基于单片机的数控恒流源设计
基于单片机的数控恒流源电路的设计
基于单片机的数控恒流源电路的设计方式，一种是根据工业应用的需求，通过A/D 采样获取控制信号，根据在汇编程序中多次的数据实测，将固定的表格设计好，把控制数据通过查表给D/A 输出，使恒流源单元所产生的对应稳定电流得到控制。
利用手动输入的方式，对用户输入的理想电流值进行判断，然后根据查表，由D/A 来实现控制数据的输出，以此获得相应大小的电流，该功能还可以让电流的初值用户进行预设。
以上两种控制方法是不能同时起作用的，通过程序可以实现自动采样和键盘这两种不同控制方式进行自动切换。
在同时使用LED 交互显示时，为A/D 采样控制时，输出电流的大小要实时显示；为键盘控制时，用户的输入状况则要显示。
参照输入电压和恒流源输出电流的关系来制表，而且可以将一些非线性问题在指标过程与予以修正。
在制表的过程中由于还需要分写考虑到A/D的应用情况和键盘输入初值有差别所造成的情况。
以键盘初值为例来考虑：若10ma 是用户输入的电流，1v 为其所对应的控制电压，（00110010）2=（50）10 为间接对应的8 位二进制数，那么（00110010）2 则为软件表中所对应的值。
A/D 采样控制与键盘方式基本一致，只是多了一个对采样值的判断。
5 软件程序的设计首先对包括：8297 工作状态的初始化；自动采样控制标志位和标识键盘手动操作的初始化；中断初始化；一些用到的寄存器的初始化，整个系统进行初始化。
规定F0=1 时为A/D 采样控制，F0=0 时为键盘控制，初始写初始设定状态，此处为键盘的状态，LED 数码管显示为P，也是表示键盘状态，启动D/A 进行转换。
并等待键盘按下，开始循环等待。
当中还加入了一些如：。
基于单片机的数控恒流源设计
基于单片机的数控恒流源设计本文以基于单片机的数控恒流源设计为研究对象，针对数控恒流源设计中存在的问题，提出一种单片机控制的数控恒流源，以解决普通恒流源模块对负载变动敏感、性能稳定性较差的问题。
先，本文分析了数控恒流源设计中产生的问题，并讨论了现有的解决方案，以推导出设计的可行性。
其次，本文介绍了实施该设计的方法，包括单片机选择、负载检测以及恒流控制算法等。
最后，本文对该设计进行了仿真，结果表明，该设计在反应时间、负载变化范围和控制精度方面具有较高的性能。
在当今的数控电路中，数控恒流源的应用越来越广泛，它的功能是提供恒定的电流，以保证整个电路的正常工作。
然而，传统的数控恒流源模块存在一些问题，比如对负载变动的敏感性较高，性能稳定性较差，因此，如何有效解决这些问题，提高恒流源性能，成为当前研究的一个热点课题。
针对这一问题，本文提出一种基于单片机的数控恒流源，以提高精度和稳定性，并简化设计过程。
首先，本文从数控恒流源设计的角度出发，分析了引起数控恒流源失效的因素，从而推导出设计的可行性。
其次，本文介绍了实施该设计的方法，并详细描述了单片机选择、负载检测以及恒流控制算法等步骤。
本文选用单片机AT89C52作为主控芯片，结合PID算法实现恒流控制，并采用数字采样手段实现负载检测。
此外，本文还给出了恒流控制算法的完整流程，以便用户了解该设计的具体运行状况。
最后，本文利用Simulink进行仿真，结果表明，该设计的最大反应时间为1ms，负载变化范围是0-2A，控制精度达到1%，实现了数控恒流源的高效控制。
综上所述，本文针对数控恒流源设计中存在的问题提出了一种单片机控制的数控恒流源，提高了恒流源的结构精度和控制性能，在电路设计过程中具有重要意义。
未来研究将针对该设计进一步优化和开发，以改善控制技术性能。
基于单片机的数控直流恒流源的设计
插图清单
图2-1系统框图........................................................................................................................5
The constant current, is one kind can provide the constant current to the load the power source. Therefore the constant current application scope is widespread, and in many situations is essential. It both may provide the bias for each kind of amplifying circuit by to stabilize its static operating point, and may take its active load, enhances the enlargement factor. And in the differential motion amplifying circuit, the pulse produced in the electric circuit to obtain the widespread application.
