【正文】 差距和不足。在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進檢測設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10—15年，尤其在實現(xiàn)直流恒流的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多[7]。目前國內(nèi)在這兩方面研究比較多的是成都電子科技大學和廣州華南理工大學，主要是利用單片機和可編程系統(tǒng)器件來控制數(shù)控直流電流源或數(shù)字化電流單元達到數(shù)控的目的，但和國外的比較起來，效果不是很理想，還存在很大的差距和不足。現(xiàn)今，隨著數(shù)控直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)由以前的分路原件和集成電路發(fā)展為微機控制，從而使直流電流源智能化，具有遙測、遙信和遙控的三遙功能。目前，全國的電流源及其配件的生產(chǎn)銷售企業(yè)有4000家以上，產(chǎn)值由300—400億元，但國內(nèi)企業(yè)銷售的數(shù)控直流電流源大多是代理日本和臺灣的產(chǎn)品，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的直流電流源雖然也在向數(shù)字化方向發(fā)展，但多限于對輸出顯示實現(xiàn)數(shù)碼顯示，或?qū)崿F(xiàn)多組數(shù)值預置?？傮w來說，國內(nèi)直流恒流源技術(shù)在實現(xiàn)智能化等方面相對落后，面對激烈的國際競爭，是個嚴重的挑戰(zhàn)。 發(fā)展趨勢 數(shù)控直流源是電子技術(shù)常用的儀器設(shè)備，廣泛的應用于教學、工業(yè)和科研等領(lǐng)域，是電子實驗員、電子設(shè)計人員及電路開發(fā)部門進行實驗作和科學研究所不可缺少的電子儀器。恒流源是模擬系統(tǒng)中廣泛使用的一種單元電路或測試平臺，在實際工程中也有廣泛的用途，是電導測量、開關(guān)電源、功放等場合不可替代的檢測設(shè)備。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來供電。而整個穩(wěn)壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分組成。然而這種傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。 目前市面上較成熟的恒流源輸出或者在mA量級，或者在百安培量級，不能滿足所有輸出段位的需求。許多輸出電流不是很大、要求穩(wěn)定度和輸出精度較高的恒流源還是由使用者自行研制的。恒流源在現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)及科研生產(chǎn)的運用中正朝著體積小、精度高、穩(wěn)定性好、使用靈活的方向發(fā)展。急于功率運算放大器的恒流源在理論上具有體積小、精度高、穩(wěn)定性好、可擴展等優(yōu)點，輸出電流范圍在安培量級適用于小型電動機、線圈等的驅(qū)動[8]。但還需要通過實驗做進一步深入的研究，這對于恒流源的發(fā)展具有相當現(xiàn)實的意義。而且數(shù)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)，有效的解決了電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問題，極大的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護性[9]。 研究的意義 數(shù)控恒流源是電子技術(shù)常用的儀器設(shè)備，廣泛的應用于教學、工業(yè)和科研等領(lǐng)域，是電子實驗員、電子設(shè)計人員及電路開發(fā)部門進行實驗作和科學研究所不可缺少的電子儀器。恒流源是模擬系統(tǒng)中廣泛使用的一種單元電路或測試平臺，在實際工程中也有廣泛的用途，是電導測量、開關(guān)電源、功放等場合不可替代的檢測設(shè)備。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來供電。而整個穩(wěn)壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分組成[10]。然而這種傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路應用領(lǐng)域的擴展，現(xiàn)今社會，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能，價格，發(fā)展空間等備受人們的關(guān)注，尤其對電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。性能好的電子設(shè)備，首先離不開穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設(shè)備和外圍條件越優(yōu)越，那么設(shè)備的壽命更長?；诖?，人們對數(shù)控恒定電流器件的需求越來越迫切。2 任務分析與方案論證 設(shè)計任務設(shè)計制作數(shù)控恒流源，輸出電流通過鍵盤預置，顯示精度小數(shù)點1位。具體參數(shù)如下：(1).輸入交流電壓220V；(2).輸出直流電壓不大于10伏；(3).輸出電流范圍：50500mA。(4).可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值小于5mA；(5).具有“+”、“”步進調(diào)整功能，步進小于1mA。(6).改變負載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時，要求輸出的電流變化的絕對值小于10mA；(7).