数控恒流源的设计与实现培训文件

1、55/63学科分类号 0806 本科生毕业论文(设计)题目（中文）： 数控恒流源的设计与实现 （英文）：Design and Implementation of Digital-Controlled Direct Current Source 学生姓名： 学号： 系不： 物理与信息工程系 专业： 通信工程 指导教师： 起止日期： 2012年11月2013年5月2013年 05月 15 日 怀化学院本科毕业论文（设计）诚信声明作者郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中差不多注明引用的内容外，论文不含任何其他个人或集体

2、差不多发表或撰写过的成果。对论文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确的方式标明。本声明的法律结果由作者承担。本科毕业论文（设计）作者签名：年 月 日 目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc2949 摘 要 PAGEREF _Toc2949 I HYPERLINK l _Toc710 关键词 PAGEREF _Toc710 I HYPERLINK l _Toc17606 Abstract PAGEREF _Toc17606 I HYPERLINK l _Toc14699 Keywords PAGEREF _Toc14699 II HYPERLINK l _To

3、c21950 1 前言 PAGEREF _Toc21950 1 HYPERLINK l _Toc21361 1.1 恒流电源的概述 PAGEREF _Toc21361 1 HYPERLINK l _Toc24069 1.2 国内外研究现状及进展趋势 PAGEREF _Toc24069 2 HYPERLINK l _Toc47 1.2.1 研究现状 PAGEREF _Toc47 3 HYPERLINK l _Toc11569 1.2.2 进展趋势 PAGEREF _Toc11569 4 HYPERLINK l _Toc8213 1.3 研究的意义 PAGEREF _Toc8213 5 HYPER

4、LINK l _Toc31839 2 任务分析与方案论证 PAGEREF _Toc31839 5 HYPERLINK l _Toc20540 2.1 设计任务 PAGEREF _Toc20540 5 HYPERLINK l _Toc19139 2.2 设计方案 PAGEREF _Toc19139 6 HYPERLINK l _Toc13592 2.2.1 总体方案设计、比较与论证 PAGEREF _Toc13592 6 HYPERLINK l _Toc12177 2.2.2 数控模块 PAGEREF _Toc12177 8 HYPERLINK l _Toc13017 2.2.3 电流源模块 P

5、AGEREF _Toc13017 8 HYPERLINK l _Toc7210 3 系统硬件设计 PAGEREF _Toc7210 10 HYPERLINK l _Toc14759 3.1 系统的总体设计 PAGEREF _Toc14759 10 HYPERLINK l _Toc14984 3.2 单片机操纵系统 PAGEREF _Toc14984 10 HYPERLINK l _Toc19083 3.2.1单片机差不多系统 PAGEREF _Toc19083 10 HYPERLINK l _Toc18041 3.2.2 单片机串口通信 PAGEREF _Toc18041 11 HYPERLI

6、NK l _Toc25338 3.3 恒流部分 PAGEREF _Toc25338 13 HYPERLINK l _Toc24586 3.4 电源部分 PAGEREF _Toc24586 14 HYPERLINK l _Toc9939 3.5采样电阻 PAGEREF _Toc9939 14 HYPERLINK l _Toc14201 3.6 误差电压放大器 PAGEREF _Toc14201 15 HYPERLINK l _Toc14777 3.7 基准电压 PAGEREF _Toc14777 15 HYPERLINK l _Toc11473 4 系统软件设计 PAGEREF _Toc1147

7、3 15 HYPERLINK l _Toc25267 4.1 程序总体流程图 PAGEREF _Toc25267 15 HYPERLINK l _Toc23936 4.2 D/A子程序 PAGEREF _Toc23936 15 HYPERLINK l _Toc31217 4.3 A/D子程序 PAGEREF _Toc31217 17 HYPERLINK l _Toc6022 5 系统调试 PAGEREF _Toc6022 17 HYPERLINK l _Toc22972 5.1 测试结果 PAGEREF _Toc22972 17 HYPERLINK l _Toc5075 5.2 数据分析 PA

8、GEREF _Toc5075 19 HYPERLINK l _Toc23399 5.3 出现的问题与改进 PAGEREF _Toc23399 20 HYPERLINK l _Toc30404 6 结论 PAGEREF _Toc30404 20 HYPERLINK l _Toc15949 参考文献 PAGEREF _Toc15949 21 HYPERLINK l _Toc2822 致谢 PAGEREF _Toc2822 22 HYPERLINK l _Toc10827 附录A 程序清单 PAGEREF _Toc10827 23 HYPERLINK l _Toc24642 附录B 总电原理图 PA

