【正文】 源有較好的精度特性。電流值較大時，由于系統(tǒng)散熱性能不夠優(yōu)良導(dǎo)致 恒流源電源性能下降，引起誤差增大。 (2)輸出電流與給定值偏差 ， 如表 62 所示： 17 表 62 輸出電流與給定值偏差測試數(shù)據(jù) 給定值 實際值 偏差絕對值 給定值 *1%+10mA 15 23 31 39 46 54 53 62 70 78 93 101 109 187 195 203 210 1536 1624 測試結(jié)果分析：如表 62 所示，輸出電流滿足題目的誤差精度要求。 16 6 系統(tǒng)測試 數(shù)控恒流源實物圖 測試使 用的儀器 測試使用的儀器如表 61： 表 61 測試使用的儀器 序號 名稱 型號 數(shù)量 1 數(shù)字萬用表 DT9203A 1 2 40MHz 示波器 GOS620 1 3 滑線變阻器 BX 724 1 測試方法 測試方法：采用 4 位數(shù)字萬用表的電流檔測試輸出電流 IL，用 4 位數(shù)字萬用表的電壓檔測負載 RL 兩端的電壓值 VL，采用滑線變阻器和定值電阻相結(jié)合的方式設(shè)置負載電阻值。 合理布置接地系統(tǒng)中的數(shù)字地與模擬地，避免了數(shù)字信號對模擬信號的干擾。 硬件抗干擾設(shè)計 主電路和控制電路的電源由不同的穩(wěn)壓芯片 供電，消除了主電路對控制電路的電源干擾。輕則使電流輸出不穩(wěn)定，紋波電流增加，嚴重 時會導(dǎo)致整個系統(tǒng)工作不正常。按鍵掃描獲取鍵值后根據(jù)鍵值， 完成設(shè)定預(yù)置電流值，步進加減，并通過 LCD顯示輸出電流值。有效的保證了重要任務(wù)能及時被執(zhí)行。 對時間沒有實時要求的任務(wù)如按鍵掃描、液晶顯示，放在主循環(huán)中。 AT89C52 單片機擁有獨立的時基發(fā)生器，無需占用定時器。 4 軟件設(shè)計 軟件系統(tǒng)的任務(wù)主要有 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、步進加減、按鍵掃描、液 晶顯示。交流 20V 輸出電壓經(jīng)整流、濾波、 7812 穩(wěn)壓輸出 +12V 電壓，為運算放大器提供正工作電源，又通過 7912 輸出 12V 電壓，為運算放大器提供負工作電源。 為了防止恒流源電路中的較大電流 對控制部分產(chǎn)生干擾，將控制部分的電源和恒流源電路電源分成獨立的部分，分別由不同的穩(wěn)壓芯片 供電，電路如圖 所示： 13 +1~2~34U9整流橋123J3GND470uFC5470uFC6GNDIN1GND2OUT3U117812IN1GND2OUT3U127912IN1GND2OUT3U137905IN1GND2OUT3U147805D5D2 D3D4GND+12GNDVCCGND12GND5IN1GND2OUT3U157824+24D6+24GND 圖 自制電源原理圖 控制部分： 220V 電壓經(jīng)變壓器輸出兩組獨立的交流 12V 電源和一個交流 20V 電源。（即后面的讀忙子程序）。 操作時序： RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令碼 D0~D7 0 1 讀取輸出的 D0~D7 狀態(tài)字 1 0 寫入數(shù)據(jù) D0~D7 1 1 從 D0~D7 讀取數(shù)據(jù) 注：關(guān)于 E=H 脈沖 —— 開始時初始化 E 為 0，然后置 E 為 1，再清 0。 E 端為使能端，后面和時序聯(lián)系在一起。 以下具體闡述這三個管腳： RS 為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。 液晶顯示采用 1602 模塊，它共 16 個管腳，但是編程用到的主要管腳不過三個，分 12 別為： RS(數(shù)據(jù)命令選擇端 ),R/W（讀寫選擇端） ,E（使能信號） 。 按鍵包括下列功能： + ：電流上調(diào)；－ ：電流下調(diào)；通過按鍵預(yù)置電流值，確認后便可通過液晶顯示出預(yù)置電流值。為了滿足系統(tǒng)的精度及紋波要求，選用精密運算放大器 OP07C， OP07是高精度低失調(diào)電壓的精密運放集成電路 ,用于微弱信號的放大 ,如果使用雙電源能達到最好的放大效果。 運算放大器的輸出控制著 MOSFET的 VGS，因此運算放大器輸出的穩(wěn)定性將直接決定系統(tǒng)輸出電流的穩(wěn)定性。 設(shè)計中 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器的參考電壓都為 5V，電路中流過的電流最大值為 2022mA，因此正常情況下電阻阻值應(yīng)為 5000mV/2022mA= 。 