计），题目《》是本人在指导教师指导下独立完成的，没有弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人的容；2.毕业论文（设计）所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠，文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已注释说明来源；3. 毕业论文（设计）中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果，伪造、篡改数据的情况；4.本人已被告知并清楚：学院对毕业论文（设计）中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规的行为将严肃处理，并可能导致毕业论文（设计）成绩不合格，无常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果；5.若在省教育厅、学院组织的毕业论文（设计）检查、评比中，被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规的行为，本人愿意接受学院按有关规定给予的处理，并承担相应责任。

学生（签名）：日期：年月日目录1绪论 (2)1.1课题研究的背景与意义 (2)1.2课题研究的国外现状 (2)1.3课题研究的主要容 (3)2系统方案制定 (3)2.1方案提出 (3)2.2方案的比较与选择 (5)3 系统硬件部分设计 (5)3.1系统整体设计思路 (5)3.2控制电路设计 (6)3.3D/A转换电路设计 (7)3.4恒流源电路设计 (8)3.5键盘电路设计 (9)3.6显示电路设计 (10)3.7稳压电源设计 (11)3.8系统整体电路图 (12)4 系统软件设计 (13)4.1系统流程图设计 (13)4.2系统仿真与调试 (17)5 总结 (19)5.1设计小结 (19)5.2收获体会 (19)5.3展望 (20)参考文献 (20)小功率电流源设计学生：xxx（指导老师：xxx）（xxxxxxxx电气信息工程学院）摘要：本文根据课题研究容设计了一种小功率电流源系统，主要包括单片机控制模块、数模（D/A）转换模块、恒流源模块、显示模块等部分。

该系统以以单片机为核心，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1×4矩阵键盘，用动态扫描方式读取外部按键动作。

此外，本设计可实现电流0-250mA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: 电流源； D/A转换；译码显示器Small Power Current Source DesignStudent: xxxxxxx（Faculty Adviser: xxxxxx）（Department of Electric and Information Engineering, xxxxxx Normal University）Abstract:Based on the research content of design a small power current source, it is divided into five modules: Single-chip control, digital-to-analog(D / A) conversion module, constant current source module, the outputdisplay module. To single-chip single - chip control module as the coreof the input current signals to digital output; display module displaydigital 74LS47 decoder chip designed with 10-band digital dynamicdisplay four circuits. Common use of the keyboard module reset singleswitch, make 1 * 4 matrix keyboard, using dynamic scanning button toread the external action. In addition, the design can achieve the current0-250m A and a ± 10mA and ± 1mA Step two, at the same time digital displayof the current input.Keywords:Current source ; D / A converter ; Decoding show1绪论1.1课题研究的背景与意义自从人类有了电之后，各行各业都因为有了电而飞速发展，并出现了无数新型产业，直至今日，电已经在我们的日常生活中不可或缺。

但是变电站输送给我们用户的是380/220V交流电，为了使人们的生活更加便利，电器都朝微型化发展，随着人类用电量的增加，电器又要功率低，所以将380/220V高压变成较小，并能安全可靠地提供给各类不同小电器的小电源已经受到电器行业的重视。

近几年，小电源的市场已经扩大，技术也将慢慢趋于成熟。

如今，小电源还介入了单片机，使小电源智能化，数字化。

随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，当今社会，智能、数字化成为人们所追求一种趋势，产品的性能、价格和发展空间等越来越受人们关注，特别是对电子产品的精密和稳定度尤为关注。

性价比高的电子设备，首先离不开的是稳定电源，电源稳定的程度越高，设备及外围条件越优越，即设备寿命更长久。

因此，我们对数控的恒定的电流器件需要越来的越急切。

现在社会，数控型恒压的技术很是成熟，但恒流的方面尤其是数控型恒流技术仅仅刚刚起步并且有待继续发展，所以高性能数控型恒流的器件开发与应用还存在着巨大发展的空间。

本课题正是满足社会发展需求，研制出来一种：基于单片机的小功率高性能数控型电流源。

本系统输出电流稳定，输出的电流能够在0mA~250mA的围之任意的进行设定，不随着负载与环境温度的变化而变化，因此能够实际地应用于小功率直流恒流源的领域。

单片机的广泛应用促进了设备和产品的微型化、数字化、自控化和智能化，这些直观意义很容易理解。

然而，单片机应用更深刻的意义还在于，单片机的应用加深了计算机技术与自动控制技术的结合，从而在自动控制领域里引发了一场对传统控制技术的革命，也就是单片机正从根本上改变着传统的控制系统的设计思想和设计方法，使以往必须有模拟或数字电路实现的控制共能。