图3-11键盘与单片机的接口电路........................................................................................20
基于单片机的恒流源设计
（1）C1，C21，因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的
数值选择外部元器件。
（2）在误差允许的区域内，C1和C2值都是越小，实现的功能就越精确，如果C1和C2值比正常数值大时，可能会使振荡器更加稳定，可是也会增加响应的时间。
TLC5615芯片的结构框图与特点
场效应晶体管作为主要组成部件的恒流电路，如图2所示。Rg1、Rg2分压，稳定G点电位。由于MOSFET的G电压被钳位.当流过MOSFET的电流有增大的趋势时，负反馈电阻上的压降增大，使MOSFET截止趋势增加，电流下降。同样的当流过MOSFET的电流有减小的趋势时，负反馈电阻上的压降降低，使MOSFET导通趋势增加，电流升高，从而达到恒定输出的作用。具体恒流输出Id如下：
图9：Urst电压时间曲线。
在本设计中采用了按键复位和上电复位的两种模式（如图8所示）上电复位完成系统初始化，同时增加的手动按键复位可以方便调试使用。
在单片机最小系统里晶振的作用是给单片机输入时钟信号，这个时钟信号就是单片机的工作速度。单片机工作的最小时间计量单位就是由这个晶振决定的。
图10晶振电路
基于单片机的恒流源设计
基于单片机的恒流源设计
摘 要
恒流源在日常生活中扮演着重要的角色，很多电子设备需要做恒流源。恒流源的用途很丰富，它能够在脉冲或者差动放大电路中产生作用，同样也能够作为它的有源负载，又可以提供给放大电路偏流用来使它的静态功能工作点处于稳定。
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（1）晶体管恒流电路优点：无特殊的元件使得设计简单而且可行性较高，电流输出可以通过Rs控制。
（2）晶体管恒流电路优点：元器件本身差异造成不同管子的晶体管节电压Ube差距较
基于单片机控制的直流恒流源的设计毕业论文
基于单片机控制的直流恒流源的设计毕业论文基于单片机控制的直流恒流源的设计摘要本文主要论述了一种基于单片机为核心控制器的数控直流电源的设计原理和实现方法。
该电源具有电压可预置、可步进调整、输出的电压信号和电流信号可同时显示功能。
文章介绍了系统的总体设计方案，其主要由微控制器模块、稳压控制模块、电压/电流采样模块、显示模块、键盘模块、电源模块五部分构成。
该系统原理是以单片机为控制单元，以数模转换芯片DAC0832输出参考电压控制电压转换模块LM3输出电压大小，同时输出稳压、恒流采用转换芯片C0832对采样的电压、电流转换为数字信号，再通过单片机闭环控制。
文章最后对数控直流电源的主要性能参数进行了测定，并对其发展前景进行了展望。
AbstractThe method of this paper based on the 51 microcontroller core of the numerical controller DC power supply design theory and realization. The power supply has some functions such as presetting voltage, stepping adjustment, displaying the output voltage signals and current signals at the same time. This paper introduces a general designing plan of the system, which is mainly consisted of micro-controller module, DC Regulators module, voltage/current sampling module, display module, keyboard module, power supply module. The system is based on the principle of single-chip microcomputer to control the unit STC89C52 to DAC0832 digital-to-analog converter chip reference voltage to control the output voltage LM317 output voltage conversion module size, while the output voltage regulator, current use of analog-to-digital converter ADC0832 chip sampling of voltage and current converted to digital signals, and then through the single-chip closed-loop control to achieve. Article on the main DC power supply CNC performance parameters were measured and summarized, and their development prospects.Keywords：microcontroller MCU ， the Digital to Analog DAC ，the Analog to Digital ADC ， the closed-loop control目录摘要Abstract目录第一章绪论 11.1研究背景及意义 11.2 国内外研究现状 11.3 单片机概述、应用及发展2单片机发展概述 3单片机的应用领域 5单片机的发展趋势 6单片机应用系统开发简介7单片机开法方式的发展81.4 恒流源的发展历程9电真空器件恒流源的诞生9晶体管恒流源的产生和分类9集成电路恒流源的出现和种类10 1.5 国内外研究现状101.6 课题的主要内容10第二章方案与设计基础知识122.1方案设计与论证122.2主控单片机 MCU 14STC89C52 简介14引脚说明 152.3 液晶显示屏（1602）15 LCD1602简介 15口说明162.4 三端可调稳压器172.5 运算放大器OP07 1818介 182.6数模转换芯片18A/D转换芯片ADC0832介绍19ADC0832接口说明20第三章系统电路原理及硬件实现 21 3.1 系统总体框图 213.2 系统模块电路设计21单片机控制模块21稳压控制模块22电压与电流采样模块23块 26电源模块 27键盘模块 273.3 系统整体原理图28第四章系统的软件设计294.1 软件设计思路 294.2 系统软件流程 29模块29较程序模块31第五章系统测试与误差分析325.1 系统测试32试 32硬件测试 32体测试。
