【正文】 畢 業(yè) 設 計 (論 文)課 題 直流數(shù)控恒流源設計 ——系統(tǒng)總體方案設計及監(jiān)控程序 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它摘　　要本系統(tǒng)由單片機程控設定數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器AD5320輸出模擬量，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電流。單片機系統(tǒng)還兼顧對恒流源進行實時監(jiān)控，輸出電流經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換后，通過A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX1241，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再經(jīng)單片機分析處理，通過數(shù)字量形式的反饋環(huán)節(jié)，使電流更加穩(wěn)定，這樣構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電流源。關(guān)鍵詞：壓控恒流源； AT89S52； 數(shù)控電源； 26 AbstractIn the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC AD5320, is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. On the other hand, The constant current source can be monitored by the SCM system realtimely, its work process is that output current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by ADC MAX1241, finally the digital value as a feedback loop is processed by SCM so that output current is more stable, so a stable voltagecontrolled constant current power is designed.KeyWords：voltagecontrolled constant current source；AT89S52；Numerical controlled source；目　　錄摘　　要 IAbstract II引　　言 1第一章 概述 2 設計要求 2 理論分析 2 系統(tǒng)介紹 3第二章 硬件設計 4 電源模塊 4 電源設計 4 恒流源模塊 5 單片機模塊 6 AT89S52芯片介紹 6 AT89S52 硬件電路設計 9 鍵盤模塊 10 MM74C922 10 鍵盤電路 10 顯示模塊 11 1602LCD顯示 11 LCD顯示硬件電路 12 A/D模塊 13 芯片MAX1241 13 A/D模塊電路 14 D/A模塊 14 存儲模塊 15 C總線 15 芯片24C02C 15 存儲模塊電路 16第三章 軟件設計 17 編程語言描述 17 系統(tǒng)軟件的功能模塊 17 主程序設計 17 中斷程序設計 18第四章 軟件仿真及硬件調(diào)試 21 Proteus 21 軟件仿真 21 硬件調(diào)試 22 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試 22 鍵盤及液晶顯示調(diào)試 22 數(shù)模轉(zhuǎn)換與功放電路調(diào)試 22 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路調(diào)試 23 存儲器電路調(diào)試 23第五章 設計總結(jié) 24致謝 25參考文獻 26附錄A 原理圖 27附錄B 硬件實物 28附錄C 系統(tǒng)程序 29附錄D 英文翻譯原文 39附錄E 英文翻譯譯文 43引　　言電源技術(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)。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(lǐng)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。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。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，功率密度達到每立方英寸50W的數(shù)控電源。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關(guān)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)字化智能電源是針對傳統(tǒng)電源的不足設計的，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。從上世紀九十年代末起，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。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第一章 概述 設計要求（1）輸出電流范圍：20mA～2000mA；（2）可設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≤給定值的1％+10 mA；（3）具有“+”、“”步進調(diào)整功能，步進≤10mA；（4）改變負載電阻，輸出電壓在5V以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的1％+10 mA； （5）紋波電流≤2mA；（6）自制電源。 