【正文】 生姓名： 田艷彬 指導(dǎo)教師： 王 韌 職稱 副教授 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電子0802 完成時(shí)間： 2012 5 23 摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，人們對(duì)數(shù)控恒定電流器件的需求越來(lái)越高。 申請(qǐng)人簽名： 日期：資 3 對(duì)畢業(yè)論文相關(guān)資料進(jìn)行整理并做好讀書筆記，收集好寫作資料。35創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識(shí)，有重大改進(jìn)或獨(dú)特見(jiàn)解，有一定實(shí)用價(jià)值。（4）4月25號(hào)—4月30號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用Keil軟件，進(jìn)行程序的編寫。（4）數(shù)控直流電流源調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性本設(shè)計(jì)中用到了數(shù)碼管顯示，將所調(diào)節(jié)的直流電源的大小直觀的體現(xiàn)出來(lái)，使得操作人員在使用時(shí)，能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、更有效率的調(diào)節(jié)好電源所需要的值。數(shù)控直流電流源的研究主要在性能上要做到效率高、噪聲低、高次諧波低、既節(jié)能又不干擾環(huán)境，還要在功能上力求實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、多功能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。另外, 隨著使用時(shí)間的增加, 波段開(kāi)關(guān)及電位器難免接觸不良, 對(duì)輸出會(huì)有影響。而且和傳統(tǒng)可控硅電源相比節(jié)電20%30%節(jié)能優(yōu)勢(shì)，奠定了它將是未來(lái)大功率直流電流源的首選。從80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向到20世紀(jì)末更為先進(jìn)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。直流電流源作為穩(wěn)定電源的分支，在工程技術(shù)和測(cè)量領(lǐng)域中有著重要的實(shí)用價(jià)值，其涉及的應(yīng)用由穩(wěn)定電磁場(chǎng)、校正電流表等擴(kuò)展至激光、超導(dǎo)、現(xiàn)代通信和傳感技術(shù)等領(lǐng)域。單片機(jī)的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了設(shè)備和產(chǎn)品的微型化、數(shù)字化、自控化和智能化，這些直觀意義很容易理解。（2）、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(duì)值≤給定值的1％+10 mA。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。（3）、具有“+”、“”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)≤10mA。然而，單片機(jī)應(yīng)用更深刻的意義還在于，單片機(jī)的應(yīng)用加深了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合，從而在自動(dòng)控制領(lǐng)域里引發(fā)了一場(chǎng)對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的革命，也就是單片機(jī)正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，使以往必須有模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的控制共能?；谀M電路的電流源雖然可以實(shí)現(xiàn)高精度、寬電流范圍輸出，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 調(diào)整困難，指示不直觀。然而，早在90年代中，半導(dǎo)體生產(chǎn)商們就開(kāi)發(fā)出了數(shù)控直流電流源管理技術(shù)，而在當(dāng)時(shí)，這種方案的性價(jià)比與當(dāng)時(shí)廣泛使用的模擬控制方案相比處與劣勢(shì)，因而無(wú)法被廣泛采用。（二）課題研究的目的和意義隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展時(shí)期。從上面我們能看出傳統(tǒng)的直流電流源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在需要，但是在各類電子設(shè)備和一些家用電器中，通常又都需要直流電流源供電。而本課題研究主要也是從上述問(wèn)題中進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，達(dá)到數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)的合理性及可利用性。（四）課題研究的方法本次主要是針對(duì)數(shù)控直流電流源的研究，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我所采用的先整體后局部的研究方法。（5）5月1號(hào)—5月9號(hào)，對(duì)所編寫的軟件系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修改。10撰寫質(zhì)量結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字通順，用語(yǔ)符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，書寫格式規(guī)范，符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求。 4 分析、綜合資料，找出問(wèn)題，并形成自己的觀點(diǎn)；按時(shí)填寫開(kāi)題報(bào)告，經(jīng)指導(dǎo)老師審查同意后開(kāi)始畢業(yè)設(shè)計(jì)。 格03是否完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù) 月應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，對(duì)基于單片機(jī)控制的“數(shù)控恒流電流源”進(jìn)行研究論證，并運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行仿真。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。