基于单片机的高性能数控恒流源设计与实现
基于单片机的高性能数控恒流源设计与实现数控恒流源是一种功能比较强大的电子元器件。
它能够为其他电子元器件提供稳定的电流输出，这对很多电子设备的正常运行起到了重要的保障作用。
在工业生产领域，尤其是半导体、电路板等领域，数控恒流源的应用相当广泛。
在本文中，我将介绍一种基于单片机的高性能数控恒流源，让我们一起来看看吧。
一、设计原理该数控恒流源主要由单片机、操作界面、甄别功放和恒流稳压器四部分组成。
单片机和操作界面相连，利用程序控制电流的大小，同时可以显示电流大小和一些操作信息。
甄别功放是用来放大输出电流的，而恒流稳压器则是保证输出电流的稳定性。
二、具体实现1. 单片机电路在本设计中，我们选择了AVR单片机，主要是因为其性价比高以及易于编程的特点。
使用单片机所需的周边电路如晶振、电源电路等，这里就不再赘述。
2. 操作界面我们选择了一个12864的液晶显示器，以及四个按键，分别为上、下、左、右。
通过这些按键来选择电流大小和操作模式等。
3. 甄别功放甄别功放主要是用来放大输出电流的，我们选择了OPA548T 作为甄别功放。
其最大音量及输出功率分别为24V和200W，应该足够满足在工业生产领域的需求。
4. 恒流稳压器稳压芯片使用的是LM317，它可以输出1.2V至37V的电压，并可以有一个电流稳定的输出。
在本设计中，我们将其设置为输出1A的电流。
并用一个调节电阻来实现输出电流的调节。
三、总结本文介绍了一种基于单片机的高性能数控恒流源。
它具有功能强大、精度高、控制方便等优点。
在工业生产领域中，它有着广泛的应用。
希望本文能够对大家在这一领域里的设计和实现提供一些启示和帮助。
基于AVR单片机PWM功能的数控恒流源研制
基于AVR单片机PWM功能的数控恒流源研制随着电子技术的深入发展，各种智能仪器越来越多，涉及领域越来越广，而仪器对电源的要求也越来越高。
现今，电源设备有朝着数字化方向发展的趋势。
然而绝大多数数控电源设计是通过高位数的A/D和D/A芯片来实现的，这虽然能获得较高的精度，但也使得成本大为增加。
本文介绍一种基于AVR单片机PWM功能的低成本高精度数控恒流源，能够精确实现0～2A恒流。
系统框图图1为系统的总体框图。
本系统通过小键盘和LCD实现人机交流，小键盘负责接收要实现的电流值，LC D 12864负责显示。
AVR单片机根据输入的电流值产生对应的PWM波，经过滤波和功放电路后对压控恒流元件进行控制，产生电流，电流再经过采样电阻到达负载。
同时，对采样电阻两端信号进行差分和放大，送入ADC。
单片机根据采集到的值调整PWM输出，从而调整了输出电流。
如此反复，直到电流达到设定要求。
图1 数控恒流源系统框图模块介绍1 人机接口模块本模块包括小键盘电路和液晶显示电路。
键盘设计为3×4键盘，由数字键0～9，功能键“删除”及“确认”组成，采用反转法实现键值识别。
显示电路由带中文字库的LCD 12864构成，该液晶可以每行8个汉字显示4行。
由于这部分电路比较简单，在此不详述。
2 核心控制模块系统的核心控制模块为AVR单片机（ATMEGA 16L）。
主要使用了AVR的PWM功能和A/D功能。
AVR单片机片内有一个具有16位PWM功能的定时/计数器。
在普通模式下，计数器不停地累加，计到最大值（TOP=0xffff）后溢出，返回到最小值0x0000重新开始。
当启用PWM功能即在单片机的快速PWM 模式下，通过调整OCR1A的值可实现输出PWM波的占空比变化。
产生PWM波形的机理是：PWM引脚电平在发生匹配时（匹配值为0～0xffff之间的值，如图2中的C），以及在计数器清零（从MAX变为B OTTOM）的那一个定时器时钟周期内发生跳变，具体实现过程如图2所示。
基于单片机的数控恒流源设计
基于单片机的数控恒流源设计
基于单片机的数控恒流源设计是指利用单片机控制程序实现数字恒流源。
可以用于研究实验室中的电路测试，工厂自动化测试，航空电子测量，通讯等各种设备中对电流源做准确测量。
数控恒流源有效控制了输出电流大小，从而使电路中恒流保持在规定的电流值。
基于单片机的数控恒流源的设计，首先要选择单片机，单片机的功能越强大，能控制的电流越精确，相应的性能越好，如常用的均为大功率晶体管 MOS6553，MOSFET等。
然后确定电路，它拥有使能、放大两个部分，使能部分实现电流控制，当控制信号为高电平时，使能部分的电源开启，否则保持在空闲状态；放大部分实现电流的分配和调整，以此来调节输出的电流大小。
完成电路设计之后，根据电路原理编写单片机控制程序，使之可以按照所要求的电流进行调节，最后实现电路的连接，做好容错措施，便可以完成数控恒流源的设计。
基于单片机的数控恒流源设计不仅易于操作，而且可以精确控制输出电流，具备稳定可靠的特性，是我们在实际应用中的绝对优势之一。
基于单片机的数控恒流源设计-----硬件设计(DOC)
经初步分析设计要求，得出总体电路由以下几部分组成：电源模块，MCI微
控制器、键盘、显示模块、D/A转换模块、恒流源模块、数据采集模块，以下就 各电路模块给出设计方案。
2.1MCU控制方案
采用单片机作为控制模块核心。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ISP方式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、技术成熟和成本低等优点。
方案二：采用串行D/A转换芯片
采用串行数/模转换芯片TLC561来构成D/A转换模块。TLC5618是带有缓冲基 准输入的双路12位数模转换器，通过CM0兼容的3线串行总线，可对TLC561釀现 数字控制。器件接收的用于编程的16位字的前4位产生数据的传送模式，后12位 产生模拟输出。输出电压为基准电压的两倍.且单调变化。数字输入端带有斯密
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。但本系统的设计只需要显示电流的数值， 对其他的没有什么要求，故不采用本方案。
方案二：使用LED数码管显示。
由于LED数码管具有显示清晰、亮度高、使用电压低寿命长等特点，因此在 单片机应用系统中，通常使用它显示各种数字和字符。 在本系统的设计中，只需 要显示电流的数值，使用多位LED数码管能够满足要求，故采用LED数码管显示
“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC,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。其电
基于单片机的数控恒流源设计----软件设计.