理論分析首先，在數(shù)控方面采用單片機比CPLD和FPGA等可編程邏輯器件好，因為此處只是一般用途的控制，沒有必要選用價格昂貴的CPLD和FPGA，而且他們用在此處并不合適，控制起來顯得很麻煩。而單片機則不同，他有著非常成熟的技術(shù)，這方面的參考文獻也很多，而且他從來就是用于控制方面的，在這方面有著天生的優(yōu)勢。還有他價格也不貴，僅幾元人民幣。對于這樣的應用系統(tǒng)比較劃得來。其次在恒流源方面，我們方案也很好。從理論上看，運放是接成比較器的，作為模擬反饋的，這樣在只要運放的輸入不變，那么三極管的是不變的，根據(jù)三極管的共射極輸入特性可知，不變時，和也保持不變，而且。當比較大時。當運放的輸入改變時，也改變了值，這樣也就改變了和的值，而且這個變化基本也是呈線性的。這也就是本系統(tǒng)的恒流原理。由于器件受溫度的影響以及局部非線性的存在，這樣的恒流源不能做到真正的恒流，因此，當外界條件發(fā)生變化時，我們要及時給予補償，只有這樣才能做到真正的恒流。這也就是為什么要加入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的真正原因，他能實時測量電流的變化并按照一定的算法及時給予補償，采用數(shù)字補償逐次逼近的方式作為反饋調(diào)整環(huán)節(jié)，由程序控制調(diào)節(jié)功率管的輸出。當改變負載大小時，基本上不影響電流的輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器還起到測量的作用，同時送顯示讓我們知道實際的電流輸出值。 系統(tǒng)介紹本系統(tǒng)以AT89S52單片機為主控制器，通過鍵盤來設置直流電源的輸出電流，設置步進等級可達1mA，并可由液晶模塊顯示實際輸出電流值和電流設定值。首先，采用單片穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)直流穩(wěn)壓，然后采用了分立元器件實現(xiàn)穩(wěn)流。為實現(xiàn)對輸出電流控制：一方面，通過 D/A轉(zhuǎn)換器（AD5320）輸出實現(xiàn)電流的預置，再經(jīng)過運算放大器控制晶體管的輸出電流。另一方面，單片機系統(tǒng)還兼顧對恒流源進行實時監(jiān)控，輸出電流經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過A/D轉(zhuǎn)換(MAX1241)芯片，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再經(jīng)單片機分析處理， 通過數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電流更加穩(wěn)定，這樣構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電流源。此外，系統(tǒng)還增加了存儲設備，能夠保存掉電前的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)更加方便使用。系統(tǒng)原理框圖如下圖1：圖1 系統(tǒng)原理框圖第二章 硬件設計 電源模塊 本設計共用到電源有四種：即177。12V、+5V、負載電源。可選用的有開關(guān)電源和穩(wěn)壓電源兩種，由于開關(guān)電源的紋波系數(shù)比較大。因此采用常用的穩(wěn)壓電源來作為整個系統(tǒng)的電源。穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖2所示：圖2 電源方框及波形圖整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動電壓U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4。再通過穩(wěn)壓電路得到平直的直流電壓U5。 電源設計因此該電源按常規(guī)設計，即用降壓變壓器把220V市電變成較低的交流電，再通過整流橋?qū)⒔涣髯優(yōu)橹绷?，并上電容濾波再接入78X和79X系列穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓，從而得到5V，177。12V的電壓源。其中5V電源采用半波整流，以減小7805的輸入電壓。從而使得穩(wěn)壓快的功耗降低，發(fā)熱量減小，保證電路的長時間工作。電路原理圖分別如圖3和圖4所示：圖3 +5V電源圖4 177。12V電源～37V可調(diào)，穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、保護電路和穩(wěn)壓電路組成。其電路原理圖如圖5所示：圖5 負載電源 恒流源模塊用“運放+大功率三極管”的結(jié)構(gòu)構(gòu)成恒流源。大功率三極管選用TIP122型號，它是應用范圍廣、功率小、頻率低的達林頓， NPN極性型，特征頻率:1000（MHz），集電極允許電流:8（A），集電極最大允許耗散功率:48（W）。其性能滿足本設計要求，同時可以通過功率管的不同容量來滿足不同的應用要求。采用常用的大功率電阻作為采樣電阻，輸出電流波動比較大，而康錳銅絲是一種溫度特性佳的阻性元件，選其作為取樣電阻，其兩端電壓正比于流過的電流，因此該電壓的反饋就是負載電流的反饋。其原理如圖6所示： 圖6 恒流電路 單片機模塊 AT89S52芯片介紹單片機是大規(guī)模集成電路結(jié)束發(fā)展的產(chǎn)物，常見的單片機有8051系列的單片機、8096系列的單片機、PIC系列、AVR系列、SPCE061A的凌陽單片機。他將中央處理器(CPU)、存儲器（ROM/RAM）、輸入輸出接口、定時器/記數(shù)器等主要計算機部件集成在一片芯片上，因此單片機被稱為單片機微型計算機(Single