9、GEREF _Toc24642 32 HYPERLINK l _Toc16352 附录C 印制电路板图 PAGEREF _Toc16352 33 数控恒流源设计与实现摘 要 数控恒流源能有效应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。本系统以单片机AT89C52为操纵核心，输入键盘为四个独立键盘， 数据显示采纳LCD1602液晶显示器。采纳误差放大器TL082与三极管TIP122形成的恒流操纵电路，配以12位TLV2551 A/D转换器与TLV5618 D/A转换芯片完成单片机对输出电流的实时检测与实时操纵，实现50mA500mA范围内步进1mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于2mA的稳定度

10、。 关键词 恒流源；AT89C52单片机；A/D转换器；D/A转换器 Design and Implementation of Digital-controlledDirect Current Source AbstractThis system can effectively apply to the fields which need high stability of small power constant-current source.This design used single chip microcomputer (AT89C52) as the corn controller

11、 and the input keyboard are four independent ones and data is shown on liquid crystal display (LCD1602).using the constant current control circuit which is constituted of an error amplifier (TL082) and a triode(TIP122). a 12-bit A/D converter (TLV2551) and a D/A converter(TLV5618) to implement the r

12、eal-time detection and control on output current. It achieves constant current output from 50mA to 500mA with step size 1mA and ensures the stability of ripple current to be less than 2mA. Keywords Constant Current Source；SCM AT89C52 ；A/D Converter ；A/D Converter 1 前言1.1 恒流电源的概述 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性专

13、门强的工程技术，服务于各个行业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、操纵理论、材料等诸多科学领域。随着计算机和通讯技术进展而带来的现代信息技术革命，给电源技术提供了宽敞的进展前景，同时也给电源技术提出了更高的要求1。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，一般电源在工作时产生的误差，会阻碍整个系统的精确度，电源在使用时会造成许多不良后果。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产品精度标准，达标后才能够进入市场。随着经济全球化的进展，满足国际标准的电源产品才能够获得通行证。数控电流源是从80年代才开始进展起来的产品，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的进展提供了良好的理

14、论基础，在以后的时刻里，数控电源技术开始长足的进展2。现在市场上许多数控电流源存在输出精度不高，功率密度比较低，带负载能力不强，体积大，价格较高，操作繁琐，工作状态不稳定等弊端，因此数控电源的要紧进展方向是针对上述缺点不断改善。因此，高精度的数控直流电流源有专门大的进展空间。另外，单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电流源的进展提供了有利条件3。新的变化技术和操纵理论的不断进展，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，已出现了数控精度达0.05V的数控电源，功率密度已达50W的数控电源。从组成上，数控电源可分为器件、主电路和操纵电路三部分。 在数控电源的基础上，再进展

15、为数控恒流源。现在，差不多广泛地应用在各个领域。目前市面上较成熟的恒流源输出或者在mA量级，或者在百安培量级，不能满足所有输出段位的需求。许多输出电流不是专门大、要求稳定度和输出精度较高的恒流源依旧由使用者自行研制的。恒流源在现代化工农业及科研生产的运用中正朝着体积小、精度高、稳定性好、使用灵活的方向进展4。基于功率运算放大器的恒流源在理论上具有体积小、精度高、稳定性好、可扩展等优点，输出电流范围在安培量级适用于小型电动机、线圈等的驱动。但还需要通过实验做进一步深入的研究，这关于恒流源的进展具有相当现实的意义。而且数字化智能电流源模块是针对传统智能电流源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程

16、中的不确定因素和人为参与的环节，有效的解决了电流源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大的提高了生产效率和产品的可维护性5。电能变换技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动操纵技术的多学科的边缘交叉技术。电能变换技术是实现电能变换和功率传递的关键技术，能够对电能变换过程的参数实现精确的操纵和高效率的处理，特不是能够实现大功率电能的频率变换，从而为现代通信、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源支持6。1.2 国内外研究现状及进展趋势1.2.1 研究现状 在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪6