3.系统软件设计本系统的软件设计采用C51语言和汇编语言混合编程。
主体程序采用C51编写，与硬件有关的程序、特别是对时序要求较严格的程序用汇编语言编写，即键盘扫描子程序、写TLC5618子程序、读MC14433子程序、显示缓冲子程序。
因为采用了C51和汇编语言混合编程的方式，故大大提高了本系统软件设计的效率和质量。
数控电流源的软件开发在 Keil μVision4集成开发环境下完成的。
Keil μVision4集成开发环境是基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发流程。
可以完成从工程建立、管理、编译连接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程。
尤其是C语言编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。
Keil μVision4的使用方法是：1.启动Keil μVision4集成开发环境，创建一个工程文件，并从器件数据库里选择一款CPU芯片（本课题使用AT89C52芯片）；2.根据应用要求，在PC上用文本编辑软件编写C语言源程序、汇编语言源程序；利用编译工具软件对源程序进行编译，生成目标文件(.obj文件)；利用连接工具对目标程序进行连接定位，生成绝对程序，将程序转化为十六进制代码程序(.hex文件)，急可以装载到CPU芯片上运行。
3.1主程序3.1.1主程序流程框图及程序主程序流程框图如图3-1所示。
由主程序流程框图可知，其中的“扫描键盘”起到了很重要的作用，扫描键盘函数的返回值作为C51主程序中Switch语句的开关变量，根据不同的返回值进行相应的按键处理，因而主程序流程框图相当简单，并且系统软件整体程序的可读性高。
主程序是数控电流源软件设计的核心，主要由电流给定值设置功能函数、电流步进值设置功能函数、菜单选择功能函数、数码管定时刷新功能函数以及中断设置等构成。
设置电流给定值程序流程框图如图3-2所示，设置电流步进值程序流程框图如图3-3所示。
基于单片机的数控恒流源的设计
差百分率测试：为了比较测量值和真实值的误差，我
们在２０～２０００ｍＡ之问选定了六个值相比较，误差百
分率计算公式为。
误差百分率， ＝半， ｘ １００％
（１１）
１２
式中，。为显示值；厶为测量值。
一７７—
万方数据
总第４８卷第．ｑ“１６期 ２０１１年第０６期
电测与仪表 Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
电压供电，用一个４．７１ｘＦ的电解电容和一个０．１ＩｘＦ
的瓷片电容去耦。
２．３数控部分
８９Ｃ５５单片机基本系统：数控核心采用８９Ｃ５５单
片机与ＥＥＰＲＯＭ，ＲＡＭ，地址锁存器７４ＬＳ３７３组成单
片机的基本系统，并对Ｐ２口的Ｐ２．０经７４ＬＳｌ３８地址
译码后作为８２７９的选通信号。在８９Ｃ５５引脚ｘｌ和
本数控恒流源系统可分为单片机控制部分、变压 整流和供电部分、Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换电路、恒流源电 路、键盘或显示器接口电路等几部分组成。系统框图 如图１所示。
一７５—
万方数据
总第４８卷第５４６期 ２０１１年第０６期
电测与仪表 ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
实验及ＭＡＴＬＡＢ仿真分析，测出系统的输出电流误差小于１ｍＡ，纹波电流不大于０．２ｍＡ。
基于单片机的数控恒流源设计
本科毕业论文（设计）题目（中文）基于单片机的数控恒流源设计a（英文）Design of constant current voltage source based on SCM完成日期 2016 年 4 月摘要恒流源是一种高精度的电源，具有响应速度快，恒流精度高，能长期稳定工作，适合各种性质负载等优点，而具有了越来越广泛的应用。
本文主要论述了一种基于51单片机为控制核心的数控直流源的设计与实现。
本电源具有可预设电流，电流步进，显示电流的功能。
主要由单片机控制模块、键盘输入模块、A/D转换模块、恒流源模块、D/A转换模块和显示模块六部分组成。
系统由单片机设定预置电流信号，经过D/A转换器TLC5615输出模拟电压信号，该信号控制达林顿管的基极，使其集电极输出相应的电流。
再通过A/D转换芯片，实时把采样电路上的模拟信号转换成数字信号，形成反馈，显示出实际的输出电流。
关键词：压控恒流源；单片机；数控电源AbstractConstant current source is a kind of common power source with high precision with fast response, high precision of constant current. It can also work stably for a long time and has various properties of the load. So now it is used more and more widely. This paper mainly discusses the design and implementation of a digital constant current source based on51 MCU as the control core of the system. The power supply has a preset current, current step, current display function. It has 6 parts: Control module, keyboard input module, A/D transform module, D /A transform module , display module and constant