【文章內容簡介】 uces the electric circuit 其中 U1a 用于運算， U1b用于緩沖，及其濾波， V2為假定干擾源 仿真結果入下圖 所示 : 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 11 圖 控制電壓產生電路仿真圖（ protel） Figure the control voltage produces the circuit simulation chart (protel) 從圖中我們可以看到該電路對于高頻干擾具有較好的抑制性，這對提高電流源的輸出性能具有一定的幫助。 利用圖 的 恒流源電路 ,運放的輸出端通過三極管與反向輸出端相連，構成負反饋電路，由于運放的同相輸入端與反相輸入端在理論上是虛短的，且運放的輸入電阻無窮大，因此反相端和同相端的電位相等，即 UiUi?39。 ,又由于三極管的發(fā)射極139。 RUiIi ?? 與集電極電流 Io 僅相差微小的基極電流，可視為兩者相等即 IoIi?39。 。因此可以通過改變同相輸入端的電壓來調整輸出電流 Io 的大小。 但是在測試 Ui 對 Io的控制比預期效果差，總是小于理論值。 同時 R2也是負反饋電阻，當電路電流受外界影響而減小的時候， R2的端電壓也隨之降低，三極管的 Ibe也會上升。 由于三極管的驅動電流較大，在 試驗中輸出電流偏小，達不到要求精度，所以采用方案二，用場效應管代替三極管輸出，與三極管相比場效應管具有驅動電流小，電流噪聲底，輸出電流大的特點。仿真電路如圖 。仿真波形圖如圖 。 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 12 R 1 4148231U 4 AL M 3 5 8V 1 2+ 1 2 VR 1 11V o u tV4+ 5 VV3+ 4 . 5 VQ1M M S F 7 N 0 3 H DV i nV C CV?V S I Na 圖 Figure constant current electric circuit schematic diagram 圖 （ protel99） Figure constant current circuit simulation oscillogram (protel99) 具體電路圖 在 protel 仿真結果的基礎上設計了電流輸出模塊 ， 電路原理圖如圖 所示 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 13 R15kC20 .1 uR25k48231U 2 AL M 3 5 8R91C50 .1 uR41kC90 .1 u5R51k1234J14J+ 1 256748U 2 BL M 3 5 8C 1 20 .1 u+ 1 2+ 1 2R 1 11k5C 1 10 .1 uR 1 01kC61 0 0 0 UQ16 0 N 0 6+ 1 212A12J+ 1 2C70 .1 uC80 .1 uC 2 61 0 0 0 UC 2 70 .1 uC 2 80 .1 u+ 1 212J22J+55R 2 05 .1 k 圖 Figure electric current output schematic diagram 主控部分 AT89C52 單片機系統(tǒng)及外圍電路 在電路設計中 我選擇最常見的 ATMEL 公司的 AT89C52 單片機 [ 9 ]。此單片機與 MCS51產品指令系統(tǒng)完全兼容，由 8K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存 儲器， 256*8 字節(jié)內部 RAM，32 個可編程 I/O 口線， 2個 16 位定時 /計數(shù)器和 6 個中斷源。并且該單片機經濟實用，使用廣泛。 單片機時鐘脈沖電路 AT89C52單片機的最高時鐘脈沖頻率已經達到了 24MHz ，它內部已經具備了振蕩電路，只要在 AT89C52的兩個引腳（即 1 18 腳）連接到簡單的石英振蕩晶體的 2端即可，晶體的 2個管腳也要用 30pF 的電容耦合到地。 復位電路 89C52[ 7 ]的復位引腳（ Reset）是第 9腳，當此引腳連接高電平超過 2 個機器周期，即可產生復位的動作。以 12MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為 1μ s，兩個機器周期為2μ s，因此，在第 9腳上連接一個 4μ s的高電平脈沖，即可產生復位動作。最簡單的就是只要一個電阻跟一個電容的復位電路，如圖 所示。 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 14 圖 通電瞬間復位電路 Figure circular telegram instantaneous reset circuit 圖 89C52 的 基本外部電路 Figure 89C52 basic exterior electric circuit 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 15 主控部分具體電路 E A / V P31X119X218R E S E T9R D P 3 .717W R P 3 .616I N T 0 P 3 .212I N T 1 P 3 .313T 0 P 3 . 414T 1 P 3 . 515P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D P 3 . 