17、0年代中期开始形成，到了90年代以来，随着对系统更高效率和更低功耗的要求，电信与数据通信设备的技术更新推动电源行业中电压/电流转换器向更高灵活性和智能化的进展方向，电源产业进入快速进展期。一方面，电源产业规模的进展在加快；另一方面，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从汲取消化和一般跟踪进展到前沿跟踪和基础创新，电源产业涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品而且还生产了一大批具有代表性的研究成果和产品。目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。然而我国电源产业与发达国家相比，存在着专门大的差距和不足。在电源产品的质量、可靠性、开发投入、

18、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为1015年，尤其在实现直流恒流的智能化、网络化方面的研究不是专门多7。目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，要紧是利用单片机和可编程系统器件来操纵数控直流电流源或数字化电流单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是专门理想，还存在专门大的差距和不足。现今，随着数控直流电源技术的飞跃进展，整流系统由往常的分路原件和集成电路进展为微机操纵，从而使直流电流源智能化，具有遥测、遥信和遥控的三遥功能。目前，全国的电流源及其配件的生产销售企业有4000家以上，产值由300400亿元，但国内企业销

19、售的数控直流电流源大多是代理日本和台湾的产品，国内厂家生产的直流电流源尽管也在向数字化方向进展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体来讲，国内直流恒流源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严峻的挑战。1.2.2 进展趋势 数控直流源是电子技术常用的仪器设备，广泛的应用于教学、工业和科研等领域，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。恒流源是模拟系统中广泛使用的一种单元电路或测试平台，在实际工程中也有广泛的用途，是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而

20、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稳压电源功能简单、不行操纵、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。 目前市面上较成熟的恒流源输出或者在mA量级，或者在百安培量级，不能满足所有输出段位的需求。许多输出电流不是专门大、要求稳定度和输出精度较高的恒流源依旧由使用者自行研制的。恒流源在现代化工农业及科研生产的运用中正朝着体积小、精度高、稳定性好、使用灵活的方向进展。急于功率运算放大器的恒流源在理论上具有体积小、精度高、稳定性好、可扩展等优点，输出电流范围在安培量级适用于小型电动机、线圈等的驱动8。但还需要通过实验做进一步深入的研究，这关于恒流源的进展具

21、有相当现实的意义。而且数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，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，有效的解决了电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大的提高了生产效率和产品的可维护性9。1.3 研究的意义 数控恒流源是电子技术常用的仪器设备，广泛的应用于教学、工业和科研等领域，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。恒流源是模拟系统中广泛使用的一种单元电路或测试平台，在实际工程中也有广泛的用途，是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压

22、过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成10。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不行操纵、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。 随着电子技术的进展，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，进展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的周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。2 任务分析与方案论证2.1 设计任务设计制作数控恒流源，输出电流通过键盘预置，显示精度小数点1位。具体参数如下：(1).输入

23、交流电压220V；(2).输出直流电压不大于10伏；(3).输出电流范围：50-500mA;(4).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小于5mA；(5).具有“+”、“-”步进调整功能，步进小于1mA;(6).改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出的电流变化的绝对值小于10mA；(7).纹波电流小于2mA;(8).自制电源。2.2 设计方案 本项目要求设计一种电流源，要想实现电流源必须先设计一个稳定的电压源，其次再设计一个恒流源，因此电压源、恒流源是本项目的核心硬件基础。本项目同时要求电流源可数控，实现数控的常规方法有：数字逻辑器件构成、可编程器件、单片机

24、等。具体方案的对比和选择如下。2.2.1 总体方案设计、比较与论证本课题所研究的数控直流电流源应该包括如下模块：电流源模块、测量模块和数控模块等。电流源模块采纳了集成运放和大功率复合管构成的闭环电流深度负反馈电路。由单片机操纵高精度D/A转换器的输出电压送入电流源模块，可完成对输出电流的小步进操纵。测量模块是由双积分型高精度A/D来测量取样电阻上的电压值进而转化为电流值来完成。方案一：采纳单片机作为核心操纵器，用键盘设置所需的输出电流值，数/模转换器D/A与其右边部分的电路构成恒流源，D/A输出电压作为恒流源的参考电压，运算放大器IC与三个晶体管组成达林顿电路构成电压跟随器，利用晶体管平坦的输

