【正文】 電流反饋環(huán)節(jié)相同，可調(diào)電位器用作測(cè)量回路的增益；負(fù)載電壓測(cè)量電路具有相同結(jié)構(gòu)，只是AD620的取樣點(diǎn)是經(jīng)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(nèi)；注意到負(fù)載電壓測(cè)量電路的這種取樣方式，實(shí)際所測(cè)的是負(fù)載電壓與康銅絲電壓之和，真正的負(fù)載電壓需要減去康銅絲電壓。設(shè)置測(cè)量上述兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的電壓，可以直接得到負(fù)載電流并通過計(jì)算得到負(fù)載電壓以及負(fù)載的直流電阻阻值。 圖7 負(fù)載電流、電壓測(cè)量電路①觸摸屏的型號(hào)及具體參數(shù)觸摸液晶屏是采用BurrBrown公司的觸摸屏控制芯片ADS7843，由于ADS7843內(nèi)置12位A/D，理論上觸摸屏的輸入坐標(biāo)識(shí)別精度為有效長(zhǎng)寬的1/4096。它是一個(gè)低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)的串行接口芯片?！?V，參考電壓VREF為1V～＋VCC，轉(zhuǎn)換電壓的輸入范圍為0～VREF，最高轉(zhuǎn)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(jī)。圖8 觸摸和顯示主電路三、軟件設(shè)計(jì)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(shè)定值DA輸出負(fù)載電流測(cè)量顯示掃描鍵盤圖9 主程序流程圖2．A/D轉(zhuǎn)換（AD7705）AD7705接收數(shù)據(jù)的流程圖與發(fā)送數(shù)據(jù)的流程圖，此處不再贅述。但對(duì)于編程中需要注意的地方，做以下說明。① 每次對(duì)芯片發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)候，都要首先對(duì)通訊寄存器寫數(shù)據(jù)，否則一切指令無效；② 對(duì)于選中芯片，可以有兩種方法：；，使芯片復(fù)位一次。一般情況下選擇方案a，但若開始轉(zhuǎn)換以后不能停止，而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，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(shí)間讓芯片復(fù)位，否則復(fù)位時(shí)間太短也會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。程序中許多延時(shí)是必須的，因?yàn)锳D7705屬于低頻高精度A/D轉(zhuǎn)換器。④ 此處我們采用了雙通道A/D采樣。一通道對(duì)康銅電阻采樣，目的是為了顯示當(dāng)前電流的輸出值。二通道對(duì)可變負(fù)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(cè)出了負(fù)載兩端的電壓值，輸出的電流又是已知的，從而可以測(cè)得負(fù)載電阻的當(dāng)前值。 3．觸摸屏的程序設(shè)計(jì) 觸摸屏的主程序流程圖如圖10所示。否是否是開始延時(shí)去抖取觸摸屏AD轉(zhuǎn)換值轉(zhuǎn)換鍵值顯示處理向上位機(jī)傳送設(shè)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(cè)試1．測(cè)量?jī)x器（1）HP34401A數(shù)字萬用表6高性能數(shù)字萬用表，可以高精度測(cè)量電壓與電流。① 測(cè)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(shù)：RMS，AC耦合。② 測(cè)量電壓量程：100mV、1V、10V、100V或1000V（750Vac）。最大分辨率：100nV（在100mV的量程時(shí)）。AC技術(shù)：RMS及AC耦合測(cè)量。（2）示波器采用TDS1002，兩通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器，最大帶寬60MHz，1GS/s。2．校準(zhǔn)（1）設(shè)定值校準(zhǔn)在負(fù)載回路中串聯(lián)接入精密電流表計(jì)，設(shè)置D/A輸出值為4000（12位D/A，對(duì)應(yīng)電流給定值2000mA），調(diào)節(jié)反饋增益電位器，使電流源輸出2000mA。（2）測(cè)量值校準(zhǔn)在精密電流表計(jì)顯示2000mA時(shí)，調(diào)節(jié)測(cè)量回路增益電位器使單片機(jī)顯示2000mA。3．測(cè)量數(shù)據(jù)記錄測(cè)試設(shè)定電流與精密電流表的電流讀數(shù)，同時(shí)對(duì)比單片機(jī)的實(shí)測(cè)電流顯示值，記錄在表1中。 表1 測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)電流設(shè)定值Ip/mA電流實(shí)際值Io/mA單片機(jī)顯示Is/mA紋波電壓Vw/mV1520508010030050010001400180020002020 改變負(fù)載電阻，讓輸出電壓從0～10V以內(nèi)變化時(shí)，測(cè)出輸出電流變化的絕對(duì)值，測(cè)試結(jié)果如表2所示。 