【正文】 。 論文的總體結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)以直流穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源為核心 ,結(jié)合單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對輸出電流的控制。另外，根據(jù)要求電源還應(yīng)該可以通過按鍵選擇一些特殊的功能。實(shí)現(xiàn)的途徑很多，可以用的模擬輸出控制電源的基準(zhǔn)電壓或分壓電阻，或者用其它更有 效的方法，因此如何選擇簡單有效的方法是本課題需要解決的首要問題?？傮w來說，國內(nèi)直流恒流源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對落后，面對激烈的國際競爭，是個嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)在這兩方面研究比較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(jī)和可編程系統(tǒng)器件來控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓單元達(dá)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。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在我國，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)年代中期開始形成，到了年代以來，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時期。集成電路恒流源不僅減小了 體積和重量，簡化了設(shè)計(jì)和調(diào)試步驟，而且提高了穩(wěn)定性和可靠性。 集成電路恒流源的出現(xiàn)和種類 到了年代，半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展，使得恒流源的研制進(jìn)入了一個新的階段。但晶體管恒流源的電流穩(wěn)定度一般不會太高，很難達(dá)到，且最大輸出電流也不過幾安培。 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(dú)立器件，用它可構(gòu)成直接調(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的高壓小電流恒流源，用電子管電路卻容易實(shí)現(xiàn)，并且性能相當(dāng)好。當(dāng)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(yuǎn)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(jī)、離子注入機(jī)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。當(dāng)燈絲從冷到熱變化時，通過燈絲的電流保持穩(wěn)定。這樣大的沖擊電流容易使燈絲壽命縮短。采用恒流源充電，就可以不必調(diào)整，即使從充電裝置中加入或移去部分蓄電池也不影響正常充電，從而使勞動強(qiáng)度降低，生產(chǎn)效率提高。同時，在現(xiàn)代機(jī)場助航調(diào)光系統(tǒng)中也極為需要交流恒流源。長延時熱脫扣試驗(yàn)是每一臺低壓電器出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)的必做項(xiàng)目，檢驗(yàn)的目的是考核產(chǎn)品的熱效應(yīng)，電流與熱量之間是平方關(guān)系，為保證溫升檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，測試正弦電流必須穩(wěn)定、精確。 在長延時熱脫扣試驗(yàn)中的應(yīng)用 恒流源在照明電器的調(diào)光、電加熱設(shè)備的調(diào)溫、熱 繼電器、斷路器、熔斷器、蓄電池性能的測定等中有廣泛的應(yīng)用。如果磁場不穩(wěn)定，則磁場強(qiáng)度也不穩(wěn)定，從而使電子在焦點(diǎn)以外的磁場再次聚焦，甚至多次聚焦，而多次聚焦會使成像質(zhì)量變壞。 眾所周知，在電子顯微鏡中焦距越小，放大倍數(shù)越大。因此，凡是要求磁場十分穩(wěn)定的裝置，就必須采用恒流源供電。如果采用穩(wěn)壓電源，由于電磁鐵線圈工作時發(fā)熱等原因會使其阻值改變，因而供電電流變化，導(dǎo)致磁場不穩(wěn)定。 現(xiàn)代大型儀器中穩(wěn)定磁場的產(chǎn)生 在許多醫(yī)療診斷儀器中，如斷層掃描儀和超導(dǎo)磁源成像儀中的磁場均要求很穩(wěn)定。 在傳感器中的應(yīng)用 目前，在科技和生產(chǎn)部門廣泛應(yīng)用的各類物性型敏感器件，如熱敏、力敏、光敏、磁敏、濕敏等傳感器，常常采用恒流源供電。例如，用光電導(dǎo)衰退法測量材料的少數(shù)載流子壽命，用半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)測量材料的電導(dǎo)率、遷移率和載流子濃度等，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電阻率對溫度、光照極為敏感，若采用穩(wěn)壓電源，當(dāng)電阻率改變時，測試電流也會變化，從而影響被測材料的參數(shù)值。不僅提高了測試效率，延長了儀表的使用壽命，而且限制了反向電流，不致?lián)p壞被測晶體管。 在半導(dǎo)體器件性能測試中的應(yīng)用 半導(dǎo)體器件參數(shù)的測量常常用到恒流源。因此，采用恒流源供電更為合理。各種標(biāo)準(zhǔn)燈如光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈等的冷態(tài)電阻接近于零，在使用時為防止電流沖擊，一般通過調(diào)壓器或限流電阻逐步加大電流至額定值，既不方便，又不安全。因此，在燈管上加以恒定電壓時， 它是不穩(wěn)定的，其電流值可能增大到使燈管損壞。 各種輝光放電光源：如光譜儀中的氫燈、氖燈，一旦被點(diǎn)燃，管內(nèi)稀薄氣體訊速電離。 在某些精密測量領(lǐng)域中，恒流源充當(dāng)著不可替代的角色。校驗(yàn)時，將待校的電流表與標(biāo)準(zhǔn)電流表串接于恒流源電路中，調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流大小至被校表的滿度值和零度值，檢查各電流表指示是否正確。因此，如果直流電源不僅具有良好的輸出質(zhì)量而且還具有多功能以及一定的智能化，以精確的微機(jī)控制取代不精確的人為操作，在實(shí)驗(yàn)開始之前就對一些參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，這將會給各個領(lǐng)域中的實(shí)驗(yàn)研究帶來不同程度的便捷與高效。 該系統(tǒng)已基本達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有功能強(qiáng)、性能可靠、體積小、電路簡單的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于需要高穩(wěn)定 度的小功率恒流源的領(lǐng)域。人機(jī)接口采用 44鍵盤及 LED 數(shù)碼管顯示器，控制界面直觀、簡潔，具有良好的人機(jī)交互性能。 本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的數(shù)控直流恒 流源。它既可以為各種放大電路提供偏流以穩(wěn)定其靜態(tài)工作點(diǎn) ,又可以作為其有源負(fù)載 ,以提高放大倍數(shù) 。