【導讀】度、高穩(wěn)定性的直流恒流源。此外它也被廣泛的用于計量、測量等場合。恒流源常用的實現(xiàn)方法有晶體管、集成運放、可調(diào)集成穩(wěn)壓模塊等。合可設計出可輸出的電流小到幾十毫安大到十幾安培的電流源。的經(jīng)濟和實用價值。換芯片完成輸出20mA～2021mA范圍內(nèi)步進等級小于10mA的恒定電流。鍵盤輸入預置值以及實現(xiàn)步進功能，通過LED數(shù)碼管顯示預置電流值和測量值?，F(xiàn)具有一定恒流精度的，可穩(wěn)定工作的恒流源設計。

　　

【正文】 CLK OUT引腳 應該 懸空。 但 無論采用哪一種時鐘 方式 ,它的頻率必須為 1MHz 或 。 （ 2） MCLK OUT : 當芯片 的主時鐘信號由晶振提供時 , 此引腳與 MCLK IN引腳及晶振 引腳相連。 基于單片機控制的直流恒流源設計 24 （ 3） SCLK:串行時鐘 的 邏輯輸入 。 （ 4） ____CS :片選信號 ,低 電平 有效 。 （ 5） _________RESET :復位端 ,低電平有效。 在低電平時芯 片內(nèi)的控制邏輯、接口邏輯、校準系數(shù)、數(shù)字濾波器以及模擬調(diào)制器復位到上電狀態(tài) 。 （ 6） DIN : 寫入 片內(nèi)輸入移位寄存器 中 串行數(shù)據(jù)的串 行輸入端。此數(shù)據(jù)是移入 設定寄存器還是通訊寄存器 ,由 通訊寄存器中的寄存器設定位 決定 。 （ 7） DOUT :由芯 片內(nèi)輸出移位寄存器中讀出串行數(shù)據(jù) 的串行輸出端。此輸出移位寄存器可以包含 設定寄存器、通訊寄存器或數(shù)據(jù)寄存器 的信息 , 至于 具體是哪一個寄存器 ,則由 通訊寄存器中的寄存器設定位 決定 。 （ 8） AIN +： 片內(nèi)可編程增益放大器差動模擬輸入的正端 。 （ 9） AIN : 片內(nèi)可編程增益放大器差動模擬輸入的負端 。 （ 10） REF IN( + ):參考差動輸入的正端 ,該引腳 電位必須大于 REF IN ( ) 。 （ 11） REF IN( ):參考差動輸入的負端 ,該引腳電位 必須小于 REF IN ( + ) 。 （ 12） ________DRDY : 當該引腳 為 低電平 時， 來自 AD7715 數(shù)據(jù)寄存器新的輸出字是 有效的。當完成全部 16 位的讀操作時 , 此引腳變成高電平。在輸出 的更新時間內(nèi) , 如果沒有數(shù)據(jù)被讀出 , 此引腳將持續(xù) 500 倍 Tclk in 時鐘周期 , 然后返回高電平。當 ________DRDY 為高 電平 時 , 不能進行讀操作 ,也就是說 當數(shù)據(jù)正在更新時 , 不能 從數(shù)據(jù)寄存器中讀 出 數(shù)據(jù) 。 當數(shù)據(jù)更新完成 后 , ________DRDY 返回低電平 ； （ 13） AVDD :模擬正電源 ； （ 14） DVDD :數(shù)字電源。 通常大小和模擬正電源相同； （ 15） AGND :模擬地； （ 16） DGND :數(shù)字地。 AD7715的 寫 時序圖如下： 圖 322 AD7715寫 時序圖 AD7715的 讀 時序圖如下： 基于單片機控制的直流恒流源設計 25 圖 323 AD7715 讀 時序圖 AD780 是 一款輸出 或 3V的超高精度帶隙基準電壓源。輸出電壓大小 由外部接線決定。它的引腳圖如下： 圖 324 AD780 引腳圖 電源部分設計 由于輸出電流的最大值要達到 2A，設計輸出電壓小于 10V，因此電源功率至少 20W，再考慮 10W左右的余量，因此 總輸出 功率 在 30W 左右。 +5V 和177。 15V 電源均采用市面上常見的開關電源。其中 +5V 的電源輸出電流達到 5A， +15V 的輸出電流達到 2A， 15V 的輸出電流達到 ，這樣不僅可以保證電路正常工作，而且輸出的電流以及功率均可達到要求。 開關 電源圖如下： 圖 325 開關電源圖 PCB 電路板制作 在設計 PCB電路板時，首先考慮 電磁干擾問題。 電子電路的輸出部分 容易產(chǎn)生 大電壓和大電流的突變。這種突變 會 通過電源和信號線對相連的電路產(chǎn)生干擾，同時對周圍基于單片機控制的直流恒流源設計 26 環(huán)境產(chǎn)生較強的電磁輻射（輻射干擾）。 