毕业设计（论文）基于单片机仿真的数控直流电流源设计

1、 2012 届毕业设计（论文） 材 料 学 院： 电气与信息工程学院学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子0802 学 号： 08401140206 2012 年 5月湖南工学院2012届毕业设计（论文）课题任务书学院：电气与信息工程学院 专业：电子信息工程 指导教师学生姓名田艳彬课题名称数控直流电流源的设计内容及任务1、设计任务设计一个基于单片机控制的数控直流电流源，输入交流200240v，50hz；输出直流电压10v。可作为一般高等院校的实践教学仪器使用。2、设计内容（一）、数控直流电流源的硬件系统（1)、单片机最小系统模块（2）、自制电源模块（3

2、）、显示模块（4）、键盘模块（5）、电流源模块（6）、负载模块（二）、数控直流电流源的软件系统（1）、系统监控程序模块（2）、显示程序模块（3）、键盘程序模块（4）、电流输出调整程序模块拟达到的要求或技术指标1、数控直流电流源的设计要求（1）、输出电流范围：200ma2000ma。（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。（7）其它。进度安排起止日期工

3、作内容备注2011/3/213/272011/3/284/032011/4/044/102011/4/114/172011/4/185/012011/5/025/152011/5/165/222011/5/235/292011/5/306/05根据毕业设计课题任务书、撰写开题报告10000字以上与课题有关的外文资料翻译课题总体方案设计课题硬件系统设计课题软件系统设计课题系统调试撰写毕业设计说明书教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩毕业设计答辩1周（第5周）1周（第6周）1周（第7周）1周（第8周）2周（第9、10周）2周（第11、12周）1周（第13周）1周（第14周）1周（第15周）主要参考

4、资料1 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析m.北京：北京航空航天大学出版社，2003.2 张毅刚主编.mcs-51单片机应用设计m.哈尔滨：哈尔滨工大学出版社，1990.8. 3 何立民编著.mcs-51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术m.北京：北京航空航天大学出版社，1990.1.4 李光飞.单片机c程序设计指导m.北京:北京航空航天大学出版社，2003.01.5 王幸之，王雷，王闪.单片机应用系统抗干扰技术m.北京：北京航空航天大学出版社，2002.6 周慈航.单片机应用程序设计技术m.北京：北京航空航天大学出版社，2002.7 何立民.ms-51系列单片机应用系统设计m.北京

5、：北京航空航天大学出版社,1999.8 杨振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用m.西安：西安电子科技大学出版社，2001.9 马忠梅编著.单片机的c语言windows环境编程宝典m.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6.10 谢自美.电子线路设计与实验测试m.武汉：华中科技大学，2010.11 康华光.电子技术基础模拟部分m.武汉：华中科技大学出版社，2005.7.12 阎石.数字电子技术m.北京：高等教育出版社，2009.教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日湖南工学院2012届毕业设计(论文)开题报告 题目数控直流电流源的设计学生姓名 田艳彬班级学号084011402

6、06专业电子信息工程1. 对指导教师下达的课题任务的学习与理解本次课题主要是基于单片机技术进行设计，单片机是计算机技术、大规模电路集成技术和控制技术的综合产物。经过30年的发展历程，单片机应用已十分广泛和深入，单片机应用系统设计不但要熟练掌握单片机程序设计语言和编程技术，而且还要具备扎实的单片机硬件方面的理论和实践知识。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

7、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。我设计的是数控直流电流源，本设计作为毕业设计考核我们大学四年综合素质的一个重要环节，特别注重基础理论的实用性和技术内容的先进性，充分体现了小电源技术的新发展，来设计这个基于现代单片机技术的数控型直流源。重要应用了变压知识，电力电子技术和单片机技术设计。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