current source module. The current signal set by the SCM. Then it through D / A converter TLC5615 , which output to the voltage analog signal and control the Darlington tube base, and output the corresponding current. Finally through the A/D conversion chip, real-time sampling circuit analog signal is converted into digital quantity, feedback form, show the actual output current.Keywords: voltage controlled constant current source; single chip microcomputer; digital power supply目录上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明…………………………………上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表…………………………………上海师范大学本科毕业论文（设计）指导记录表 (Ⅳ)中文摘要及关键词 (Ⅴ)英文摘要及关键词 (Ⅵ)1 前言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)2 基本原理与方案对比 (2)2.1 总体框图 (2)2.2 恒流源方案对比 (3)2.2.1 晶体管恒流源 (3)2.2.2场效应管恒流源 (4)2.2.3集成电路恒流源 (5)2.2.4 总结.................................................................................52.3 单片机简介 (6)2.4 液晶显示屏简介 (8)2.5 数模转换芯片 (9)2.6 模数转换芯片 (9)3各模块实现………………………………………………………………………103.1 键盘模块 (10)3.2 液晶显示模块 (11)3.3D/A转换模块 (12)3.4 A/D转换模块 (12)3.5恒流源模块 (13)3.6 电路整体工作原理 (14)4 系统软件实现 (15)4.1综述 (15)4.2键盘输入流程图 (16)4.3A/D转换流程图 (17)4.4D/A转换流程图 (18)4.5液晶显示流程图 (19)5 整体测试与分析…………………………………………………………………206 总结与展望………………………………………………………………………22参考文献……………………………………………………………………………23附录A 仿真原理图…………………………………………………………………24附录B 程序部分……………………………………………………………………251 前言1.1 研究背景及意义随着电子技术的发展，我们身边出现了越来越多的智能化数字化的精密电子设备，消费者在关注设备的性能、价格、功能、设计的同时，设备的质量和稳定性越来越成为人们关注的重点。
基于单片机控制的数控恒流源设计
２ ｏ ｌ ３． １ ３
当此压 控恒 流源 电路 的负 载阻值 在２ ９ — １ ０ ０ ０ ８ Ｑ之 间
时 ，我 们 可 以看 出 ：随输入 电压 变化 的 线性 情况 相 对较
好 ，随负载阻值输 出电流的变化非常微小。
图ｌ 双 毪但 况 糸 狁 明 兰 占 框 图
（ ３ ）键盘显示电路的原理 键 盘显示 电路 和单片机 的连接 电路图 ，只需要 读写就
１ 系统的结构 与原理
芯片 。利用 Ａ ／ Ｄ 采样处 理交 由Ｄ ／ Ａ 输 出，可 以在键 盘与电路 之 间进 行通信 ，而８ ２ ７ ９ 管理 键盘与 电路 ，使得处理器 的负
变 压整流 、单 片机控制 部分 、Ｄ ／ Ａ 与Ａ ／ Ｄ 转换 电路 、供 担减轻 ，单 片机 的 口线和时 间被 显示 电路 与键 盘过 多占用 电部分 、显示器 或键盘接 口电路 、恒 流源 电路 等 ，本数 控 的问题 ，也能够得到结局 。系统总体框 图 （ 如图 １ ）。
２ 系统硬 件的电路设计
（ １ ） 供 电和变压整 流
拟输出控制电压 ，然后 由功率三极管与运算其组成的电流反馈 系统实现输 出电流 的恒定 。
关键词 ：单片机 ；数控恒流源 ；模块化 ；运算放大器
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｎｓ ｔ ａ ｎｔ － ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ
１ ● ■ －
Ｃｎｌ ｐ ｍ ｉ ｃｒ ｏｃ ｏｍ Ｄｕｔ ｅｒ
Ｘ ｉ ｅ Ｈａ ｌ ｒ ｕ ｉ
（ Ｔ ｈ ｅ Ｃ ａ ｒ ｅ ｅ ｒ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ３ ６ ４ ０ ２ １ ）
基于单片机的恒流源设计
基于单片机的恒流源设计摘要恒流源在日常生活中扮演着重要的角色，很多电子设备需要工作时候的电流处于稳定状态。
我们把可以保证给工作中负载供给恒定电流的电源叫做恒流源。
恒流源的用途很丰富，它能够在脉冲或者差动放大电路中产生作用，同样也能够作为它的有源负载，又可以提供给放大电路偏流用来使它的静态功能工作点处于稳定。
本文介绍了一种基于AT89C51单片机的数控恒流源的研制，该系统主要是由单片机系统电路、DAC转换电路﹑恒流电路。
设计的恒流系统具有精度高、稳定性高的特点。
在数字输入信号部分主要是利用单片机输出的数字量同时配有按键数字键控功能。
DAC转换模块将单片机输出的数字量转换为模拟量，以作为恒流电路的基准电压。