這些理論為其后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。數(shù)字化智能電源是針對(duì)傳統(tǒng)電源的不足設(shè)計(jì)的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)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(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。傳統(tǒng)的直流電流源通常采用電位器和波段開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并由電流表指示電流值的大小。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美；控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線路；控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對(duì)不同的系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對(duì)控制軟件做一些調(diào)整即可。2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）、輸入交流電壓200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤10V。該方法是用精密電阻取樣得到反饋電壓，將反饋電壓與高精度的參考電壓比較得到誤差電壓，此誤差電壓經(jīng)放大后輸出控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使預(yù)設(shè)電流值和實(shí)測(cè)電流值的逐步逼近，直至相等，從而達(dá)到數(shù)控的目的。根據(jù)題目要求以及設(shè)計(jì)思路，比較之后，基于以上優(yōu)點(diǎn)以及對(duì)于單片機(jī)的成熟應(yīng)用，因此我決定用單片機(jī)來(lái)作為控制器，我所采用的是第二種方案。復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，通過(guò)RST引腳送入單片機(jī)，進(jìn)行復(fù)位。此單片機(jī)共有4個(gè)8位的并行雙向I/O口，分別記作P0、PPP3，這4個(gè)口除可按字節(jié)尋址以外，還可按位尋址。雖然P3口可以作為通用I/O口使用，但在實(shí)際應(yīng)用中它的第二功能信號(hào)更為重要。為了改善紋波特性，在輸入端加接電容。但根據(jù)題目要求，如果需要同時(shí)顯示給定值和測(cè)量值，以及其他輸出特性值，需顯示的內(nèi)容較多，要使用多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，使電路變得復(fù)雜，加大了編程工作量。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。綜合考慮兩種方案及題目要求，采用方案二，使用標(biāo)準(zhǔn)的4x4鍵盤，可以實(shí)現(xiàn)0～9數(shù)字輸入、“+”、“”、“OK”、“SET”、“DEL”、“RESET/ON”這些功能按鍵。為了提高穩(wěn)定度，Rs采用大線徑康銅絲制作，康銅絲溫度系數(shù)很小，大線徑可以使其溫度影響減至最小。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時(shí)，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。而采樣精密電阻R1為1Ω，通過(guò)采樣R1兩端電壓值換算成電流值即可得到輸出電流。它使用逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。驅(qū)動(dòng)源阻抗必須
小于或等于50Ω，而且用60pF電容來(lái)限制模擬輸入電壓的斜率15I片選端。（2）在I/OCLOCK的第4個(gè)下降沿，被選通的
模擬輸入電壓開(kāi)始向電容器充電，直到
I/OCLOCK的最后一個(gè)下降沿為止。數(shù)控直流電流源的數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中去，用到了30H到50H之間的單元。在按鍵的程序掃描中是采用查詢的方法對(duì)按鍵進(jìn)行操作的，當(dāng)查詢到按鍵有動(dòng)作時(shí)，則執(zhí)行相應(yīng)的操作。表4 寄存器選擇控制表RSR/W操作說(shuō)明00寫入指令寄存器（清除屏等）01都busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0~DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖——開(kāi)始時(shí)初始化E為0，然后置E為1，再清0。這次設(shè)計(jì)中，鍵盤掃描子程序的代號(hào)為KEY，其鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)的流程框圖如圖15所示。具體操作說(shuō)明：按了復(fù)位鍵之后，液晶顯示屏上也能顯示“S0200mA。操作顯示界面如圖19所示。圖23 修改設(shè)定的輸出電流值界面圖 輸出電流仿真，根據(jù)顯示器顯示內(nèi)容可知，設(shè)定輸出電流值為200mA，實(shí)測(cè)電流值為201mA，都滿足設(shè)計(jì)要求。Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似但功能更多。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。步進(jìn)10mA時(shí)設(shè)定值與實(shí)測(cè)值在200~1000mA之間，誤差在5mA以下。該數(shù)控直流電流源的誤差出現(xiàn)還有可能有幾個(gè)地方，第一個(gè)就是換擋電路的電壓基準(zhǔn)值是否十分標(biāo)準(zhǔn)，能夠按照所理想設(shè)定的電壓值輸出。這門語(yǔ)言和我們的實(shí)際聯(lián)系很機(jī)密，比如說(shuō)里面很多傳送指令，都是根據(jù)實(shí)際存在的硬件而存在的，還有你面的與或指令、乘法、除法指令，其實(shí)都是和我們從小就學(xué)的數(shù)學(xué)息息相關(guān)的。談完基本的工具之后，我要談的就是這次的主題，數(shù)控直流電流源可以說(shuō)是我們非常熟悉的東西，但是沒(méi)有學(xué)單片機(jī)這門功課時(shí)，誰(shuí)也不會(huì)想它是怎么工作的，又是怎么做成的。第二個(gè)就是達(dá)林管的是否能夠按照理想的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的工作，解決方法可以產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的PWM信號(hào)控制。在改變負(fù)載時(shí)，誤差在10mA以下。