8、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。直流电流源作为稳定电源的分支，在工程技术和测量领域中有着重要的实用价值，其涉及的应用由稳定电磁场、校正电流表等扩展至激光、超导、现代通信和传感技术等领域。基于模拟电路的电流源虽然可以实现高精度、宽电流范围输出，但其结构复杂, 调整困难，指示不直观。随着单片机技术的发展，数字控制电流源开始出现，其以控制灵活、调节方便等特点展示了良好的应用前景。一般的恒流电流源往往是电流值固定，或是有限数值档的电流值输出，不便于通用。数字控制的电流

9、源则通过单片机作为核心控制器，通过键盘设置所需的电流值，电流值取值范围大，使用方便灵活。2. 阅读文献资料进行调研的综述（一）课题的国内外研究现状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。电源作为当今人们生活中普遍存在的电子商品，从上世纪九十年代末起便迅速发展。随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。从80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和

10、数字控制。然而，早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控直流电流源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控直流电流源”的新产品。而如今随着直流电流源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电流源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。并且，在当今科技快速发展过程中，模块化是直流电流源的发展趋势，并联运行是电流源产品大容量化的一个有效手段，可以通

11、过设计n+1冗余电源系统，实现容量扩展，提高电源系统的可靠性、可用性，缩短维修、维护时间，从而使企业产生更大的效益。如：扬州鼎华公司近年来结合美国sorensen amrel等公司的先进技术，成功开发了单机最大功率120kw智能模块电源，可以并联32台（可扩展到64台），使最大输出功率可以达到7600kw以上。智能模块电源采用电流型控制模式，集中式散热技术，实时多任务监控，具有高效、高可靠、超低辐射，维护快捷等优点，机箱结构紧凑，防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、运输及维修等困难。而且和传统可控硅电源相比节电20%-30%节能优势，奠定了它将是未来大功率直流电流源

12、的首选。（二）课题研究的目的和意义随着经济活动在转入高新技术产业迅猛发展时期。数控直流电流源是电子技术常用的仪器设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验作和科学研究所不可缺少的电子仪器。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电流源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流电流源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流电流源品种有很多, 但均存在以下问题：输出电流是通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节。这样, 当输出电流需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时,困

13、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。从上面我们能看出传统的直流电流源已经不能满足现在需要，但是在各类电子设备和一些家用电器中，通常又都需要直流电流源供电。而在我们实际生活中电源往往都是由220v 的交流电网供电，那么这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。其中滤波器用于滤整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电流源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。然而传统的

14、直流电流源通常采用电位器和波段开关来实现电流的调节,并由电流表指示电流值的大小. 因此,电流的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损。而基于单片机控制的数控直流电流源能较好地解决以上传统直流电流源的不足，并且数控直流电流源与传统直流电流源相比，具有操作方便、电流稳定度高的特点。它的纹波电流低，电流调节精确，输出电流大小采用数字显示，直观易读。电路大部分使用集成电路，从而使调试简单、性能优良、故障率低、使用寿命长。数控直流电流源的研究主要在性能上要做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境，还要在功能上力求实现数控化、多功能化、智能化、网络化。而本课题研究主要也是从上述问题中进行设计和

15、研究，达到数控直流电流源设计的合理性及可利用性。（三）课题研究的主要内容（1）数控直流电流源的输出控制系统设计的目的是要用微处理器来替代传统直流稳压电源中手动旋转电位器，实现输出电压的连续可调，精度要求高。用dac的模拟输出控制电源的基准电压或分压电阻，或者用其它更有效的方法，因此如何选择简单有效的方法是本课题需要解决的首要问题。（2）数控直流电流源功能的完备数控直流稳压电源要实现电压的键盘化输出控制，同时要具备输出、过压过流保护及数组存贮与预置等功能。另外，根据要求电源还应该可以通过按键选择一些特殊的功能。如何有效的实现这些功能也是课题所需研究解决的问题。（3）数控直流电流源微机处理系统在本