25、出特性即可得到恒流源输出，如图2.1所示。该方案硬件电路简单，容易实现，但其输出精度不高。 图2.1 方案一系统原理图方案二：采纳AT89C52单片机作为整机的操纵单元，通过改变D/A的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，能够将电流通过取样电阻转换成电压，并通过A/D转换器进行模/数转换，间接用单片机对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采纳软件方法来解决数据的预置以及电流的步进操纵，使系统硬件更加简洁，而且采纳高精度A/D转换器对取样电阻上的电压值进行采样反馈给单片机，与预置值

26、进行差值比较，调整D/A输出电压，如此就形成反馈调节，使输出电流更加精确，能专门好地满足题目的要求。本方案的差不多原理如图2.2所示。 图2.2 方案二系统原理框图综上分析，总体方案设计采纳方案二。2.2.2 数控模块 方案一：数控模块可采纳可编程逻辑器件(如FPGN门阵列)构成的操纵电路。然而此方案价格昂贵。 方案二：采纳以AT89C52单片机为核心的单片机最小系统。单片机系统具有灵活的接口和在线编程的能力，容易实现题目中的有关键盘设置、显示以及测量功能等。故本方案采纳了以AT89C52单片机为核心对整个电路的操纵。2.2.3 电流源模块 在小电流输出的电流源中，可采纳晶体管构成的镜像电流源

27、、微电流源等。本设计中要求的输出电流为50500mA。在实现方案上场采纳如下三种方案。方案一：以可调直流稳压电源为基础，如图2.3所示。 图2.3 采纳可调稳压器实现恒流源当R2固定时，可保证流过负载的电流恒定，通过调节R2的大小，即能够实现改变负载电流的目的。然而该方案输出较大的电流，极易引起电流失控，无法实现高精度步进要求，更难于实现电源数控的要求。方案二：采纳基于PWM操纵的电流源，该方案采纳脉冲宽度调制技术，通过改变操纵脉冲的占空比实现输出电流的操纵，该方案的优点是效率高，可输出的电流大。但由于功率管工作在开关状态，因此交流纹波较高。 D/A转换器带有电流负反馈的直流电流源 D/A转换

28、器带有电流负反馈的直流电流源 图2.4 带有电流负反馈的直流电流源方案三：采纳基于运算放大器和晶体管构成的电流深度负反馈电路。该方案不仅在电路中引入了深度电流负反馈，能够保证输出电流具有专门高的稳定性。而且电流源所需要的操纵电压由高精度D/A转换器（TLV5618）提供，以实现输出电路的小步进调节。该方案如图2.4所示。综上分析，电流源部分采纳方案三。3 系统硬件设计3.1 系统的总体设计系统的总体方框图如下： 图3.1系统总体设计方框图3.2 单片机操纵系统3.2.1单片机差不多系统单片机差不多系统即为最小系统，是指一个真正可用的单片机最小配置系统。这种系统所选择的单片机内部资源差不多能够满

29、足系统的硬件要求，不需外接存储器或I/O接口，只须在芯片上外接时钟电路和复位电路即可。单片机系统是整个数控系统的核心部位，要紧用于键盘扫描、数据处理、采样反馈、实时调节等功能。本次设计采纳STC89C52单片机作为主控单元，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含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），器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用11。图3.2为单片机最小系统的

30、构成电路图。其中RST引脚所接为复位电路，由按键、10uF极性电容、10K电阻够成；XTAL1与XTAL2引脚外接时钟电路，由11.0592晶振与两个大小为30pF的电容构成。图3.2 STC89C52单片机小系统3.2.2 单片机串口通信计算机的数据传送方式共分为并行和串行数据传送两种方式，串行数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢。计算机内部数据时并行的，当计算机向外发送数据时，必须将并行的数据转换为串行数据再发送。由于计算机与单片机之间需要电平转换，因此连接MAX232芯片即可完成RS232与TTL电平的转换，连接电路如图3.3所示。串口的2、3号引脚为数据传输

31、接口，通过MAX232的R2in、T2out、T2in、R2out四端连接到单片机的P3.0和P3.1，即RXD、RXT串行输入输出端，从而实现单片机的串口通信12。图3.3单片机串口通信原理芯片MAX232功能简介：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13、12、11、14脚为第一数据通道；8、9、10、7脚为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、