恒流电路部分以集成运放和达林管组成的电流负反馈电路来实现电流的恒定输出。
本设计为了增加人机交互采用数码管显示，可以使得数控恒流的效果更加直观。
本文阐述了精确实现恒流源的原理设计、完整的硬件原理图和软件流程图，并对部分软件模块的设计思想进行分析。
与此同时，也对生活中的可实现性进行仔细测试和仿真。
关键词：AT89C51;单片机;DA转换;恒流源。
A study of the constant current source based on MCUAbstractConstant current source in everyday life plays an important role in many electronic devices need to work in a stable state when the current. We can guarantee that the work load to a constant current power supply is called the constant current source. Constant current source uses a very rich, it can in the differential amplifier circuit in the pulse or an effect, it also can be used as an active load, and can be used to provide bias current to the amplification circuit of the static function of the operating point so that it is stable.This paper introduces a numerical constant current source AT89C51 microcontrollerdevelopment, the system is dominated by single-chip system circuit, DAC converter circuit﹑constant current circuit. Designed constant current system with high precision,high stability characteristics.In the main part of the digital input signal is digital output using the same chip with digital keying function keys. DAC conversion module microcontroller digital output is converted to analog,as the reference voltage constant current circuit. Part of an integrated constant current circuit op amp tubes and Darling current negative feedback circuit to achieve a constant current output.The design of human-computer interaction in order to increase the use of digital tube display, you can make the effect more intuitive numerical constant. This paper describes the precise design principles to achieve a constant current source, a complete hardware schematics and software flow chart, and part of the software module design ideas for analysis.At the same time, but also the life of the realization careful testing and simulation.Key words:AT89C51；SCM; DA conversion; constant current source第一章课题背景所谓恒流源必是输出电流与端电压无关、无温漂，同时其输出电流应该与所连接的外部结构无关。
基于51单片机的数控恒流源设计
基于51单片机的数控恒流源设计摘要：文章介绍了一种基于AT89C51单片机的数控恒流源，通过D/A转换实现输出电流的高精可调，通过采集采样电阻上的电压经A/D转换实现闭环控制，通过数码管显示当前输出电流。
该数控恒流源输出0~40 mA，精度0.2 mA 的数控恒流源。
关键词：AT89C51；闭环控制；数控恒流源恒流电流源是仪器仪表、电子电路领域一种重要的电子设备，运用广泛，但是目前很多恒流源只能输出某一种或某几种特定电流，通用性较差。
文章介绍了一种高精度的数控恒流源：通过键盘设定输出电流值，数码管显示当前电流值，实现0~40 mA可变输出，精度0.2 mA。
以满足测试、科研等各个领域的使用。
1 数控恒流源硬件设计本系统的硬件部分主要包括：电压—电流转换电路、电源电路、控制电路（包括数模、模数转换）、键盘输入及数码管显示电路等。
?譹?訛电压—电流转换电路。
电压—电流转换器电路如图1所示，通过U1电压跟随器，使得输入电流小，而输出电压基本不变。
U3A使得输出电流由R3流出。
理论计算：通过7端输入基准电压，保证■=■,则I=U/R3。
经实际测试，当基准电压输入40 mA，R3选用50 ?赘。
?譺?訛电源电路。
用于产生+9 V、-9 V、+5 V电压，给放大器、单片机、A/D、D/A供电以及提供基准电压。