通常電子電路的 信號幅度較低，對噪聲比較敏感，抗干擾性差 ，可能會 影響電路性能 ， 甚至會使 電路無法工作。 但 可通過電源隔離、信號隔離、濾波等方式抑制。而輻射干擾， 則 只能通過合理的電路布局、走線以及屏蔽等措施來 減小 電磁干擾的影響。 其次考慮的是 大電流問題。 由于本設計最大的輸出電流為 2A，大電流會導致導線發(fā)燙，嚴重時會燒斷導線，導致電路失效。所以在布線時，要合理計算導線寬度使之可以承受正常工作時的大電流。本設計中導線的寬度為 1mm，這樣即使銅的厚度只有 m，也可承受 。 再次還要考慮電源、地線加粗的問題，通常應為信號線的 3倍左右。對于 器件 散熱問題則要 考慮 由于本身的開關損耗和 管耗等因素影響，發(fā)熱會比較嚴重，需要采用 合理的 散熱 來 保證 元 器件連續(xù)長時間 的 正常工作。 通常 可加裝散熱片或散熱器來解決 該問題 。 在本設計中就對容易發(fā)燙的大功率達林頓管 TIP122加裝了散熱片使其可以在 2A時也能正常工作。 最后是整個電路的布線問題。布線時頂層和底層應該走線互相垂直，避免兩層平行導線的出現(xiàn)。對于地線的連接通常是 一點接地法。即將所有接地線先 分別按性質(zhì)不同 連接在一起，形成一個環(huán)再集中在一點接地，注意，模擬地和數(shù) 字地要分別在不同的環(huán)上，最后再連起來。這樣，即使地線兩端有一定的 電位差，作為模擬電路和數(shù)字電路 其內(nèi)部元件所受的電位 也 是基本相同的， 這樣就不會影響電路的正常工作了 [27,28]。 本設計的 總體 PCB圖 詳 見附錄 3。 本設計的 PCB實物圖如下所示： 圖 326 印制電路板正面 基于單片機控制的直流恒流源設計 27 圖 327 印制電路板反面 本章小結 本章主要對本設計的各個硬件環(huán)節(jié)做了具體詳細的介紹，主要有單片機最小系統(tǒng)、恒流源電路、模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、 LED 顯示電路以及鍵盤電路。在最后還對 PCB 板的設計制作 的注意點 進行了說明。 基于單片機控制的直流恒流源設計 28 4 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)主程序設計 本設計的主程序流程圖如下所示。該部分程序主要 完成各部分子 程序調(diào)用以及根據(jù)鍵盤所接受到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換及處理。 具體程序見附錄 6。 圖 41 主程序流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 數(shù)字鍵按下 是否按下“＋” 是否按下“﹣” 是否按下“清零” 是否按下“確認” 顯示子程序 記錄數(shù)據(jù) 使電流增加 使電流減小 Y N Y Y 數(shù)據(jù)清零 Y Y N N N N 閉環(huán)子程序 DA轉(zhuǎn)換子程序 AD 轉(zhuǎn)換子程序 基于單片機控制的直流恒流源設計 29 系統(tǒng)子程序設計 DA 轉(zhuǎn)換子程序設計 本設計的 DA 轉(zhuǎn)換子程序 流程圖如下，通過主程序的調(diào)用使用該子程序。在編寫時要注意發(fā)送數(shù)據(jù)時先發(fā)送高位，再發(fā)送低位 [29,30]。具體程序見附錄 6。 圖 42 DA 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 轉(zhuǎn)換子程序設計 本設計的 AD 轉(zhuǎn)換子程序 流程圖如下 ，通過主程序的調(diào)用使用該子程序。值得注意的是 AD7715 先發(fā)送高位再發(fā)送低位，因此在接收數(shù)據(jù)時要高低位轉(zhuǎn)換， 所以 還包含一段高低位轉(zhuǎn)換子程序 [31]。具體程序見附錄 6。 開始 發(fā)送數(shù)據(jù)高 8 位，最高位先發(fā)送 發(fā)送數(shù)據(jù)低 4 位 返回 上電初始化 基于單片機控制的直流恒流源設計 30 圖 43 AD 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 顯示子程序設計 本設計的顯示子程序 流程圖如下，通過主程序的調(diào)用使用該子程序。