32、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电部分。15脚GND、16脚VCC (+5V)。3.3 恒流部分DA模块输出的电压U1接在比例放大器的同相输入端，由于虚短的缘故，同相与反相端的电压相等，反相端的电电流I=U1/（R7/R8），为了达到恒流的目的，必须对输出端的电压进行放大，本系统采纳TIP122的晶体管进行放大。采样电阻是0.5欧姆的水泥电阻。通过采样后电阻的电压，再通过比例放大器TL082放大后接入到AD模块的输入端。 DA转换电路依照单片机指令输出操纵电压，芯片采纳12

33、位DA芯片TLV5618,基准电压采纳REF5040输出的+5V,TLV5618为负压输出，输出范围0-5V。 DA模块的电路图如3.4图所示： 图3.4 D/A模块的电路图AD转换电路采样信号通过信号调理电路后送入AD芯片转换，转换数据送入单片机处理。AD芯片采纳12位芯片TLC2552,基准电压+5V。 AD模块的电路如3.5图所示。 图3.5 A/D模块电路图3.4 电源部分制作一个有+15V、-15V、+5V、-5V、+18V电压源为本系统供电。其中，输出+15V与-15V给TL082运算放大电路供电，18V加在晶体管的两端，+5V与-5V其他的电路供电。一个可调稳压电源，输出电压在2

34、V32V。稳压电源采纳的芯片为LM317稳压块。其基准源电路图如3.6图所示。图3.6 基准源电路图3.5采样电阻采样电阻的选择十分重要，要就噪声小，温度特性好，因此最好选择低温度系数的高精度采样电阻。采样电阻与负载串联时流过采样电阻的电流通常比较大，因而温度也会随之上升，能够通过渐少载流量和增加散热面积来幸免因温度过高导致采样电阻值发生变化。在条件同意的情况下，还能够采取风冷的方法解决。另外采样电阻阻值取大一点，对稳定度有好处，但会使系统效率下降，这种考虑取R=0.5。3.6 误差电压放大器电流稳定度与放大器有直接关系，在大功率电源里差不多上是倒数关系，本设计选用TL082作为误差放大器。具

35、有高增益，低输入失调电压，低失调电流，低温漂，低嘈声电压。由于采样电阻选取0.5，最大采样电压为1V，而负载端最高电压为10V，复合调整管1.4V。因此要求误差放大器的最大输出电压为12.4V。为了防止放大器进入饱和区，设计将放大器的工作电压取为15V。3.7 基准电压基准电压的选择特不重要，它直接阻碍恒流源输出电流的准确性,稳定性及纹波系数等项技术指标。设计选择了目前性能最佳，电压温度系数最低的周密基准电源REF5040。4 系统软件设计开始4.1 程序总体流程图开始初始化程序初始化程序等待按键按输入 等待按键按输入液晶显示液晶显示结束结束图4.1 程序流程图4.2 D/A子程序D/A转换器

36、TLV5618 模块的软件设计：通过DIN，SCLK，CS三条操纵线设置转化数据。头四位为专门位用于选择转化方式，以及用于通道选择，可自行设置。后12位为需要转换的值，实现电压的可变输出。程序调节 D/A的输出，使输出值更加准确。键盘向单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，通过12位 D/A再送到恒流源模块，12位 D/A测量取样电阻上的电压值通过反馈回单片机，调整 D/A输出电压大小，进而调整电流接近预置值，使输出电流达到一个动态平衡状态。 D/A转换器程序流程图如图所示。开始开始初始化初始化数据写入数据写入通道选择通道选择进入转换进入转换结束结束图4.2 D/A转换流程图要紧性能有以

37、下几点：（1）分不率：12bits；（2）输出：双路电压输出型，输出电压范围为基准电压的两倍；（3）单电源+5V工作；（4）接口：与SPI兼容的3线。4.3 A/D子程序 TLC2552转换器将采样电阻上的电压转换成数字信号反馈给单片机，单片机将此反馈信号与预置值比较，依照两者间的差距值调整输出信号大小。如此就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。本设计中，进行数据采集转换前都对TLC2552进行初始化，以便确定其采集转换的通道、量程和极性等。A/D子程序流程图如图所示。开始开始初始化初始化数据写入和读出数据写入和读出选择电压模式通选择电压模式通道进入转换进入转换结束结束图4.3 A/D转换流程