紋波電流小于2mA。(8).自制電源。 設(shè)計方案 本項目要求設(shè)計一種電流源，要想實現(xiàn)電流源必須先設(shè)計一個穩(wěn)定的電壓源，其次再設(shè)計一個恒流源，因此電壓源、恒流源是本項目的核心硬件基礎(chǔ)。本項目同時要求電流源可數(shù)控，實現(xiàn)數(shù)控的常規(guī)方法有：數(shù)字邏輯器件構(gòu)成、可編程器件、單片機等。具體方案的對比和選擇如下。 總體方案設(shè)計、比較與論證本課題所研究的數(shù)控直流電流源應該包括如下模塊：電流源模塊、測量模塊和數(shù)控模塊等。電流源模塊采用了集成運放和大功率復合管構(gòu)成的閉環(huán)電流深度負反饋電路。由單片機控制高精度D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓送入電流源模塊，可完成對輸出電流的小步進控制。測量模塊是由雙積分型高精度A/D來測量取樣電阻上的電壓值進而轉(zhuǎn)化為電流值來完成。方案一：采用單片機作為核心控制器，用鍵盤設(shè)置所需的輸出電流值，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A與其右邊部分的電路構(gòu)成恒流源，D/A輸出電壓作為恒流源的參考電壓，運算放大器IC與三個晶體管組成達林頓電路構(gòu)成電壓跟隨器，利用晶體管平坦的輸出特性即可得到恒流源輸出。該方案硬件電路簡單，容易實現(xiàn)，但其輸出精度不高。 方案一系統(tǒng)原理圖方案二：采用AT89C52單片機作為整機的控制單元，通過改變D/A的輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電流的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電流值的大小，可以將電流通過取樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機對電壓進行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理及顯示。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預置以及電流的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，而且采用高精度A/D轉(zhuǎn)換器對取樣電阻上的電壓值進行采樣反饋給單片機，與預置值進行差值比較，調(diào)整D/A輸出電壓，這樣就形成反饋調(diào)節(jié)，使輸出電流更加精確，能很好地滿足題目的要求。 方案二系統(tǒng)原理框圖綜上分析，總體方案設(shè)計采用方案二。 數(shù)控模塊 方案一：數(shù)控模塊可采用可編程邏輯器件(如FPGN門陣列)構(gòu)成的控制電路。但是此方案價格昂貴。 方案二：采用以AT89C52單片機為核心的單片機最小系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)具有靈活的接口和在線編程的能力，容易實現(xiàn)題目中的有關(guān)鍵盤設(shè)置、顯示以及測量功能等。故本方案采用了以AT89C52單片機為核心對整個電路的控制。 電流源模塊 在小電流輸出的電流源中，可采用晶體管構(gòu)成的鏡像電流源、微電流源等。本設(shè)計中要求的輸出電流為50～500mA。在實現(xiàn)方案上場采用如下三種方案。方案一：以可調(diào)直流穩(wěn)壓電源為基礎(chǔ)。 采用可調(diào)穩(wěn)壓器實現(xiàn)恒流源當R2固定時，可保證流過負載的電流恒定，通過調(diào)節(jié)R2的大小，即可以實現(xiàn)改變負載電流的目的。但是該方案輸出較大的電流，極易引起電流失控，無法實現(xiàn)高精度步進要求，更難于實現(xiàn)電源數(shù)控的要求。方案二：采用基于PWM控制的電流源，該方案采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過改變控制脈沖的占空比實現(xiàn)輸出電流的控制，該方案的優(yōu)點是效率高，可輸出的電流大。但由于功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，因此交流紋波較高。 D/A轉(zhuǎn)換器帶有電流負反饋的直流電流源 帶有電流負反饋的直流電流源方案三：采用基于運算放大器和晶體管構(gòu)成的電流深度負反饋電路。該方案不僅在電路中引入了深度電流負反饋，可以保證輸出電流具有很高的穩(wěn)定性。而且電流源所需要的控制電壓由高精度D/A轉(zhuǎn)換器（TLV5618）提供，以實現(xiàn)輸出電路的小步進調(diào)節(jié)。綜上分析，電流源部分采用方案三。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)的總體設(shè)計系統(tǒng)的總體方框圖如下： 　系統(tǒng)總體設(shè)計方框圖 單片機控制系統(tǒng)單片機基本系統(tǒng)即為最小系統(tǒng)，是指一個真正可用的單片機最小配置系統(tǒng)。這種系統(tǒng)所選擇的單片機內(nèi)部資源已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)的硬件要求，不需外接存儲器或I/O接口，只須在芯片上外接時鐘電路和復位電路即可。單片機系統(tǒng)是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心部位，主要用于鍵盤掃描、數(shù)據(jù)處理、采樣反饋、實時調(diào)節(jié)等功能。本次設(shè)計采用STC89C52單片機作為主控單元，AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存