單片機(jī)電路的模擬調(diào)試選中單片機(jī)AT89S52，左鍵點(diǎn)擊AT89S52，在出現(xiàn)的對(duì)話框里點(diǎn)擊Program File按鈕，找到剛才編譯得到的HEX文件，然后點(diǎn)擊“OK”按鈕就可以模擬了。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。圖24 表5 負(fù)載RL=給定值(mA)200300400500800100015001980電流AD測(cè)值（mA）201301401501800100015001980誤差絕對(duì)值11110010負(fù)載電壓(V)負(fù)載阻值(Ω)運(yùn)用同樣的仿真步驟，、記錄的仿真數(shù)據(jù)分別如表表7所示。圖19 仿真顯示器顯示界面圖 仿真結(jié)果 輸出電流范圍仿真由于在程序設(shè)計(jì)上限制了電流輸出范圍是20～2000mA，限定了電壓值小于10V,當(dāng)給定值在量程內(nèi)時(shí)顯示“OK!”；當(dāng)給定值超過(guò)量程時(shí)將顯示“ERROR! RESET!”，如下圖20所示。電流設(shè)定初始值為200mA。 圖16 D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換流程圖 數(shù)制轉(zhuǎn)換流程圖由于使用的十進(jìn)制數(shù)，而在做除法的時(shí)候，要進(jìn)行數(shù)制的轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的流程圖如圖17所示。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。本設(shè)計(jì)中的鍵盤掃描子程序的名稱為KEY，則鍵盤掃描子程序KEY應(yīng)具有以下功能：判定有無(wú)按鍵動(dòng)作；去抖動(dòng)；確認(rèn)是否真正有閉合鍵；計(jì)算并保存閉合鍵鍵碼；判定閉合鍵是否釋放；恢復(fù)閉合鍵鍵碼。用到的液晶顯示器接到了單片機(jī)的P0口線上，液晶顯示器的使能端用到了P3口線。（4）I/OCLOCK的最后一個(gè)下降沿，將轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制位14REF+I正基準(zhǔn)電壓端。由低變高時(shí)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)禁止DATAINPUT和
I/O CLOCK17DATAINPUTI串行數(shù)據(jù)輸入端。s。（1）D/A轉(zhuǎn)換器 本設(shè)計(jì)中應(yīng)采用DAC模塊提供高精度的基準(zhǔn)電壓，即通過(guò)CPU發(fā)出的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為的模擬電壓，送給誤差放大器，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)要求。在此電路中，R2為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較?。┳柚禐?Ω。Q1的加入是為了增加復(fù)合管的放大倍數(shù)。圖8 鍵盤與單片機(jī)的接線圖 電流源模塊方案一：采用集成穩(wěn)壓器運(yùn)放構(gòu)成的線性恒流源。采用LM016L液晶顯示模塊同時(shí)顯示電流給定值和實(shí)測(cè)值以及負(fù)載內(nèi)阻。LCD具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示數(shù)字，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。采用三端集成穩(wěn)壓器7807817915分別得到+5V和177。AT89S52單片機(jī)還有一個(gè)地址鎖存控制信號(hào)ALE，外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào),訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào),復(fù)位信號(hào)RST，地線和+5V的電源。各位口線具有完全相同但又相互獨(dú)立的邏輯電路。復(fù)位電路的好壞直接影響單片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性，因此，要重視復(fù)位電路的設(shè)計(jì)和研究。一般選用石英晶體振蕩器。圖2 方案二方框圖 總體方案設(shè)計(jì)方案一的數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)于電流的變化是采用相比而言使用可編程芯片，如CPLD或FPGA等和DAC控制，采用LED數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，操作也比較方便。 發(fā)揮部分（1）輸出電流范圍為200mA～2000mA，步進(jìn)1mA；（2）設(shè)計(jì)、制作測(cè)量并顯示輸出電流的裝置 (可同時(shí)顯示電流的給定值和實(shí)測(cè)值)，測(cè)量誤差的絕對(duì)值≤％+3個(gè)字；（3）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對(duì)值≤％+1 mA；（4）紋波電流≤；（5）其他。 該研究解決的主要內(nèi)容本次對(duì)數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)以下方面：如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的輸出控制，該系統(tǒng)主要是應(yīng)用單片機(jī)，用微處理器來(lái)替代傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中手動(dòng)旋轉(zhuǎn)電位器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的連續(xù)可調(diào)，精度要求高。而基于單片機(jī)控制的直流電流源能較好地解決以上傳統(tǒng)電流源的不足。目前實(shí)用的直流電流源大部分是線性電源。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)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(shí)也給電源提出了更高的要求。設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，由TLC2543對(duì)精密電阻康銅絲的電壓進(jìn)行監(jiān)控，由LTC1456直接控制輸出電壓，單片機(jī)、A/D、D/A三者組成控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)回路，保持恒流。04完成的成果是否達(dá)到驗(yàn)收要求 查二、主要內(nèi)容及創(chuàng)新之處1 主要內(nèi)容: 采用結(jié)構(gòu)化的思想，將硬件系統(tǒng)分為六個(gè)模塊，分別是單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、恒流源模塊、AD數(shù)據(jù)采樣模塊、負(fù)載模塊；將軟件