38、图5 系统调试5.1 测试结果所用仪表：数学示波器 数字万用表 实验室电源。当负载端短路，即负载电阻RL=0时，输出电流的预置值、显示值和实测值对比表如表5.1所示。表5.1 输出电流的预置值、显示值和实测值对比表（测量条件：RL=0）表5.1 对比电流表对比电流123456789预置电流/mA20501003005001000120015002000显示电流/mA20501013015011000120215002001实测电流/mA2151102299497955119114901988纹波电流/mA0.10.20.20.30.30.30.50.40.8 由表5.1能够看出电流的设定值和实

39、测值之间存在误差，其要紧缘故是直流电流源部分输入端的射极跟随器的同相反相端的压差不为0，不可能达到理想运放的效果。但误差值仍在题目同意的范围内。 当负载电阻RL=1时，输出电流的预置值、显示值和实测值对比表如表5.2所示。表5.2 输出电流的预置值、显示值和实测值对比表（测量条件：RL=1）表5.2 对比电流表对比电流123456789预置电流/mA20501003005001000120015002000显示电流/mA21511013015021002120215022002实测电流/mA2251101297496954119014891989纹波电流/mA0.20.20.20.40.50.

40、50.50.70.9由表5.2能够看出电流的测量值与实际值之间存在误差，要紧是A/D转换存在量化误差，取样电阻随温度升高阻值变化也会阻碍测量误差。取样电阻用康铜丝温度系数较小，因此测量误差在题目要求范围之内。当负载电阻RL=2时，输出电流的预置值、显示值和实测值对比表如表5.3所示。表5.3输出电流的预置值、显示值和实测值对比表（测量条件：RL=2）表5.3 对比电流表对比电流123456789预置电流/mA20501003005001000120015002000显示电流/mA20511013015021001120215022002实测电流/mA2149992994979551191149

41、01988纹波电流/mA0.20.20.30.40.50.60.60.71.0 当负载电阻RL=4.7时，输出电流的预置值、显示值和实测值对比表如表5.4所示。表5.4 输出电流的预置值、显示值和实测值对比表（测量条件：RL=4.7）表5.4 对比电流表对比电流123456789预置电流/mA20501003005001000120015002000显示电流/mA21511013015021001120215022002实测电流/mA224899297498954118914881986纹波电流/mA0.30.30.40.40.50.60.70.91.15.2 数据分析（1）输入18V电压的导

42、线有电阻，导致负载电阻加大，可能引起测量值的误差。（2）万用表内阻可能引起误差。（3）电容滤波不够导致电路不太稳定。（4）没输入，但输出显示时产生漂移。（5）外部信号干扰导致误差。5.3 出现的问题与改进（1） 输出电压不够。解决方法是 要把DA基准电压调成1.02V，把AD基准电压调到4.096V。（2） 程序为通过计算便载入单片机。 程序、数据通过计算后再做程序设计。（3） 开始把AD与DA模块分开做，输出值的跳动比较大，纹波大。之后把两个模块做在一块板子上，达到了预期的效果。（4） DA/AD是通过计算把对应关系赋给单片机。6 结论通过长期的奋战，我的毕业设计终于完成了,然而现在回想起做

43、群课程设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，艰辛的同时又充满乐趣！通过这次设计发觉毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。此次设计的题目是数控恒流源的设计，本系统采纳12位DA转换器，精度完全满足设计要求。恒流源模块由于要求的输出电流太大，故采纳的是 管对电流进行放大。在电源部分能够采纳先用开关电源再用线性电源，能够将纹波电流降低到一个理想的范围。本系统中的键盘模块是采纳扫描的方式和数字电源区分开来，为了尽可能的减小模拟和数字信号之间的干扰应将其分不供电。本次课设是模电数电、单片机、等各种知识的综合。通过本次课设，我深刻地体会到了学科无界限，明白了学习不是学会

44、一门就能够了的。 参考文献1 王 朕，潘孟春，单庆晓简易数控直流电流源设计与制作 C北京.北京工业大学.2 王言豪一种小功率开关电源的设计D重庆：重庆大学，2006: 2023.3 潘嘉柳数控恒流源D广东：广东交通职业技术学院，2006：1314.4 黄庆义基于单片机的数控直流电流源 D.南京：南京信息工程学院，2008: 78.5 姚庆亮.基于单片机的数控直流恒流源的设计D .安徽：安徽工程科技学院，2009.6 户川治朗（日）著 高玉苹，唐伯雁等译有用电源电路设计M北京：科学出版社，2006：1043297 高吉祥 模拟电子技术 北京：电子工业出版社 2009年6月.8 潘永雄 电子线路C

