【正文】 電流反饋環(huán)節(jié)相同，可調電位器用作測量回路的增益；負載電壓測量電路具有相同結構，只是AD620的取樣點是經R3，R4分壓得到的，以保證AD620工作在最大允許輸入電壓值的范圍內；注意到負載電壓測量電路的這種取樣方式，實際所測的是負載電壓與康銅絲電壓之和，真正的負載電壓需要減去康銅絲電壓。設置測量上述兩個測點的電壓，可以直接得到負載電流并通過計算得到負載電壓以及負載的直流電阻阻值。 圖7 負載電流、電壓測量電路①觸摸屏的型號及具體參數觸摸液晶屏是采用BurrBrown公司的觸摸屏控制芯片ADS7843，由于ADS7843內置12位A/D，理論上觸摸屏的輸入坐標識別精度為有效長寬的1/4096。它是一個低導通電阻模擬開關的串行接口芯片?！?V，參考電壓VREF為1V～＋VCC，轉換電壓的輸入范圍為0～VREF，最高轉換速率為125KHz。②觸摸屏控制芯片ADS7843的電路圖ADS7843是觸摸液晶屏的控制芯片，AT89C55是51系列單片機。圖8 觸摸和顯示主電路三、軟件設計1．主程序流程圖主程序流程如圖9所示。開始IO初始化輸入電流設定值DA輸出負載電流測量顯示掃描鍵盤圖9 主程序流程圖2．A/D轉換（AD7705）AD7705接收數據的流程圖與發(fā)送數據的流程圖，此處不再贅述。但對于編程中需要注意的地方，做以下說明。① 每次對芯片發(fā)數據的時候，都要首先對通訊寄存器寫數據，否則一切指令無效；② 對于選中芯片，可以有兩種方法：；，使芯片復位一次。一般情況下選擇方案a，但若開始轉換以后不能停止，而導致數據出錯，就必須用方案b。此處我們采用方案b，以防萬一。③ 在拉低RESET以后，要給予足夠的時間讓芯片復位，否則復位時間太短也會導致出錯。程序中許多延時是必須的，因為AD7705屬于低頻高精度A/D轉換器。④ 此處我們采用了雙通道A/D采樣。一通道對康銅電阻采樣，目的是為了顯示當前電流的輸出值。二通道對可變負載電阻兩端的電壓采樣，此處是我們的發(fā)揮部分，目的是測出了負載兩端的電壓值，輸出的電流又是已知的，從而可以測得負載電阻的當前值。 3．觸摸屏的程序設計 觸摸屏的主程序流程圖如圖10所示。否是否是開始延時去抖取觸摸屏AD轉換值轉換鍵值顯示處理向上位機傳送設定值觸摸屏有按下 觸摸屏有按下 圖10 觸摸屏程序主循環(huán)流程圖四、性能測試1．測量儀器（1）HP34401A數字萬用表6高性能數字萬用表，可以高精度測量電壓與電流。① 測量電流量程：10mA(只適用于DC)、100mA(只適用于DC)、1A、3A。最高分辨率：10nA（在10mA量程）。AC技術：RMS，AC耦合。② 測量電壓量程：100mV、1V、10V、100V或1000V（750Vac）。最大分辨率：100nV（在100mV的量程時）。AC技術：RMS及AC耦合測量。（2）示波器采用TDS1002，兩通道數字存儲示波器，最大帶寬60MHz，1GS/s。2．校準（1）設定值校準在負載回路中串聯接入精密電流表計，設置D/A輸出值為4000（12位D/A，對應電流給定值2000mA），調節(jié)反饋增益電位器，使電流源輸出2000mA。（2）測量值校準在精密電流表計顯示2000mA時，調節(jié)測量回路增益電位器使單片機顯示2000mA。3．測量數據記錄測試設定電流與精密電流表的電流讀數，同時對比單片機的實測電流顯示值，記錄在表1中。 表1 測試數據統(tǒng)計電流設定值Ip/mA電流實際值Io/mA單片機顯示Is/mA紋波電壓Vw/mV1520508010030050010001400180020002020 改變負載電阻，讓輸出電壓從0～10V以內變化時，測出輸出電流變化的絕對值，測試結果如表2所示。 