1.2课题研究的国外现状由国外现在所掌握技术看，全部由硬件来实现电流源它们多采用的是固定值控制，但数控型电流源电流可以任意的进行设定，并且控制的精度比较高。

当前小功率电流源的实现的主要方法如下：1)完全用硬件实现对调整管的控制，电流的步进采用计数器的计数步进方式实现，利用双计数器的控制功能，其中二进制计数器的输出经控制输出步进，十进制计数器通过译码后显示输出的电流值。

为了使系统工作正常，必须保证双计数器同步工作，保证控制值与显示值一致。

因此整个电路比较复杂。

2)采用一套十进制计数器，该计数器的输出接至存储器E2PROM的地址输入端，存储器的每个存储单元中存有不同电流的控制字，存储器的输出控制字通过D/A转换以及相应的V/I转换电路实现对输出电流的控制。

另一方面计数器的输出又是电流显示电路的输入。

这种方法比方法1的电路简单，但是控制精度不高。

3)单片机控制E2PROM的输出，电流控制字存放在E2PROM中，再通过D/A转换以及相应的V/I转换电路实现对输出电流的控制。

显示部分也用单片机控制并显示输出电流的大小。

4)单片机直接控制D/A转换，省去E2PROM，同时单片机完成显示，输出电流测量等功能，实现闭环控制，具有功能完整、电路简单、控制精度高的优点。

上述4种方案中方案1)、2)所用的芯片多，控制精度低、抗干扰差。

方案3)比前两种方案的控制精确更好，但方案4)的功能更完善，控制精度更高，是目前最常采用的电流源控制方法之一。

1.3课题研究的主要容本课题的研究主要容如下：一、硬件部分设计包括主控制模块、数模（D/A）转换模块、恒流源模块和显示模块设计。

二、软件实现部分设计包括系统主程序图及部分子程序设计，以及对应程序编写。

三、系统的调试及仿真实现。

2系统方案制定2.1 方案提出方案一的原理图如图1所示，在此方案中，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，从而达到目的。

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。

图1 方案一原理图方案二的原理图如图2所示，此方案采用的原理是保持电压恒定而改变电阻阻值的方法来达到改变电流的目的，由于采用的是可编程的数字电位器，因此也可以通过单片机的控制来实现数控。

由于改变的是电阻，所以就需要一个精准的外加电压源，但由于数字电阻的电阻变化呈非线性，因此在编程方面的要求就比较高了，再加上功率的损耗和电阻精度的问题，所以利用可编程的数字电位器并不是一个理想的选择，在思路渐渐清晰以后，我们排除了这种方案。

图2 方案二原理图2.2 方案的比较与选择方案一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。

方案二由于改变的是电阻，所以就需要一个精准的外加电压源，但由于数字电阻的电阻变化呈非线性，因此在编程方面的要求就比较高了，再加上功率的损耗和电阻精度的问题，所以利用可编程的数字电位器并不是一个理想的选择。

综上分析比较，我们最终采用了方案一来设计题目要求的小功率电流源。

3 系统硬件部分设计3.1系统整体设计思路在设计的过程中，我所采用的先整体后局部的研究方法。

在拿到这个课题之后，首先查阅、收集相关资料，对该课题做一个深入的了解，研究课题所涉及到的容，能够较好的掌握有关课题的知识。

从而能够轻松地确定系统的设计方案以及系统的各个模块，理清各个模块之间的关系，同时加强对单片机、C语言知识的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。

图 3 系统设计思路结构图分析、整理所有资料，并开始进行硬件电路部分的设计。

根据所设计的方案，设计出电路原理图。

该系统的仿真实现采用的是protuse仿真软件，因此将设计出的电路原理图在protuse仿真软件画出；并采用Keil软件，进行程序的编写，并能够完成各个模块的作用。