具體程序見附錄 6。 圖 44 顯示子程序流程圖 鍵盤子程序 矩陣式鍵盤的軟件掃描方式主要有 兩種，一種是逐行掃描法，另一種是反線法。本設計采用的是較為方便的反線法，鍵盤子程序的流程圖如下圖所示。具體程序見附錄 6。 開始 上電芯片初始化 向芯片寫入 8 字節(jié)數(shù)據(jù) 向芯片寫入 16 字節(jié)數(shù)據(jù) 返回 上電初始化 寫寄存器，設置操作 寫設置寄存器，自標定模式 監(jiān)視 DRDY 寫通訊寄存器并設置寄存器 從數(shù)據(jù)寄存器中讀取數(shù)據(jù) 是否為低電平 Y N 返回 開始 基于單片機控制的直流恒流源設計 31 圖 45 鍵盤子程序流程圖 閉環(huán)控制子程序設計 為了使 輸出的電流 值 可以更接近設定值，因此在軟件設計中加上了閉環(huán)控制子程序。這使得整個輸出的電流更為精確。閉環(huán)控制的程序流程圖如下，具體程序見附錄 6。 開始 ~ 輸出 0 小延時去抖動 ~ 1 ~ 是否全為 1 ~ 輸出 0，讀 ~ ~ 輸出 0，讀 ~ P0口的高 4 位和低 4 位相或得到鍵盤編碼 返回鍵盤編碼 Y N Y N 基于單片機控制的直流恒流源設計 32 圖 46 閉環(huán)子程序流程圖 本章小結 本章主要對本設 計的軟件程序總流程圖以及各個子程序流程圖 做了具體詳細的 說明 ， 子程序 主要有模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換 子程序 、 LED 顯示及鍵盤 子程序、以及閉環(huán)子程序，這將使得整個設計的精度 大為提高 。 開始 |設定值 — 顯示值 |＞ 3mA 設定值是否大于顯示值 補償值 =0 補償值 =補償值 +1 補償值 =補償值 1 顯示值 =顯示值 +補償值 N Y Y N 返回 基于單片機控制的直流恒流源設計 33 5 系統(tǒng)實驗測試 與分析 系統(tǒng)使用方法說明 該系統(tǒng)的使用方法為： （ 1）按下 +5V 電源、 +15V 電源、 15V 電源的按鈕 （ PCB 板上有標識） ； （ 2）看見 8 個數(shù)碼管亮起后（初始值為 0），可通過 14 個鍵盤進行輸入 操作 。每個鍵盤的功能均已在 PCB板上標注 ； （ 3） 數(shù)字鍵“ 0~9”是輸入數(shù)值 所 用 ，在輸入 4位數(shù)值時數(shù)碼管不顯示輸入值，如要設定 值 100mA 則輸入“ 0100” ； （ 4）步進鍵 “ +”、“ ”是在步進時使用 ，即對當前值進行加或減，此時設定值不改變，但會看到輸出值變化。 （ 5）功能鍵“清零” ，即對設定值進行清零操作； （ 6）功能鍵“確認” ，該鍵在輸入完 4 個數(shù)值后要使用， 只有按下該鍵設定值和顯示值才能通過數(shù)碼管正確顯示。 同時在使用完步進鍵后也要按“確認”鍵才能執(zhí)行操作 ，功能鍵“清零”亦是如此。 （ 7）使用完畢后再次按下 3個電源按鈕，使系統(tǒng)斷電。 對本系統(tǒng)分別做了空載試驗、帶載試驗和變載試驗，具體實驗數(shù)據(jù)見下一小節(jié)。實物電路如下圖所示。 詳見附錄 4。 圖 51 實物電路 基于單片機控制的直流恒流源設計 34 系統(tǒng)實驗測試數(shù)據(jù) 空載試驗 表 空載試驗表 序號 設定值（ mA） LED 顯示值（ mA） 萬用表實測值（ mA） 1 0 0 0 2 20 18 3 50 51 4 100 100 5 200 199 6 400 402 7 600 601 8 800 799 9 1000 998 10 1200 1198 1186 11 1400 1398 1383 12 1600 1596 1582 13 1800 1801 1789 14 2021 1995 1984 誤差分析： 平均絕對誤差： （ 1） 絕對誤差 2? =測量值 2xA 真 值 02A == （ 51） （ 2） 絕對誤差 3? =測量值 3xA 真 值 03A == （ 3） 絕對誤差 4? =測量值 4xA 真 值 04A == （ 4） 絕對誤差 5? =測量值 5xA 真 值 05A == （ 5） 絕對誤差 6? =測