45、AD使用教程 西安：西安电子科技大学出版社2007年7月.9 郭天祥 新概念51单片机C语言教程 北京：电子工业出版社 2010年3月.10 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 北京：电子工业出版社2009年4月.2006：1619.11 王 朕，潘孟春，单庆晓UC3842应用于电压反馈电路中的探讨J 模拟电路.1998，26（3）: 2728.12 王福瑞. 单片微机测控系统设计大全J .单片机原理.1998，36（7）：2425.附录A 程序清单M#include#include#includesystem/h/lcd1602.h#includesystem/h/key.h#inc

46、ludesystem/h/DA_TLV5618.h#includesystem/h/AD_TLC2551.huint DA_data=0,AD_data=0;uchar DA_data1=0,DA_data2=0,DA_data3=0,DA_data4=0;void main() uchar key_value=0; lcd_init(); Printf_string(1,input:); Printf_string(0 x40+0,output:); while(1) key_value=key_scan(); if(key_scan) switch(key_value) case 1: D

47、A_data1+;if(DA_data19)DA_data1=0;break; case 2: DA_data2+;if(DA_data29)DA_data2=0;break; case 3: DA_data3+;if(DA_data39)DA_data3=0;break; case 4: DA_data4+;if(DA_data49)DA_data4=0;break; default: break; DA_data= DA_data4*1000+DA_data3*100+DA_data2*10+DA_data1;if(DA_data4096)DA_data=0;Write_A_B(0 x00

48、00,DA_data*1.08,Channal_B,0); AD_data=AD_conver(); lcd_write_num4(7,DA_data); Printf_string(11,mA); lcd_write_num4(0X40+7,AD_data*1.78-18); Printf_string(0 x40+11,mA); AD TLC2551#include#include#includesystem/h/AD_TLC2551.huint AD_conver() unsigned int temp = 0 , sum = 0 ; unsigned char i, n = 10 ;/

49、第一次 数据不要 sclk = 0; AD_cs = 0;AD_out = 1;/第一次采样数据/ for(i = 0;i 16;i +) sclk = 1;temp = 4;/第一次采样数据/ for(i = 0;i 32;i +)sclk = 1; sclk = 0; AD_cs = 1; for(i = 0;i 8;i +)sclk = 1; sclk = 0;_nop_ (); temp = 0 ; while(n-) sclk = 0;AD_cs = 0;AD_out = 1;/正式采样/ for(i = 0;i 16;i +) sclk = 1; temp = 4;/正式采样/ f

50、or(i = 0;i 32;i +) sclk = 1; sclk = 0; AD_cs = 1; for(i = 0;i 8;i +) sclk = 1; sclk = 0; _nop_(); sum = sum + temp ; sum = sum * 0.1 ;return sum ;DA TLV5618void DA_conver(uint Dignum)uint Dig=0;uchar i=0;SCLK=1;CS=0; /片选有效for(i=0;i16;i+) /写入16为Bit的操纵位和数据 Dig=Dignum&0 x8000; if(Dig) DIN=1; else DIN=0

51、; SCLK=0; _nop_(); Dignum=1; SCLK=1; _nop_();SCLK=1;CS=1; /片选无效/= / 函数名称 ：void Write_A_B(uint Data_A,uint Data_B,uchar Channal,bit Model)/ 函数功能 ：模式、通道选择并进行DA转换 / 入口参数 ：Data_A：A通道转换的电压值/ Data_B：B通道转换的电压值/ Channal：通道选择，其值为Channal_A，Channal_B,或Channal_AB/ Model：速度操纵位 0：slow mode 1：fast mode/ 出口参数 ：无/ 讲明： Data_A，Data_B的范围为：00 x0fff/ 本程序假如只需要一个通道时，另外一个通道的值可任意，然而不能缺省/=void Write_A_B(uint Data_A,uint Data_B,uchar Channal,bit Model) uint Temp; if(Model) Temp=0 x4000; else Temp=0 x0000; switch(Channal) case Channal_A: /A通道 DA_conver(Temp|0 x8000|(0 x0fff&Data_A); break; case Channal_B: /B通道 DA_c