表2電流隨負載改變的測試數據設定電流值/mA端電壓值/V輸出電流值/mA電流變化絕對值/mA20200 2000 注：由于電阻負載比較小，所以電壓范圍不大。4．結論①Ip為電流設定值Ia為輸出電流與設定值偏差的絕對值，Ia＝|Ip－Io|P1為偏差絕對值占電流設定值的百分比，題目要求其百分比要不大于1％：P1＝Ia/Ip100％②Is為單片機顯示值，Io為電流實際值，Id為電流實際值與單片機顯示值偏差的絕對值Id＝|Is－Io|P2為偏差的絕對值占單片機顯示值的百分比，%:P2＝Id/Is100％表3 數據處理和誤差分析電流設定值Ip/mA輸出電流與設定值偏差的絕對值Ia/mA偏差占電流設定值的百分比P1/%電流實際值與單片機顯示值的偏差Id/mA偏差占單片機顯示值的百分比P2/%1520508010030050010001400180020002020注：計算P1時，未減去1mA，計算P2時未減去3個字。 測試結果表明，所設計制作的“數控直流電流源”符合設計任務規(guī)定的基本部分和發(fā)揮部分的各項要求，達到了發(fā)揮部分規(guī)定的各項性能指標。五、誤差分析① 由于選擇A/D與D/A轉換器精度高過指標要求的精度2倍以上，測量器件采用高精度儀用放大器，所以可以保證設定值和測量值的精度要求；② 采取抑制高增益電路振蕩的有效措施和使用高質量穩(wěn)壓電源供電等措施，使得輸出電流的諧波大大低于設計要求；③ 為彌補負反饋增益偏低負載調整率不夠的不足，采用了雙閉環(huán)控制手段，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)流精度。六、創(chuàng)新部分1．利用單片機的測控和運算能力實現輸出電流的精度補償精度補償原理：將實測負載電流與給定電流比較，求出偏差，再根據偏差的方向及大小，用“積分”的調節(jié)計算方法，計算得出補償值，將此補償值迭加到給定電流上，一起送到壓控電流源單元的輸入端，即可實現“無差調節(jié)”，即做到輸出電流完全等于給定電流。精度補償效果的好壞，關鍵在于能否做到高精度地測量負載電流。2．設定值與輸出值低端的非線性補償電流源在小電流輸出時，由于地噪聲的干擾，使D/A輸出電壓的信噪比大大降低，導致設定電流與實際輸出電流間失去線性對應關系，呈現顯著非線性。為此，我們采取硬軟件結合的方法進行補償。非線性補償原理：采取的硬件措施是在壓控電流源的比較單元輸入端增加一路與D/A輸出電壓極性相反的恒定電壓（參見圖7中的R4輸入），其作用是將零負載電流對應的D/A值由數值0增加為一個大于零的數值，這樣使小電流工作時的D/A電壓值向遠離零電壓的方向移動，因而消除了地噪聲的干擾，提高了小電流的穩(wěn)定性和線性度。在軟件方面，首先通過測試獲得對應零電流的D/A輸出值D0，然后在D/A輸出的理想值D上迭加D0作為D/A的最后輸出值。若用坐標平面來形象說明的話，就是將原來在坐標原點附近的非線性段，通過向左移動縱坐標和向上移動橫坐標，將非線性段移出坐標平面的第I象限，從而使第I象限的線段基本都是線性的。軟件流程圖：否是否是開始|給定電流－實測電流|≧%給定電流實測電流補償值＝補償值＋1D/A輸出＝給定電流＋補償值＋D0返回補償值＝補償值－1補償值＝0圖17 精度補償和低端補償程序框圖注：圖中D0即低端補償值3．具有負載短路、開路提示和負載電阻計算功能AD7705的二通道是對可變負載電阻兩端的電壓采樣，目的是測出了負載兩端的電壓值VRL，輸出的電流又是已知的I，從而可以測得負載電阻的當前值?？勺鲆粋€電阻表用。R＝VRL/I七、結束語我們在整個設計制作過程中，始終關注系統(tǒng)的性能指標和運行穩(wěn)定性，采取了諸多有效措施，完成了設計任務規(guī)定的基本部分和發(fā)揮部分的各項要求，達到了發(fā)揮部分的各項性能指標，而且有些指標有較大提高，功能也有所擴展。 49