【導(dǎo)讀】度、高穩(wěn)定性的直流恒流源。此外它也被廣泛的用于計(jì)量、測(cè)量等場(chǎng)合。恒流源常用的實(shí)現(xiàn)方法有晶體管、集成運(yùn)放、可調(diào)集成穩(wěn)壓模塊等。合可設(shè)計(jì)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(jì)和實(shí)用價(jià)值。換芯片完成輸出20mA～2021mA范圍內(nèi)步進(jìn)等級(jí)小于10mA的恒定電流。鍵盤(pán)輸入預(yù)置值以及實(shí)現(xiàn)步進(jìn)功能，通過(guò)LED數(shù)碼管顯示預(yù)置電流值和測(cè)量值?，F(xiàn)具有一定恒流精度的，可穩(wěn)定工作的恒流源設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 CLK OUT引腳 應(yīng)該 懸空。 但 無(wú)論采用哪一種時(shí)鐘 方式 ,它的頻率必須為 1MHz 或 。 （ 2） MCLK OUT : 當(dāng)芯片 的主時(shí)鐘信號(hào)由晶振提供時(shí) , 此引腳與 MCLK IN引腳及晶振 引腳相連。 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 24 （ 3） SCLK:串行時(shí)鐘 的 邏輯輸入 。 （ 4） ____CS :片選信號(hào) ,低 電平 有效 。 （ 5） _________RESET :復(fù)位端 ,低電平有效。 在低電平時(shí)芯 片內(nèi)的控制邏輯、接口邏輯、校準(zhǔn)系數(shù)、數(shù)字濾波器以及模擬調(diào)制器復(fù)位到上電狀態(tài) 。 （ 6） DIN : 寫(xiě)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(shè)定寄存器還是通訊寄存器 ,由 通訊寄存器中的寄存器設(shè)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(shè)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(gè)寄存器 ,則由 通訊寄存器中的寄存器設(shè)定位 決定 。 （ 8） AIN +： 片內(nèi)可編程增益放大器差動(dòng)模擬輸入的正端 。 （ 9） AIN : 片內(nèi)可編程增益放大器差動(dòng)模擬輸入的負(fù)端 。 （ 10） REF IN( + ):參考差動(dòng)輸入的正端 ,該引腳 電位必須大于 REF IN ( ) 。 （ 11） REF IN( ):參考差動(dòng)輸入的負(fù)端 ,該引腳電位 必須小于 REF IN ( + ) 。 （ 12） ________DRDY : 當(dāng)該引腳 為 低電平 時(shí)， 來(lái)自 AD7715 數(shù)據(jù)寄存器新的輸出字是 有效的。當(dāng)完成全部 16 位的讀操作時(shí) , 此引腳變成高電平。在輸出 的更新時(shí)間內(nèi) , 如果沒(méi)有數(shù)據(jù)被讀出 , 此引腳將持續(xù) 500 倍 Tclk in 時(shí)鐘周期 , 然后返回高電平。當(dāng) ________DRDY 為高 電平 時(shí) , 不能進(jìn)行讀操作 ,也就是說(shuō) 當(dāng)數(shù)據(jù)正在更新時(shí) , 不能 從數(shù)據(jù)寄存器中讀 出 數(shù)據(jù) 。 當(dāng)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(xiě) 時(shí)序圖如下： 圖 322 AD7715寫(xiě) 時(shí)序圖 AD7715的 讀 時(shí)序圖如下： 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 25 圖 323 AD7715 讀 時(shí)序圖 AD780 是 一款輸出 或 3V的超高精度帶隙基準(zhǔn)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(shè)計(jì) 由于輸出電流的最大值要達(dá)到 2A，設(shè)計(jì)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(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源。其中 +5V 的電源輸出電流達(dá)到 5A， +15V 的輸出電流達(dá)到 2A， 15V 的輸出電流達(dá)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(dá)到要求。 開(kāi)關(guān) 電源圖如下： 圖 325 開(kāi)關(guān)電源圖 PCB 電路板制作 在設(shè)計(jì) PCB電路板時(shí)，首先考慮 電磁干擾問(wèn)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(huì) 通過(guò)電源和信號(hào)線對(duì)相連的電路產(chǎn)生干擾，同時(shí)對(duì)周?chē)趩纹瑱C(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 26 環(huán)境產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射（輻射干擾）。 