恒流源電路 恒流源電路是系統(tǒng)的重要組成部，主要由高精度運算放大器， MOSFET，采樣電阻等組成，其電路原理圖如圖 ： 11 2+3476U7GNDOUT1+12122+3476U5OP07+12121KR3C2B3E1Q1NPNQ2R4GND10KR512J2SHUCHU+24VIN+2+3476U6OP07+12121KR11C2B3E1Q3NPNQ4R12GND 圖 恒流源電路 根據(jù)運放特性可得： S inVV? MOSFET的電流 ： DsII? /s s sI V R? /OUT D s sI I V R?? D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的控制電壓加在運算放大器正輸入端，控制負載中流過的電流。然而這只是理想情況，實際電路由于種種原因，實際輸 出電流不會完全等于理論計算值，此時電流反饋控制起了關(guān)鍵作用。步進減 8mA同理。即 D/A 轉(zhuǎn)換器數(shù)字輸入量每增加數(shù)值 1，恒流源輸出電流增加 4mA。D/A 轉(zhuǎn)換電路主要負責(zé)把單片機輸出的控制信號送給高精度運算放大器，控制電流源輸出電流大小，具體電路如圖 ： CSWR1GNDD13D12D11D10VrefRfbGND OUT1OUT2D17D16D15D14XFERWR2ILEVCCU3DAC0832VCCGNDP32GNDGND5P20P21P22P23P24P25P26P27GNDOUT1 圖 D/A 接口電路 設(shè) D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓為 REFV ，按鈕輸入數(shù)字量為 D， D/A轉(zhuǎn)換輸出的模擬電壓為 256DOUT REFVV? 選擇參考電壓 REFV =5V，采樣電阻 SR? 5 。同時， A/D 采樣回來的電流經(jīng)過單片機處理傳送到 LCD，可以顯示當前的實際電流值 ,轉(zhuǎn)換電路如圖 ： CSRDWRCLKINTRVIN(+)VIN()AGNDVref/2DGND DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0CLKRVCCADC0804U4ADC0804P34P33R7C4GNDGNDVIN+R8 R9VCCVCCP10P11P12P13P14P15P16P17GND 圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 10 D/A 接口電路 D/A 轉(zhuǎn)換采用 8 位分辨率的 DAC0832 構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路。 ADC0804轉(zhuǎn)換器將采樣電阻上的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給單片機，單片機將此反饋信號與預(yù)置值比較，根據(jù)兩者間的差值調(diào)整輸出信號大小。工作電壓： 5V。模擬輸入電壓范圍： 0V～ 5V 。 總誤差： 1～ +1 。存取時間： 135 ms 。 ADC0804 為一只具有 20 引腳 8 位CMOS 連續(xù)近似的 A/D 轉(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下： 高阻抗狀態(tài)輸出 。功能強大的 AT89C52 單片機適合于多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 基于上述方案比較和題目的要 求，采用了方案三。這樣就形成了反饋調(diào)節(jié)，提高輸出電流的精度。實際輸出的電流再通過采樣電阻采樣變成電壓信號， A/D 轉(zhuǎn)換后將信號反饋到單片機中。 2+3476U7GNDOUT1+12122+3476U5OP07+12121KR3C2B3E1Q1NPNQ2R4GND10KR512J2SHUCHU+24VIN+2+3476U6OP07+12121KR11C2B3E1Q3NPNQ4R12GND 圖 恒流源電路 8 該電流源電路可以結(jié)合單片機構(gòu)成數(shù)控電流源。 方案三： 單片機控制電流源 該方案恒流源電路由 N溝道的 MOSFET、高精度運算放大器、采樣電阻等組成，其電路原理圖如圖 所示。當 wR 較小即輸出電流較大時，可以忽略 qI ，當負載電阻 LR 變化時， MC7805 改變自身壓差來維持通過負載的電流不變。 方案二： 采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的 開關(guān)恒流源 系統(tǒng)電路構(gòu)成如圖 所示。因此采用開關(guān)電源的恒流源具有效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點。 