16、设计中主要采用单片机进行处理，涉及到单片机的最小系统组成，单片机键盘连接，单片机的输出模块，实时的显示所调节的直流电源的大小。（4）数控直流电流源调节的实时性本设计中用到了数码管显示，将所调节的直流电源的大小直观的体现出来，使得操作人员在使用时，能够准确、实时、更有效率的调节好电源所需要的值。（四）课题研究的方法本次主要是针对数控直流电流源的研究，在设计的过程中，我所采用的先整体后局部的研究方法。首先将数控直流电流源的整体方案做一个简单的设计，然后再局部进行设计。设计数控直流电流源的按键操作模块、数字显示模块、反馈数据检测模块、电源供电模块。本次设计的难点就是数据的d/a和a/d转换过程，既要

17、做到转换速度快，又要做到转换的准确度高。3. 根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行方案（1）4月1号4月6号，根据所选的课题，从网上及图书馆查阅相关的资料，了解所选课题开发出来的一些产品，熟悉设计中所要用到的一些软件及实验装置。（2）4月7号4月15号，根据所选的课题，确定设计所要用到的相关模块及芯片，熟悉各模块的功能和各芯片的内部结构，查阅相关资料，并进行总体方案设计。（3）4月16号4月24号，根据所设计的方案，设计数控直流电源的电路原理图，绘制pcb图，制作硬件电路。（4）4月25号4月30号，根据设计要求，采用keil软件，进行程序的编写。（5）5月1号5月9号，对所编写的软

18、件系统进行测试，根据测试结果进行修改。（6）5月10号5月20号，根据所设计的硬件系统和所设计的软件系统，结合毕业论文的书写要求，编写毕业设计说明书。（7）5月21号5月26号，完善毕业设计说明书，总结设计的成果与不足，进行毕业设计的评阅，为答辩做准备。4.参考文献1 李光飞.单片机c程序设计指导m.北京:北京航空航天大学出版社，2003.01.2 王幸之，王雷，王闪.单片机应用系统抗干扰技术m.北京：北京航空航天大学出版社，2002.3 周慈航.单片机应用程序设计技术m.北京：北京航空航天大学出版社，2002.4 何立民.ms-51系列单片机应用系统设计m.北京：北京航空航天大学出版社,19

19、99.5lassus,marc.smart-cards:a cost-effective solution against electronic fraud j.ieee conference publication n 437 1997.ieee,stevenage,engl.p81-85.6mcelroy,d.turban.e.using smart cards in electronic commercej.international journal of information management v 18 n 1 feb 1998.指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日湖

20、南工学院毕业设计(论文)工作中期检查表题目数控直流电流源的设计学生姓名田艳彬班级学号08401140206专业电子信息工程指导教师填写学生开题情况学生调研及查阅文献情况毕业设计（论文）原计划有无调整学生是否按计划执行工作进度学生是否能独立完成工作任务学生的英文翻译情况学生每周接受指导的次数及时间毕业设计（论文）过程检查记录情况学生的工作态度在相应选项划“”认真一般较差尚存在的问题及采取的措施：指导教师签字： 年 月 日系部意见： 负责人签字：年 月 日湖南工学院2011 届毕业设计（论文）指导教师评阅表学院：电气与信息工程学院 学生姓名田艳彬学 号08401140206班 级电子0802专 业

21、电子信息工程指导教师姓名王韧课题名称数控直流电流源的设计评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）该生毕业设计态度端正，能很好地领会毕业设计任务书的具体要求和任务，具备一定的搜集资料的能力，能够按时、按质、按量完成指导教师下达的毕业设计任务，具有较强的计算机应用能力，毕业设计文档资料齐全，文档格式符合规范要求。毕业设计达到了一定的水平，同意该生参加毕业答辩！是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表题目数控直流电流源

22、的设计学生姓名田艳彬班级学号08401140206专业电子信息工程评阅教师姓名陈华容职称高级实验师工作单位湖南工学院评分内容具 体 要 求总分评分开题情况调研论证能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。10外文翻译摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。10设计质量论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。35创新工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。10撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。15综合能力能综合运用所学知识和