通常電子電路的 信號(hào)幅度較低，對(duì)噪聲比較敏感，抗干擾性差 ，可能會(huì) 影響電路性能 ， 甚至?xí)?電路無(wú)法工作。 但 可通過(guò)電源隔離、信號(hào)隔離、濾波等方式抑制。而輻射干擾， 則 只能通過(guò)合理的電路布局、走線以及屏蔽等措施來(lái) 減小 電磁干擾的影響。 其次考慮的是 大電流問(wèn)題。 由于本設(shè)計(jì)最大的輸出電流為 2A，大電流會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)燙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒斷導(dǎo)線，導(dǎo)致電路失效。所以在布線時(shí)，要合理計(jì)算導(dǎo)線寬度使之可以承受正常工作時(shí)的大電流。本設(shè)計(jì)中導(dǎo)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(wèn)題，通常應(yīng)為信號(hào)線的 3倍左右。對(duì)于 器件 散熱問(wèn)題則要 考慮 由于本身的開(kāi)關(guān)損耗和 管耗等因素影響，發(fā)熱會(huì)比較嚴(yán)重，需要采用 合理的 散熱 來(lái) 保證 元 器件連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間 的 正常工作。 通常 可加裝散熱片或散熱器來(lái)解決 該問(wèn)題 。 在本設(shè)計(jì)中就對(duì)容易發(fā)燙的大功率達(dá)林頓管 TIP122加裝了散熱片使其可以在 2A時(shí)也能正常工作。 最后是整個(gè)電路的布線問(wèn)題。布線時(shí)頂層和底層應(yīng)該走線互相垂直，避免兩層平行導(dǎo)線的出現(xiàn)。對(duì)于地線的連接通常是 一點(diǎn)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(gè)環(huán)再集中在一點(diǎn)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(lái)。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(huì)影響電路的正常工作了 [27,28]。 本設(shè)計(jì)的 總體 PCB圖 詳 見(jiàn)附錄 3。 本設(shè)計(jì)的 PCB實(shí)物圖如下所示： 圖 326 印制電路板正面 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 27 圖 327 印制電路板反面 本章小結(jié) 本章主要對(duì)本設(shè)計(jì)的各個(gè)硬件環(huán)節(jié)做了具體詳細(xì)的介紹，主要有單片機(jī)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(pán)電路。在最后還對(duì) PCB 板的設(shè)計(jì)制作 的注意點(diǎn) 進(jìn)行了說(shuō)明。 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 28 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)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(pán)所接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換及處理。 具體程序見(jiàn)附錄 6。 圖 41 主程序流程圖 開(kāi)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(rèn)” 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(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 29 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) DA 轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的 DA 轉(zhuǎn)換子程序 流程圖如下，通過(guò)主程序的調(diào)用使用該子程序。在編寫(xiě)時(shí)要注意發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)先發(fā)送高位，再發(fā)送低位 [29,30]。具體程序見(jiàn)附錄 6。 圖 42 DA 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的 AD 轉(zhuǎn)換子程序 流程圖如下 ，通過(guò)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(shí)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(jiàn)附錄 6。 開(kāi)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(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 30 圖 43 AD 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 顯示子程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的顯示子程序 流程圖如下，通過(guò)主程序的調(diào)用使用該子程序。