【正文】 constant flow in the field, especially at a constant stream numerical controlled skills to development, perform a numerical controlled numerical controlled current research and development is very important .This article describes a revivification of numerical controlled current design methods and systems to at89s51 monolithic integrated circuits to control, the button for the output, the current monolithic integrated circuits current take the tube, At the same time, and d a converter data munications port output of the current number of tier d a converter, d a converter will be converted to numbers measure for simulating after the output, run by a constant flow of electrical a steady output of electricity. d a converter adopt article provides numerical controlled current source of very high precision, a number of current trials, circuits, refining, simplicity, low cost, or useful value. Developing Keywords: Numerical controlled current source。 AT89S51。 DigitalTo Analog conversion 第 1 章 緒論 課題背景 在現(xiàn)實生活中，人們經(jīng)常要用到電子器件，而電子電路要正常工作，電源的作用是不可忽視的，電源性能的好壞，對電路、電子儀器和電子設備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負載的電路和設備中，對電源的性能要求更高。電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應用技術(shù)之一。當今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng) 集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。近年來，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控電源在以往使用線性電源的場合中也獲得日益廣泛的應用。在一些工業(yè)場合需要提供電壓源和電流源，而且要求范圍廣，紋波低。如果采用多臺功能單一電源設備，體積和重量都會增加很多，不經(jīng)濟，也不能滿足工作的要求。因此研究開發(fā)多功能、寬范圍、可調(diào)節(jié)的數(shù)控電源很有意義。 性能好的電子設備，首先離不開穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設備和外圍條 件越優(yōu)越，那么設備的壽命更長。基于此，人們 對數(shù)控恒定電流器件的需求越來越迫切 ．當今社會，數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是恒流方面特別是數(shù)控恒流的技術(shù)才剛剛起步有待發(fā)展，高性能的數(shù)控恒流器件的開發(fā)和應用存在巨大的發(fā)展空間。 技術(shù)發(fā)展歷程 數(shù)控電源是從 80 年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎。在以后的一段時間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述 缺點不斷加以改善。單片機技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應用，到 90 年代，已出現(xiàn)了數(shù)控精度達到 的數(shù)控電源，功率密度達到每立方英寸 50W 的數(shù)控電源。 從 90 年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中直流 /直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在 80 年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到 20 世紀末更為先進的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)以及中間母線結(jié)構(gòu)，直流 /直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。 早在 90 年代中 ,半導體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(shù) ,而在當時，這種方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處 于 劣勢，因而無法被廣泛采用。 由于 數(shù)控 電源管理的更廣泛應用和行業(yè)能源節(jié)約和運行最優(yōu)化的關注，電源行業(yè)和半導體生產(chǎn)商們便開始共同開發(fā)這種名為 “ 數(shù)控電源 ” 的新產(chǎn)品。 現(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展 , 整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機控制 , 從而使直流電源智能化 , 具有遙測、遙信、遙控的三 個功能 , 基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守 。 