表2電流隨負(fù)載改變的測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)定電流值/mA端電壓值/V輸出電流值/mA電流變化絕對(duì)值/mA20200 2000 注：由于電阻負(fù)載比較小，所以電壓范圍不大。4．結(jié)論①Ip為電流設(shè)定值Ia為輸出電流與設(shè)定值偏差的絕對(duì)值，Ia＝|Ip－Io|P1為偏差絕對(duì)值占電流設(shè)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(jī)顯示值，Io為電流實(shí)際值，Id為電流實(shí)際值與單片機(jī)顯示值偏差的絕對(duì)值Id＝|Is－Io|P2為偏差的絕對(duì)值占單片機(jī)顯示值的百分比，%:P2＝Id/Is100％表3 數(shù)據(jù)處理和誤差分析電流設(shè)定值Ip/mA輸出電流與設(shè)定值偏差的絕對(duì)值Ia/mA偏差占電流設(shè)定值的百分比P1/%電流實(shí)際值與單片機(jī)顯示值的偏差I(lǐng)d/mA偏差占單片機(jī)顯示值的百分比P2/%1520508010030050010001400180020002020注：計(jì)算P1時(shí)，未減去1mA，計(jì)算P2時(shí)未減去3個(gè)字。 測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)制作的“數(shù)控直流電流源”符合設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的基本部分和發(fā)揮部分的各項(xiàng)要求，達(dá)到了發(fā)揮部分規(guī)定的各項(xiàng)性能指標(biāo)。五、誤差分析① 由于選擇A/D與D/A轉(zhuǎn)換器精度高過指標(biāo)要求的精度2倍以上，測(cè)量器件采用高精度儀用放大器，所以可以保證設(shè)定值和測(cè)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(zhì)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(shè)計(jì)要求；③ 為彌補(bǔ)負(fù)反饋增益偏低負(fù)載調(diào)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(jī)的測(cè)控和運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)輸出電流的精度補(bǔ)償精度補(bǔ)償原理：將實(shí)測(cè)負(fù)載電流與給定電流比較，求出偏差，再根據(jù)偏差的方向及大小，用“積分”的調(diào)節(jié)計(jì)算方法，計(jì)算得出補(bǔ)償值，將此補(bǔ)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(shí)現(xiàn)“無差調(diào)節(jié)”，即做到輸出電流完全等于給定電流。精度補(bǔ)償效果的好壞，關(guān)鍵在于能否做到高精度地測(cè)量負(fù)載電流。2．設(shè)定值與輸出值低端的非線性補(bǔ)償電流源在小電流輸出時(shí)，由于地噪聲的干擾，使D/A輸出電壓的信噪比大大降低，導(dǎo)致設(shè)定電流與實(shí)際輸出電流間失去線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，呈現(xiàn)顯著非線性。為此，我們采取硬軟件結(jié)合的方法進(jìn)行補(bǔ)償。非線性補(bǔ)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(fù)載電流對(duì)應(yīng)的D/A值由數(shù)值0增加為一個(gè)大于零的數(shù)值，這樣使小電流工作時(shí)的D/A電壓值向遠(yuǎn)離零電壓的方向移動(dòng)，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(cè)試獲得對(duì)應(yīng)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(biāo)平面來形象說明的話，就是將原來在坐標(biāo)原點(diǎn)附近的非線性段，通過向左移動(dòng)縱坐標(biāo)和向上移動(dòng)橫坐標(biāo)，將非線性段移出坐標(biāo)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(shí)測(cè)電流|≧%給定電流實(shí)測(cè)電流補(bǔ)償值＝補(bǔ)償值＋1D/A輸出＝給定電流＋補(bǔ)償值＋D0返回補(bǔ)償值＝補(bǔ)償值－1補(bǔ)償值＝0圖17 精度補(bǔ)償和低端補(bǔ)償程序框圖注：圖中D0即低端補(bǔ)償值3．具有負(fù)載短路、開路提示和負(fù)載電阻計(jì)算功能AD7705的二通道是對(duì)可變負(fù)載電阻兩端的電壓采樣，目的是測(cè)出了負(fù)載兩端的電壓值VRL，輸出的電流又是已知的I，從而可以測(cè)得負(fù)載電阻的當(dāng)前值?？勺鲆粋€(gè)電阻表用。R＝VRL/I七、結(jié)束語我們?cè)谡麄€(gè)設(shè)計(jì)制作過程中，始終關(guān)注系統(tǒng)的性能指標(biāo)和運(yùn)行穩(wěn)定性，采取了諸多有效措施，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的基本部分和發(fā)揮部分的各項(xiàng)要求，達(dá)到了發(fā)揮部分的各項(xiàng)性能指標(biāo)，而且有些指標(biāo)有較大提高，功能也有所擴(kuò)展。 49