本例中采用8位并行数模、模数转换器。
基准电压选5 V，分辨率可达0.0195 V。
?譻?訛控制电路。
控制电路如图2所示，通过键盘向单片机输入设定值，产生数字量输出，进入数模转换器，提供基准电压。
P3口接收采样电压经A/D芯片输出的数字量，在单片机内部进行比较，调整P2口的输出量，设定步进与比较精度，使得输出电流达到设定值。
?譼?訛显示部分。
采用74ls48,4-7译码器将单片机收到的采样电压以动态扫描的方式显示在四位七段数码管中。
以2-4译码器控制共阴极的导通。
2软件设计软件部分包括：按键检测部分、数码管显示部分、闭环控制部分。
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Ｄ／Ａ转换电路按照设定的电流值输出相应的电压，以驱动恒流源电路产生恒定电流。Ｉ）／Ａ转换电路采用 Ｌｉｎｅａｒ公司轨到轨电压型输出的１６位Ｄ／Ａ转换器ＬＴＣ］６５５。ＬＴＣｌ６５５采用单＋５ Ｖ供电，具有最高７５０ 的转换能力。ＬＴＣｌ６５５采用与ＳＰＩ／Ｍｉｃｒｏｗｉｒｅ兼容的三线串行接口同单片机进行通信。
］６００
１８０１
】９５０
２０００
表４ 电流设定／ｍＡ 宴际测量／ｍＡ 电流设定／ｍＡ 实际测量／ｍＡ
１０
测试数据表（露Ｌ＝１０ ｎ）
２００ ｄＯＯ ５００ ６００ ７００
１０
５０
２０１
３０１
４００
６０１
７００
８００
９００
ｉ０００
１２００
１４００
１６００
ｉ９５０
２０００
８０ｌ
９００
１００１
１２００
１４００
的电阻。
ｎ
图２恒流源电路
图２中恒流源电路选用单电源供电的运放ＬＭ３５８和大功率ＮＰＮ达林顿管ＴＩＰｌ２７。
３．２单片机主控电路．
数控恒流源系统采用ＡＴｍｅｇａｌ６单片机作为系统控制核心。ＡＴｍｅｇａｌ６是Ａｔｍｅｌ公司推出的基于ＲＩＳＣ 架构高性能、低功耗的ＡＶＲ系列单片机中的一种。由于采用了ＲＩＳＣ和快速寄存器文件结构ｔＡＶＲ单片机成 功解决了传统因累加器和寄存器造成的瓶颈效应，提高了处理能力。
ｉｔｓ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｏｎ—
ｃｏｒｅ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ－－ｃｕｒｒｅｎｔ ８０ｕｒｃｅ，ｔｈｅ ＭＣＵ ｃｏｎｔｌｍｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，Ａ／Ｄ ａｎｄ ｂ／Ａ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｒｏ［ｃｉｒｃｕｉｔ
ａｒｅ
ａｎａｌｙｚｅｄ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
ＡＴｍｅｇａｌ
６单片机是ＡＶＲ单片机中具有很高性价此的型号之一。ＡＴｍｅｇａＪ ６片上集成了】６ＫＢ舶Ｆｌａｓｈ
指令存储器和ＩＫＢ的ＳＲＡＭ存储器，并具有５１２Ｂ的ＥＥＰＲＯＭ。ＡＴｍｅｇａｌ６还集成了ＳＰＩ、ＩＩＣ和ＵＳＡＲＴ等 片上外设，其内部集成的硬件乘法器能在两个时钟周期内完成一扶１６×１６的乘法。ＡＴｍｅｇａｌ６在１６ＭＨｚ时 钟下工作时，具有１６ＭＩＰＳ的高速处理能力，因而非常适合高速控制的场合。ＡＴｒａｅｇａｌ６主要完成键盘输入、 Ｉ．ＣＤ显示控制，以及Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ数据转换处理等工作。 ３．３
第三篇嵌入式硬件与ＦＰＧＡ
基于单片机的数控恒流源设计
张军 丁杰雄
电子科技大学机械电子工程学院，成都．６１００５４ 摘要本文介绍了一种采用运放和迭林领管构成的数控恒流源电路。谊系统采用Ａｔｍｅｌ套司高性能、 低功耗的８位单片机ＡＴｍｅｇａ］６作为控制核心，详细分析了恒流源电路、单片机控制电路和Ａ／Ｄ茂Ｄ／Ａ采样 控制电路。由于对采样电阻阻值进行了软件校正和电源滤波处理，恒流源的输出电流精度得到了极太的提高。 关键词
１６０２
１８０１
１９５０
２０２０
６结束语
（１）由康铜丝绕制的电阻具有温度系数小等优点，在作为采样电阻时，其阻值是影响系统精度的一个重要 因素，因此必须在程序中进行校准。 （２）高分辨率的Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ是确保系统精度的另一个重要因素。在实际电路中，将模拟地和数字地进行 隔离是减少干扰的一项重要措施。 （３）为了减小纹渡电流，恒流源电源端必须经过低通滤被。在负载两端并联一个电容也会裉好地减小纹 波电流。
ｋＨｚ
４软件设计
系统主程序流程如图４所示。
图４主程序流程 系统通过比较Ｄ／Ａ输出和Ａ／Ｄ的采样输入来更新Ｂ，Ａ的输出值，使输出电流稳定在较低的误差水平。 由于Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ的分辨率均已达到１６位，程序设定当设定电流与输出电流差值在１ ｍＡ时，认为恒流源输出 电流已达到设定值并保持稳定。
５系统测试和误差分析
恒流源．Ａｔｍｅｇａｌ ６，反馈控制，采样电阻
１
引
言
恒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。高精度的恒流源在电镀和电化学反应领域、航空航天和集成电路生 产过程，以及精密真流测量系统中得到了广泛的应用。 本设计采用由集成运放和达林顿管构成的恒流源电路，ＡＴｍｅｇａｌ６作为系统控制核心，通过设定Ｄ／Ａ的 输出电压来控制恒流源的输出电流，并通过Ａ／Ｄ采样实现反馈控制以提高输出电流的精度。该系统实现了 ２０Ｖ／２Ａ的恒定电流输出。
表２
电流让定／ｍＡ 实际测量／ｍＡ 电流设定／ｍＡ 实际测量／ｍＡ
８００ ８０２ ９０２ ５０ １００ １０２
测试数据表（Ｒｔ；１０ ｎ