具體程序見(jiàn)附錄 6。 圖 44 顯示子程序流程圖 鍵盤(pán)子程序 矩陣式鍵盤(pán)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(shè)計(jì)采用的是較為方便的反線法，鍵盤(pán)子程序的流程圖如下圖所示。具體程序見(jiàn)附錄 6。 開(kāi)始 上電芯片初始化 向芯片寫(xiě)入 8 字節(jié)數(shù)據(jù) 向芯片寫(xiě)入 16 字節(jié)數(shù)據(jù) 返回 上電初始化 寫(xiě)寄存器，設(shè)置操作 寫(xiě)設(shè)置寄存器，自標(biāo)定模式 監(jiān)視 DRDY 寫(xiě)通訊寄存器并設(shè)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(kāi)始 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 31 圖 45 鍵盤(pán)子程序流程圖 閉環(huán)控制子程序設(shè)計(jì) 為了使 輸出的電流 值 可以更接近設(shè)定值，因此在軟件設(shè)計(jì)中加上了閉環(huán)控制子程序。這使得整個(gè)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(jiàn)附錄 6。 開(kāi)始 ~ 輸出 0 小延時(shí)去抖動(dòng) ~ 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(pán)編碼 返回鍵盤(pán)編碼 Y N Y N 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 32 圖 46 閉環(huán)子程序流程圖 本章小結(jié) 本章主要對(duì)本設(shè) 計(jì)的軟件程序總流程圖以及各個(gè)子程序流程圖 做了具體詳細(xì)的 說(shuō)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(pán) 子程序、以及閉環(huán)子程序，這將使得整個(gè)設(shè)計(jì)的精度 大為提高 。 開(kāi)始 |設(shè)定值 — 顯示值 |＞ 3mA 設(shè)定值是否大于顯示值 補(bǔ)償值 =0 補(bǔ)償值 =補(bǔ)償值 +1 補(bǔ)償值 =補(bǔ)償值 1 顯示值 =顯示值 +補(bǔ)償值 N Y Y N 返回 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 33 5 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試 與分析 系統(tǒng)使用方法說(shuō)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(biāo)識(shí)） ； （ 2）看見(jiàn) 8 個(gè)數(shù)碼管亮起后（初始值為 0），可通過(guò) 14 個(gè)鍵盤(pán)進(jìn)行輸入 操作 。每個(gè)鍵盤(pán)的功能均已在 PCB板上標(biāo)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(shí)數(shù)碼管不顯示輸入值，如要設(shè)定 值 100mA 則輸入“ 0100” ； （ 4）步進(jìn)鍵 “ +”、“ ”是在步進(jìn)時(shí)使用 ，即對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行加或減，此時(shí)設(shè)定值不改變，但會(huì)看到輸出值變化。 （ 5）功能鍵“清零” ，即對(duì)設(shè)定值進(jìn)行清零操作； （ 6）功能鍵“確認(rèn)” ，該鍵在輸入完 4 個(gè)數(shù)值后要使用， 只有按下該鍵設(shè)定值和顯示值才能通過(guò)數(shù)碼管正確顯示。 同時(shí)在使用完步進(jìn)鍵后也要按“確認(rèn)”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(gè)電源按鈕，使系統(tǒng)斷電。 對(duì)本系統(tǒng)分別做了空載試驗(yàn)、帶載試驗(yàn)和變載試驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下一小節(jié)。實(shí)物電路如下圖所示。 詳見(jiàn)附錄 4。 圖 51 實(shí)物電路 基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì) 34 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù) 空載試驗(yàn) 表 空載試驗(yàn)表 序號(hào) 設(shè)定值（ mA） LED 顯示值（ mA） 萬(wàn)用表實(shí)測(cè)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(duì)誤差： （ 1） 絕對(duì)誤差 2? =測(cè)量值 2xA 真 值 02A == （ 51） （ 2） 絕對(duì)誤差 3? =測(cè)量值 3xA 真 值 03A == （ 3） 絕對(duì)誤差 4? =測(cè)量值 4xA 真 值 04A == （ 4） 絕對(duì)誤差 5? =測(cè)量值 5xA 真 值 05A == （ 5） 絕對(duì)誤差 6? =測(cè)