23、技能发现与解决实际问题。20总评分评阅教师评阅意见评阅成绩总评分20%评阅教师签名日期湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表题 目数控直流电流源的设计学生姓名田艳彬学 号08401140206专 业电子信息工程指导教师王韧内容综述（对毕业设计或论文的研究步骤和方法、主要内容及创新之处进行综述，提出答辩申请）：一、毕业设计的研究步骤和方法 1 根据自己的知识和兴趣，认真选好毕业设计的题目。 2 认真选好论文题目的前提下，通过学校的网络数字资源和图书资源充分了解本课题的最新状态。 3 对毕业论文相关资料进行整理并做好读书笔记，收集好写作资料。 4 分析、综合资料，找出问题，并形成自己的观点；按时

24、填写开题报告，经指导老师审查同意后开始毕业设计。 5 以论文提纲为指导，参考已有资料，运用比较研究，采用论证思想，设计课题的硬件系统和软件系统，最终对系统进行仿真测试，论证设计的结果。二、主要内容及创新之处1 主要内容: 采用结构化的思想，将硬件系统分为六个模块，分别是单片机最小系统模块、液晶显示模块、按键模块、恒流源模块、ad数据采样模块、负载模块；将软件系统分为四个模块，分别是系统监测程序模块、显示程序模块、键盘程序模块、电流输出调整程序模块。逐个完成各个模块，最终完整个硬件系统和软件系统的设计。2 创新之处：在数控直流电流的步进设计方面，采用dac0832和换挡电路构建一个步进1ma的系

25、统；本设计是数控直流电流源，对于恒流源的设计，所采用的时运放加达林管构建电路，以达到稳流输出；采用ad采样电路进行采样，与输出的电流进行对比，构建一个闭环调节系统，提高输出电流的精确性。综合各方面因素，整个毕业设计的工作已基本完成，也较好的实现了其要求所具备的功能，特此向各位老师提出答辩申请，恳请各位老师修改，并予以答辩。 申请人签名： 日期：资 格 审 查 项 目是否01工作量是否达到所规定要求02文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等）03是否完成任务书规定的任务04完成的成果是否达到验收要求05是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文）指导教师签名

26、： 毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见：符合答辩资格，同意答辩 不符合答辩资格，不同意答辩审查小组成员签名： 年 月 日注：此表中内容综述由学生填写，资格审查项目由指导教师填写。湖南工学院2012届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表学院：电气与信息工程学院 专业：电子信息工程学生姓名田艳彬学号08401140206班级电子0802答辩日期课题名称数控直流电流源的设计指导教师王韧成 绩 评 定分值评 定小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大

27、、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 40评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： 20最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各系自己确定，但应控制在给定标准的10左右。 2012届毕业设计说明书 数控直流电流源的设计 学 院： 电气与信息工程学院 学生姓名： 田艳彬 指导教师： 王 韧 职称 副教授 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子0802 完成时间： 2012- 5- 23 摘 要 随着电子技术的发展、数字电

28、路应用领域的扩展，人们对数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“数控恒流电流源”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：单片机应用系统模块； 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44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200ma2000ma，满足步进10ma，误差的绝对值 1% +10ma，可以同时显示电流的给

29、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 numerica

30、l controlling constant current power of scm controlling and apply proteus to simulating software. this design includes two module: scm application system module; superpower voltage controls current power module. this design adopts at89s52 scm application system, monitoried by precision resistance co

31、nstantan 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 44 matrix keyboard to set and lcd display interface. applying proteus s

32、imulation software to realizing the range of output current as 200ma2000ma satisfies stepping 10ma, the errors absolute value 1% +10ma and displaying set-value, simulation values, load voltage value and load load resistance value of current simultaneouslykey words current source；manostat ；at89s52；lc

33、d display；proteus目 录1 前言11.1 数控直流电流源的发展现状11.2 数控直流电流源的研究意义21.3 该研究解决的主要内容22 设计任务及要求42.1 设计任务42.2 发挥部分42.3 设计思路42.4 方案论证42.5 总体方案设计63 硬件系统的设计73.1 硬件系统的模块73.1.1 单片机最小系统73.1.2 自制电源模块93.1.3 显示模块103.1.4 键盘模块123.1.5 电流源模块133.1.6 负载模块143.1.4 d/a、a/d转换模块153.2 系统的原理图174 软件系统的设计184.1 单片机资源使用情况184.2 软件系统的模块184