２００ ２０２ ３００ ３０１ １４００ １４１１ １６１３ １８００ １８１５ １９６７ ２０２０ ４００ ６００ ６０３ ７００ ７０３
１１４ 中国西部嵌入式系统与单片机技术论坛２００５学术年会论文集 ■●■■●●■■●■■■■■■●■■■■■■●■■■■■■●■■■■■■●■■■●●■●■●■■■■●■■■■■■■■■■■■■■●■■■■■■●■■■■■■■■■●■■■●■■■■■■●■■■■■■●■■■■■■■■■■●＿Ｉ■－
在负载为１ ｎ和１０ ｎ的情况下，设定电流从１０ｍＡ到２ Ａ变化时，实测的电流值如表１和表２所列。 表ｌ
电流设定／ｍＡ 实际测量／ｍＡ 电流设定／ｍＡ 实际测量／ｍＡ
８００ ８０２ １０１
测试数据表（Ｒ－；１ ｎ）
２００ ２０１ ３００ ３０１ １４００ １４１０ ５０１ １８００ １８１６ ６００ ６０２ ７００ ７０２ ２０００ ２０２ｌ
参考文献
Ｉ钱如竹．用运算放大器构成恒流源研究．准阴师范学院学报，２００２，ｌ（３） ２何燕飞．恒流源综述．益阳师专学报．２００２，９（６）
，
３基于单片机控制的恒流源设计．电子测量与仪器学报，２０００，１４（４） ４陈凯良恒流源及其应用电路．杭州ｔ浙江科学技术出版社，１９９２ ５丁化成．ＡＶＲ单片机应用设计．北京：北京航天航空大学出版社，２００２ ６黄智伟．基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ２００ｔ电子电路仿真设计与分析．北京：电子工业出版杜，分配电路、单片机主控电路、恒流源发生电路、Ａ／Ｄ及Ｄ／Ａ采样变换电路以及 键盘输入和显示电路等组成，如图１所示。
圈１系统结构框图 恒流源交流输入电压为２２０ Ｖ／５０ Ｈｚ的市电，经１００ＶＡ的变压器隔离输出６．３ 电路、运放和恒流源电路供电。 系统的工作原理如下：在通过键盘设定好需要输出的电流后，ＡＴｍｅｇａｌ６单片机对设定值按照一定的算法 进行处理，然后控制Ｄ／Ａ的输出电压使恒流源电路输出相应的电流值。单片机通过采样恒流源电路上申接的 采样电阻的电压，计算出此时恒流源电路的输出电流值并与没定值进行比较，来改变Ｄ／Ａ的输出从而实现对 恒流源输出电流的闭环调节，使输出电流能实时跟随设定值。采用具有反馈控制的闭环控制系统，提高了反应 速度和精度，能够使误差保持在极低的水平。
测试数据表明，系统在不同负载时其输出电流具有较高的线形度，但误差较大。由于采用的Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ的 分辨率均已达到１６位，采样值已极接近实际电压。初步考虑误差的主要来源应该在于采样电阻。在实测了采 样电阻两端的电压和实测电流后，发现其比值略大于２．０ ｎ，对表１和表２的数据利用最小二乘法进行拟合 后，得出采样电阻的校正值为２．０４８
ｓｏｕｒｃｅ
ｉｓ
ａｃｈｉｅｖｅｄ．
Ｗｏｒｄｓ
Ｃｏｎｓｔａｎｔ
Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ，ＡＴｍｅｇａｌ６，Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｃｏｎｔｒ０１．Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
Ｖ、１２ Ｖ和３６
Ｖ的工频
交流电压，再经过全桥整流、滤波和稳压后分别输出＋５ Ｖ、＋１２ Ｖ和＋３６ Ｖ的直流电压，为单片机及其外围
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土詈２耋兰全耋兰釜皇兰苎垫兰主兰兰：：：：兰主兰盒兰圭苎
３硬件电路
：
３．１恒流源电路
恒流源电路如图２所示。 恒流源电路由集成运放和达林顿管构成，Ｒ。 为负载，Ｒ－为采样电阻。图２中运放工作在深度 负反馈状态，运放的同相输入端电压来源于Ｄ／Ａ 的输出，反向输入端与采样电阻Ｒ１相连。由于负 反馈的作用，Ｄ／Ａ的电压直接决定了采样电阻Ｒ１
７
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ｌｉｎｅａｒ．ｃｏｍ．ｃｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
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ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ
ｓｏｕｒｃｅ
ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｎｄ
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Ｄａｒｌｉｎｇｔｏｎ ｔｕｂｅ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ８－－ｂｉｔ ＡＴｍｅｇａｌ６
Ａ／Ｏ和ｔＶＡ转换电路
Ａ／Ｄ和ｎ，Ａ转换电路如图３所示。
图３
Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换电路
Ａ／Ｄ转换电路测量采样电阻Ｒｔ上的电压Ⅵ计算恒流源的输出电流。Ａ／Ｄ转换电路采用了Ｌｉｎｅａｒ公司开 关电容式、运次逼近１６位Ａ／Ｄ转换器ＬＴＣｌ８６４。Ｉ，ＴＣｌ８６４采用单＋５ Ｖ电源供电，具有２５０ ｋｓｐｓ的采样能 力。ＬＴＣｌ８６４采用与ＳＰＩ／Ｍｉｅｒｏｗｉｒｅ兼容的三线串行接口同单片机进行通信。
ｎ。
校正后重新测量的数据如表３和表４所列。 表３测试数据表（Ｒ。＝ｌ
电流设定／ｍＡ 实际测量／ｍＡ 电流设定／ｗＡ 宴际测量／ｍＡ
８０１ １０ ５０ ２００ ３００
ｎ
４００ ６００ ７００
５０
１００
２０ｌ
４００
５０１
０００
９００
１０００
１２００
１ ６００
１８００
１９５０
２０００
］０００
】２Ｊ９
１４０Ｊ
ｒ Ｔ．
上通过的电流ｋ＝鼍竽。因达林顿管共发射极放 ｎｌ