從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩。 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)數(shù)，有效地解決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，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護性。 本文的研究目的意義及主要工作 隨著電子技術(shù)的不斷進步對電子儀器的要求不斷提高，電源作為電路的動力源泉扮演著越來越重要的 角色，不論是學校實驗室還是維修中心都離不開實驗電源，但是傳統(tǒng)的電源不論是在控制精度還是輸出特性上都不能滿足要求。首先從精度上來看傳統(tǒng)電流源的調(diào)整大多采用旋轉(zhuǎn)電位器的方式，在調(diào)整時電流值主要從電位器的刻度讀出，容易產(chǎn)生讀數(shù)誤差。從可操作性來看傳統(tǒng)電流源電位器上的刻度有限，讀書范圍不大，不可能非常精細，僅僅靠電位器上的幾個刻度對操作者的技巧要求比較高，同時誤差也比較大。由于單片機技術(shù)的不斷發(fā)展和 D/A元件的普及使得數(shù)控電源成為可能，數(shù)控電源不論是在控制精度還是在可操作性上都有傳統(tǒng)電源無法比擬的優(yōu)勢，由于單片機使 用的普遍化，使得數(shù)控電源與傳統(tǒng)電源的成本日益接近。 本 設計中 需要 完成了以下幾項內(nèi)容： 1. 單片機控制按鍵設定輸出電流值 ； 2. 設定的電流值還將通過數(shù)碼管顯示電路顯示 ； 3. 本設計通過 恒流電路輸出穩(wěn)定的電流 ； 4. 最終輸出的電流值為 20mA2021mA； 小結(jié) 本章說明了基于單片機的數(shù)控電流源的課題背景，隨后介紹了數(shù)控電流源的技術(shù)發(fā)展歷程，最后提到研制基于 AT89S52單片機的意義和本設計所要滿足課題要求。 第 2章 方案設計 方案比較與論證 系統(tǒng)設計方案選擇 方案一：采用各類數(shù)字電路來組成調(diào)節(jié)設置輸出電流的電路，通過信號 處理實現(xiàn)數(shù)控電流源，如選用 CPLD 等可編程邏輯器件，設計方框圖如圖 21所示。 信 號 調(diào) 理 電 路 C P L D 器 件數(shù) 據(jù) 鎖 存 器數(shù) 碼 管 驅(qū) 動 電路數(shù) 碼 管 顯 示邏 輯 電 路圖 2 1 方 案 一 設 計 方 框 圖 本方案電路復雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴展，對信號處理比較困難，而且 CPLD 器件普遍比較昂貴，設計成本高。 方案二：采用 STC89C51 單片機作為系統(tǒng)的控制單元，通過 D/A 轉(zhuǎn)換將預定值送 入 恒流源得到恒定電流，同時通過 A/D 送單片機顯示實際值，系統(tǒng)還可實現(xiàn)步進控制功能。此方案各類功能易于實現(xiàn)，能很好的滿足題目的設計要求。設計方框圖如圖 22所 示。 圖 22 方案 2設計方案圖 綜上 兩圖 ，應當選擇方案 2圖形 進行設計。 恒流源的選擇 方案一： 采用恒流二極管或者恒流三極管，優(yōu)點是精度比較高，但這種電路能實現(xiàn)的恒流范圍很小，只能達到幾十毫安，不能達到設計要求。 方案二：采用集成運放的線性恒流源，該輸出的電流與負載無關，通過使用兩塊構(gòu)成比較放大環(huán)節(jié)，利用晶體管平坦的輸出特性和深度的負反饋電路可以得到穩(wěn)定的恒流輸出和高輸出阻抗，實現(xiàn)電壓 — 電流轉(zhuǎn)換。 綜合考慮，采用方案二，使用低噪音 、高速寬帶運放 OP27BJ 和大林頓管TIP122 構(gòu)成一個恒流源電路。 顯示方案選擇 方案一：采用 LED 液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強大， 可顯示大量文字、圖形，顯示多樣，清晰可見 ，功率消耗 極小，但缺點是價格昂貴，需要的接口線多，所以在此設計中不采用 LED 液晶顯示屏。 方案二： 使用 LCD 顯示。 LCD 具有輕薄短小，可視面積大，方便顯示漢字數(shù)字。分辨率高，抗干擾能力強，功耗小，且設計方便等特點 ，原理圖如圖 23所示。 12864 液晶顯示器 4*4 鍵盤 A/D 轉(zhuǎn)換 V/I 轉(zhuǎn)換 D/A轉(zhuǎn)換 穩(wěn)壓電源 STC89C52單片機系統(tǒng) 負載 圖 23 顯示原理 圖 綜上所述，選擇方案二 ，采用 12864 漢字圖形點陣液晶顯示模塊同時顯示電流給定值和實測值。 總體設計 方案 系統(tǒng)原理圖 本設計以 AT89C51 單片機為中心控制器，單片機控制按鍵設定輸出電流值，按鍵包括“ +”鍵和“ ”鍵，用于設定電流值，該電流值通過單片機送入 D/A轉(zhuǎn)化器DAC0832 轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，該輸出為電流值，再通過運 算放大器 轉(zhuǎn)換為電壓值，該電壓值通過恒流電路得到穩(wěn)定輸出的電流。同時設定的電流值還將通過數(shù)碼管顯示 器 電路顯示，以便于觀察。系統(tǒng)設計框圖如下圖 24所示。 圖 24 系統(tǒng)原理圖 本章小結(jié) 本章首先介紹了 硬件設計中設計方案的選擇 ，接著 闡述 了 硬件中壓控恒流模塊和顯示模塊的優(yōu)缺點。并最終確定了最終的設計方案和主要模塊的選擇，即 采用 AT89S51 單片機作為系統(tǒng)的控制單元。 12864 液晶顯示器 4*4 鍵盤 A/D 轉(zhuǎn)換 V/I 轉(zhuǎn)換 D/A轉(zhuǎn)換 穩(wěn)壓電源 STC89C52單片機系統(tǒng) 負載 第 3章 硬件 電 路設計 電源電路設計 電源部分提供整個電路所需各種電壓，由電源變壓器、整流電路、濾波電路及輔助穩(wěn)壓輸出構(gòu)成，電源變壓器的功率由需要輸出的電流大小決定，確保有充足功率余量。 交流電經(jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是大小（電流強度）還是處在不斷地變化之中。這 種脈動直流一般是不能直接用來給無線電裝供電的。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句話說，濾波的任務，就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。直流電壓紋波的大小與濾波電路的電解電容的關系是電容越大