圖 采用開關(guān)電源的恒流源 優(yōu)點：開關(guān)電源的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，功率損耗小，效率高。 BG1關(guān)斷后，儲能元件 L E EE4 保證負載上的電壓不變。 6 方案論證與比較 方案一：采用開關(guān)電源的恒流源 采用開關(guān)電源的恒流源電路如圖 所示。設(shè)計采用 MOSFET 和精密運算放大器構(gòu)成恒流源的主體，配以高精度采樣電阻及 8 位 D/A、 A/D轉(zhuǎn)換器，完成了單片機對輸出電流的實時檢測和實時控制，實現(xiàn)了 0mA～ 2022mA 范圍內(nèi)步進小于 10mA 恒定電流輸出的功能，具有較高的精度與穩(wěn)定性。但還需要通過實驗作進一步深入的研究，這對于恒流源的發(fā)展具有相當現(xiàn)實的意義。 恒流源在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)及科研生產(chǎn)的應(yīng)用中正朝著體積小、精度高、 穩(wěn)定性好、使用靈活的方向發(fā)展。目前市面上較成熟的恒流源輸出要么在 mA 量級要么在百安培量級，不能滿足所有輸出段位的要求。另外，提出了對雙向恒流源電路的全數(shù)字控制方案。蓄電池放電時采用 降壓型電路拓撲，可使負載端電流迅速增大，有很快的動態(tài)響應(yīng)，從而滿足低壓大電流用電設(shè)備的要求。 針對蓄電池系統(tǒng)在使用過程中的功率變換問題，提出了一種新穎的雙向變換拓撲。該拓撲不僅實現(xiàn)了雙向電路的恒流控制，而且解決了雙向拓撲中對不同大小電流的采樣問題。另外，通過對控制軟件的編程，可以很方便的實現(xiàn)電路功能。當電網(wǎng)正常工作時，直流母線通過 DC/DC變換器將電能儲存在蓄電池中，而當蓄電池作為通訊系統(tǒng)的后備電源時，由于后端的用電設(shè)備多以低壓大電流工作，因此要求蓄電池能夠提供一個大而穩(wěn)定的工作電流。然而，在蓄電池的使用中需要一個雙向DC/DC 變換器來進行直流功率的變換?？傮w來說，國內(nèi)直流恒流源技術(shù)在實現(xiàn)智能化等方面相對落后，面對激烈的國際競爭，是個嚴重的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)在這兩方面研究多的是成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)，主要是利用單片機和可編程系統(tǒng)器件（ PSD）來控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓單元達到數(shù)控的目的，但和國外的比較起來，效果不是很理想，還有很大的差距。目前國內(nèi)還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究 或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。在各種恒流源電路中，集成電路恒流源的性能堪稱最佳。長期 4 以來采用分立元件組裝的各種恒流源，現(xiàn)在可以集成在一片很小的硅片上。但晶體管恒流源的電流穩(wěn)定度一般不會太高，很難達到 %min,且最大輸出電流也不過幾安培，它適用于那些對穩(wěn)定度要求不太高的場合。 晶體管恒流源電路可封裝在同一外殼內(nèi)，成為一個具有恒流功能的獨立器件，用它可構(gòu)成直流調(diào)整型恒流源。由于電子管是高壓小電流器件，因此用簡單的晶體管電路難于獲得高壓小電流恒流源，用電子管電路卻容易實現(xiàn)，并且性能相當好。當時采用的電真空器件是鎮(zhèn)流管，由于鎮(zhèn)流管有穩(wěn)定電流的功能，所以多用于交流電路，常被用來穩(wěn)定電子管的燈絲電流。 除此之外，線性掃描鋸齒波的獲得，有線通信遠供電源，電泳、電解、電鍍等化學(xué)加工裝置電源，電子束加工機、離子注入機等電子光學(xué)設(shè)備中的供電電源也都必須應(yīng)用恒流源。恒流源還被廣泛用于測量電路中，例如電阻器阻值的測量和分級，電纜電阻的測量等，且電流越穩(wěn)定，測量就越準確。例如在用通常的沖電器對蓄電池沖電時，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，沖電電流就會相應(yīng)減少。人機接口采用步進按鈕及 LCD 液晶顯示器，控制界面直觀、簡潔，具有良好的人機交互性 能。 1 數(shù)控恒流源設(shè)計 摘 要 本文論述了以 AT89C52 單片機為控制核心，實現(xiàn)數(shù)控直流電流源功能的方案。 河西學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師評審表 ..