数字电流源报告文档格式.docx

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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％+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，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10mA；

5）纹波电流≤2mA；

时间安排：

序

号

阶段内容

所需时间

1

方案设计

2天

2

硬件设计

3天

3

软件设计

4

系统仿真

系统调试

答辩

1天

合计

14天

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

摘要

本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器AD5320输出模拟量，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MAX1241，实时把模拟量转化为数字量，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。

关键词：

压控恒流源 

；

AT89C52；

数控电源；

Abstract

Inthesystem,thedigitallyprogrammablesignalfromSCMisconvertedtoanalogvaluebyDACAD5320,issenttothebaseelectrodeofpowertransistor,soanadjustableoutputcurrentcanbeavailablewiththebaseelectrodevoltageofpowertransistor.Ontheotherhand,TheconstantcurrentsourcecanbemonitoredbytheSCMsystemreal-timely,itsworkprocessisthatoutputcurrentisconvertedvoltage,thenitsanalogvalueisconvertedtodigitalvaluebyADCMAX1241,finallythedigitalvalueasafeedbackloopisprocessedbySCMsothatoutputcurrentismorestable,soastablevoltage-controlledconstantcurrentpowerisdesigned.

KeyWords：

voltage-controlledconstantcurrentsource；

AT89C52；

Numericalcontrolledsource；

1.绪论

1.1.目的

1、在实践中对《通信原理》、《微机原理》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》、《电磁场与电磁波》等学科基础课的课堂理论知识做进一步巩固；

2、锻炼对学科基础课的综合运用能力。

1.2.任务

设计并制作数控直流电流源。

其原理示意如图所示。

键盘

控制器

电流源

负载

显示器

电源

1.3.要求

（1）输出电流范围：

（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％+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，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10mA；

（5）纹波电流≤2mA；

2.相关理论分析

2.1.理论分析

首先，在数控方面采用单片机比CPLD和FPGA等可编程逻辑器件好，因为此处只是一般用途的控制，没有必要选用价格昂贵的CPLD和FPGA，而且他们用在此处并不合适，控制起来显得很麻烦。

而单片机则不同，他有着非常成熟的技术，这方面的参考文献也很多，而且他从来就是用于控制方面的，在这方面有着天生的优势。

还有他价格也不贵，仅几元人民币。

对于这样的应用系统比较划得来。

其次在恒流源方面，我的方案也很好。

从理论上看，运放是接成比较器的，作为模拟反馈的，这样只要运放的输入不变，那么三极管的是不变的，根据三极管的共射极输入特性可知，不变时，和也保持不变，而且，。

当比较大时。

当运放的输入改变时，也改变了值，这样也就改变了和的值，而且这个变化基本也是呈线性的。

这也就是本系统的恒流原理。

由于器件受温度的影响以及局部非线性的存在，这样的恒流源不能做到真正的恒流，因此，当外界条件发生变化时，我要及时给予补偿，只有这样才能做到真正的恒流。

这也就是为什么要加入模数转换器的真正原因，他能实时测量电流的变化并按照一定的算法及时给予补偿，采用数字补偿逐次逼近的方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率管的输出。

当改变负载大小时，基本上不影响电流的输出。

模数转换器还起到测量的作用，同时送显示让我知道实际的电流输出值。

2.2.系统介绍

本系统以AT89C52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，并可由液晶模块显示实际输出电流值和电流设定值。

首先，采用单片稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元器件实现稳流。

为实现对输出电流控制：

一方面，通过D/A转换器（AD5320）输出实现电流的预置，再经过运算放大器控制晶体管的输出电流。

另一方面，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（MAX1241）芯片，实时把模拟量转化为数字量，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。

此外，系统还增加了存储设备，能够保存掉电前的数据，使系统更加方便使用。

系统原理框图如下图1：

图1系统原理框图

2.3.AT89C52芯片介绍

我选择的是ATMEL公司的AT89C52单片机，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KISP（在系统可编程）Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89C52主要引脚的主要功能：

VCC：

接+5V电源。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.1分别作定时器/记数器2的外部记数输入（P1.0/T2）和定时器/记数器2的触发输入（P1.1/T2EX）,具体如下表1所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

P3口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表2所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。

看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。

然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。

这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。

否则，ALE将被微弱拉高。

这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

：

外部程序存储器选通信号。

当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。

/VPP：

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。

为了执行内部程序指令，应该接VCC。

在flash编程期间，也接收12伏VPP电压

XTAL1：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

图2AT89C52引脚图

3.硬件设计

3.1.恒流源模块

用“运放+大功率三极管”的结构构成恒流源。

大功率三极管选用TIP122型号，它是应用范围广、功率小、频率低的达林顿，NPN极性型，特征频率:

1000（MHz），集电极允许电流:

8（A），集电极最大允许耗散功率:

48（W）。

其性能满足本设计要求，同时可以通过功率管的不同容量来满足不同的应用要求。

采用常用的大功率电阻作为采样电阻，输出电流波动比较大，而康锰铜丝是一种温度特性佳的阻性元件，选其作为取样电阻，其两端电压正比于流过的电流，因此该电压的反馈就是负载电流的反馈。

其原理如图2所示：

图3恒流电路

3.2.单片机模块

3.2.1.AT89C52硬件电路设计

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AT89C52单片机、振荡电路、复位电路等。

电路如下图3所示：

图4