34、.2.1 定时模块184.2.2 按键操作模块184.2.3 d/a转换模块194.2.4 a/d转换模块194.2.5 lcd显示模块194.3 程序流程图194.3.1 主控制流程图194.3.2 按键操作流程图204.3.3 d/a转换、a/d转换流程图214.3.4 数制转换流程图224.3.5 lcd显示流程图224.4 程序清单235 仿真测试及结果245.1 设计结论及使用方法245.2 仿真结果245.2.1 输出电流范围仿真245.2.2 步进调整仿真265.2.3 输出电流仿真265.2.4 仿真软件的介绍275.3 误差分析28结束语 29参考文献30致谢31附录321

35、前言1.1 数控直流电流源的发展现状 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进

36、出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。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有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05v的数控电源，功率密度达到每立方英寸50w的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等

37、三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。数字化智能电源是针对传统电源的不足设计的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。数控直流电流源是一种常见的电子仪器，广泛的用于电子电路，教学实验和科学研究等领域。目前实用的直流电流源大部分是线性电源。利用分离器件组成，其体积大，功率底，可靠性差，操作使用不方便，自我保护功能不够，因而故障率高。随着电子科技的飞速发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求日益提高，电源不断差朝着小型化，高效

38、率，低成本，高可靠性，低电磁干扰，模块化和智能化发展。因此，数控直流电流源今后的发展目标之一就是不进要在性能上做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境，还要在功能上力求实现数控化、多功能化、智能化、网络化。1.2 数控直流电流源的研究意义数控直流电流源是我们生活中比较常见的设备，这次设计就是基于单片机为主体所设计的微机数字触发式直流电流源，相比其他以往的电源设计，此次的课题更新颖，更符合技术发展的潮流。设计中，对整体电源进行了硬件、软件总体设计，从两方面满足设计的基本要求的同时，对整个微机控制的系统有了比较全面的了解。传统的直流电流源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电流

39、表指示电流值的大小。因此，电流的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。而基于单片机控制的直流电流源能较好地解决以上传统电流源的不足。数控直流电流源采用键盘，可对输出电压进行设置, 输出由单片机通过d/a，控制驱动模块输出一个稳定电压，之后转换成相应的电流。工作过程中，数控直流电流源的输出电流等各种工作状态均由单片机输出驱动lcd显示，由键盘控制进行动态逻辑切换。以单片机为核心的智能化高精度直流电流源的设计，直流电流源采用数字调节、输出精度高，特别适用于各种有较高精度要求的场合。以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代数控直流电流源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且单片机具有计

40、算和控制功能，利用它对采样技术进行各种计算，从而可排除和减少由于骚扰信号和模拟电路因起的误差，大大提高稳压电源输出电压精度，降低了对模拟电路的要求。数控直流电流源可利用单片机设置周密的保护检测系统，确保电源运行可靠。电源采用数字控制，具有以下明显优点：易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美；控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路；控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。在日常生活中，需要用到各种电源，数控直流电流源的研究，更好的适应了社会的发展。1.3 该研究解决

41、的主要内容本次对数控直流电流源的设计主要是针对以下方面：如何实现对电源的输出控制，该系统主要是应用单片机，用微处理器来替代传统直流稳压电源中手动旋转电位器，实现输出电压的连续可调，精度要求高。实现的途径很多，可以用dac的模拟输出控制电源的基准电压或分压电阻，或者用其它更有效的方法，因此如何选择简单有效的方法是本课题需要解决的首要问题；数控直流电流源要实现电流的键盘化输出控制，同时对于输出的电流的精度也具有相应的要求，如何有效的实现这些功能也是课题所需研究解决的问题。数控直流电流源的输出电流稳定的问题，在本设计中也是要解决的问题。对于数控直流电流源的输出显示问题，本设计中式采用lcd进行显示。