111R X D P 3 .010V s s20V c c40U 1 38 9 C 5 2Y16 .0 0 0 M H ZC 2 61 8 p C 2 71 8 pC 2 51 0 uV C C R81 0 kD2S W 2D3S W 2D4S W 2D5S W 2主控單片機D6S W 2V C CC50 .1 uC21 0 0 UV C CC60 .1 uT X DR X DR C L K 圖 Figure master control electric circuit schematic diagram 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 16 4 數(shù)控電 流 源的軟件系統(tǒng)設計 具體 模塊劃分 數(shù)據處理 以及顯示 模塊其具體 流程圖如 圖所示 : 讀 2 0 H16 進制轉 BCD存顯示緩沖數(shù)據讀 2 1 H16 進制轉 BCD存顯示緩沖數(shù)據 讀 2 1 H選擇表單查表存 D / A 輸出數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據發(fā)送 5 9 5 顯示信號返回 圖 Figure data processing as well as display module its specific flow chart 按鍵處理程序模塊 如 圖 : 有鍵按下嗎？是第一鍵嗎？是第二鍵嗎？是第三鍵嗎？是第四鍵嗎？快加快減慢加慢減是是是是是否否否否否返回 圖 Figure pressed key disposal procedure flow chart 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 17 數(shù)值處理 考慮到運算放大器的工作點偏差問題輸出控制采用鏈表方式，調整電路使得在兩個D/A 均為最大輸出時，輸出電流為 2021mA，然后遞減粗調和細調 D/A 同時用高精度電流表檢測電流，當調整到合適的電流時即 將輸出狀態(tài)記錄，并與輸出電流相關聯(lián)，從而修正 D/A 線性，運算放大器靜態(tài)電流等問題造成的偏差，同時在加入溫度探測電路以后可以方便的對溫度影響進行補償。系統(tǒng)具有良好的可升級性。 鍵盤對單片機輸入數(shù)據，（所要得到的電流值），單片機將得到的數(shù)據進行轉化成 D/A轉換器 AD0832 所需要的數(shù)字信號。 假設鍵盤輸入的電流值為 I,由于 AD0832為 8位的 D/A轉換器，待轉換的數(shù)字信號最大值為 2^ 81=255,考慮到數(shù)值連續(xù)性問題細調 D/A只采用 200檔，所以該系統(tǒng)最大分辨率為 255*200=51000，在最大輸出電流為 2021mA 時分辨率為 2021/51000，小于 。采用軟件修正后，使得最小步進為 1mA， 優(yōu)于 設計要求。 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 18 5 系統(tǒng)測試 設計創(chuàng)新點 鑒于市場上高位 D/A 價格高，并且購買困難，在電路設計中將采用，兩個八位 D/A經過運算得到高精度的電壓輸出，并采用查表的方式對 D/A 進行控制，在不同的環(huán)境下采用不同的鏈表，從而對元器件的非線性以及溫度的影響進行高精度補償。采用有源慮波的方法降低電源雜波，純凈的電源供給為良好的輸出性能提供了保障。 系統(tǒng)性能檢測 1．測試儀器 雙蹤示波器，數(shù)字示波器，萬用表 2．指標測試 輸出電流范圍： 20mA2021mA可以通過按鍵設置電流值，并且實際輸出值與給定值之間的偏差 =給 1%+10mA。 具有“ +”“ ”步進調整功能，步進電流 10mA。 本設計要求輸出電流范圍為 1mA— 2021mA，根據圖 恒流源模塊可知，將模擬量轉換為數(shù)字量送給模數(shù)轉換電路；然后輸出模擬量。下面列出部分電流值及其對應的理論和 防真 的數(shù)字量如表 表 預值測量值 Table prevalue observed values 電流值 （ mA） 防真 值（ mA） 偏差（ mA） 顯示值（ mA） 偏差（ mA） 1 2 1 5 6 1 10 11 1 20 21 1 100 102 2 500 500 0 503 3 1000 1000 0 1003 3 1500 1499 1 1496 1 電流值 （ mA） 防真 值（ mA） 偏差（ mA） 顯示值（ mA） 偏差（ mA） 減小紋波所采用的措施 由于電源 電路存在紋波，必須盡量減小紋波系數(shù)，本設計采用措施有： ⅰ 電源大面積共地（注意大電流與小電流不能共地） 吉林農業(yè)大學學士學位論文 基于單片機的數(shù)控電流源的設計 19 ⅱ 在整流橋后加大電容慮波，本設計采用約為 22021uF ⅲ 為了進一步避免紋波電壓對電路的干擾而產生的紋波電流，本設計又加入了有源濾波電路。電路如圖 V i n1GND2V o ut 3U17 81 2Q2N P NC3 0 .1 uC92 20 0 uC 1 30 .1 u+ 12C 3 10 .1 uC12 20 0 u輸入輸出 圖 Figure active worry wave electric circuit 紋波電流測試 本設計要求 紋波 電流小于 毫安，根據恒流源模塊電路，用低 頻交流毫伏表測采樣電阻（康銅絲繞制而成，由于該電路為直流電路沒交流成分，所以不會產生感抗）兩