42、该数控直流电流源还有一个讨论的问题，就是对于数控直流电流源输出的电流进行采样，然后进行处理的问题。在本次数控直流电流源的设计中，这也是一个比较重要的问题。2 设计任务及要求2.1 设计任务（1）、输入交流电压200240v，50hz；输出直流电压10v。（2）、输出电流范围：200ma2000ma；（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1+10 ma；（4）、具有“+”、“-”步进调整功能，步进10ma；（5）、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；（6）利用proteus软件对整体电路进行仿真验证。

43、2.2 发挥部分（1）输出电流范围为200ma2000ma，步进1ma；（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置 (可同时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；（4）纹波电流0.2ma；（5）其他。2.3 设计思路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

44、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。2.4 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

45、电流值与设定电流值一致。图1 方案一的方框图方案二：方框图如图2所示，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。图2 方案二方框图2.5 总体方案设计方案一的数控直流电流源设计比较简单，对于电流的变化是采用相比而言使用可编程芯片，如cpld或fpga等

46、和dac控制，采用led数码管进行实时显示，操作也比较方便。方案二的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。根据题目要求以及

47、设计思路，比较之后，基于以上优点以及对于单片机的成熟应用，因此我决定用单片机来作为控制器，我所采用的是第二种方案。3 硬件系统的设计3.1 硬件系统的模块3.1.1 单片机最小系统（1） 时钟电路单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在xtal2引脚产生幅度为3v左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中石英晶体振荡器的频率为12mhz，两个电容 c1、c2的作用有两个:一是帮助振荡器起振；

48、二是对振荡器的频率进行微调。c1、c2的典型值为33pf。单片机的时钟电路如图3所示。图3 单片机的时钟电路图（2） 复位电路单片机的第9脚rst为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。复位电路用于产生复位信号，通过rst引脚送入单片机，进行复位。因为at89s52单片机的复位是靠外部电路实现的。复位电路的好坏直接影响单片机系统工作的可靠性，因此，要重视复位电路的设计和研究。只要rst端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。at89s52单片机通常采用上电自动复位、按键复位、以及上电加按键复位等，我们采用的是上电加按键复

49、位方式，这样做的优点是上电后可以直接进入复位状态，当程序出现错误时，可以随时使电路复位。则复位电路图如图4所示。图4 单片机复位电路图（3） at89s52单片机at89s52是一种带8k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。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，这4个口除可按字节寻址以外，还可按位寻址。p0口地址为80h,位地址为80h

50、87h。各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。p1口地址为90h,位地址为90h97h。p1口只能作为通用数据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a0ha7h。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。p3口地址为b0h,位地址为b0hb7h。虽然p3口可以作为通用i/o口使用，但在实际应用中它的第二功能信号更为重要。p3口的第二功能如表1所示。at89s52单片机还有一个地址锁存控制信号ale，外部程序存储器读选通信号,访问程序存储器控制信号,复位信号rst，地线和+5v的电源。单片机最小系统图

51、如图5所示。表1 p3口线第二功能 口 线 第二功能信号 第二功能信号名称 p3.0 rxd 串行数据接收 p3.1 txd 串行数据发送 p3.2 int0 外部中断0申请 p3.3 int1 外部中断1申请 p3.4 t0 定时器/计数器0计数输入 p3.5 t1 定时器/计数器1计数输入 p3.6 外部ram写选通 p3.7 外部ram读选通图5 单片机最小系统图3.1.2 自制电源模块本系统需要多个电源，单片机使用+稳压电源，a/d转换器，d/a转换器，运放等需要稳压电源。电源虽简单，但在高精度的系统中，稳压电源有着非常重要的作用。在进行研究后得出以下方案。如图6所示，本电源先通过变压器电压变换隔离，桥式全波整流，电容滤波，再通过三端固定输出集成