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論 文 ) 基于單片機(jī)的恒流電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系 別 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 060406 姓 名 指導(dǎo)教師 年 月 日摘 要 恒流源 ,是一種能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源。恒流源的應(yīng)用范圍非常廣泛 ,并且在許多情況下是必不可少的。 并且在差動放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中得到了廣泛應(yīng)用。該恒流源以 AT89S52 為控制核心，采用了高共模抑制比低溫漂的運(yùn)算放大器 OP07 和達(dá)林頓管 TIP122 構(gòu)成恒流源的主體，配以高精度采樣電阻及 12 位 D/A 芯片 MAX53 16 位 A/D 芯片 AD7715，完成了單片機(jī)對輸出電流的實(shí)時檢測和實(shí)時控制。在軟件設(shè)計(jì)上采用增量式 PID 控制算法，即數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量。 關(guān)鍵詞 ：恒流源； PID 控制算法；數(shù)字控制；單片機(jī) ABSTRACT The constant current, is one kind can provide the constant current to the load the power source. Therefore the constant current application scope is widespread, and in many situations is essential. It both may provide the bias for each kind of amplifying circuit by to stabilize its static operating point, and may take its active load, enhances the enlargement factor. And in the differential motion amplifying circuit, the pulse produced in the electric circuit to obtain the widespread application. In the paper we designed a DC constantcurrent power controlled based on SCM. The system adopt AT89S52 as hard core and the main circuit of constantcurrent source consist of darlington device TIP122 and operational amplifier OP07 which has high CMRR(Common Mode Rejection Ratio) and low temperature shift. Moreover, we adopt 12 bit D/A chip MAX532 and 16 bit A/D chip AD7715 to realize a realtime test and control to the current output controlled based on SCM. The display interface with 4 4 keyboard technique and LED enables operator to read the screen more intuitively. This paper adopt incremental PID control algorithm in software design， namely the output of digital controller is just the increment of controlled variable. Incremental control is a little improvement at algorithm. However, it has some advantage as follows: first, accumulating is not needed in equation, the decision of increment is just involved in last three sampling values and it can obtain good controlled effect with weighted processing. Next, the puter output only controlled increment every time, namely the variable value of position corresponding operator. So the range of influence is small and it will not affect the production process when the machine get out of order. This system armed prehensive functionalities in the following aspects:power suit, high credibility, simple circuit design. It can be used flexibly in the domain which in a demand of highstable constantcurrent source with small power. Keywords: Constantcurrent source； PID control arithmetic； Digitalcontrol； SCM 第一章 緒論 眾所周知，許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)都離不開電源，并且在這些實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會對通電時間、電壓高低、電流大小以及動態(tài)指標(biāo)有著特殊的要求，然而目前實(shí)驗(yàn)所用的直流電源大多輸出精度和穩(wěn)定性不高；在測量上，傳統(tǒng)的電源一般采用指針式或數(shù)碼管來顯示電壓或電流，搭配電位器來調(diào)整所要的電壓及電流輸出值：使用上若要調(diào)整精確的電壓或者電流輸出，須搭配精確的顯示儀表監(jiān)測，又因電位器的阻值特性非線性， 在調(diào)整時，需要花費(fèi)一定的時間，況且還要當(dāng)心漂移，使用起來非常不方便。 恒流源的應(yīng)用 在計(jì)量領(lǐng)域中的應(yīng)用 電流表的校驗(yàn)宜用恒流源。 在廣泛應(yīng)用的系列自動化儀表 中，為避免傳輸線阻抗對電壓信號的影響，其現(xiàn)場傳輸信號均以恒流給定器提供的適用于系列自動化儀表或適用于系列自動化儀表直流電流作為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，便于對各種信號進(jìn)行變換和運(yùn)算，并使電氣、數(shù)模之間的轉(zhuǎn)換均能統(tǒng)一規(guī)定，有利于與氣動儀表、數(shù)字儀表的配合使用。如給電橋供電、用電流電壓法測電阻值等。由于離化過程的不穩(wěn)定性并恒有增加的傾向，放電管中的電流將隨之上升。為了穩(wěn)定放電電流，從而穩(wěn)定燈管的工作狀態(tài)，最好采用恒流源供電。特別是，使用這些標(biāo)準(zhǔn)燈時，必須控制通過燈絲的額定電流不變，否則燈絲內(nèi)阻的變化將影響燈的發(fā)光穩(wěn)定性。 在電位差計(jì)中如果使用恒流源則可免去校正工作電流這一環(huán)節(jié)。例 如，測量晶體管的反向擊穿電壓時，若預(yù)先將恒流源調(diào)至測試條件要求的電流值，則對不同擊穿電壓的晶體管無須調(diào)整就可由電表或圖示儀表直接讀出擊穿電壓的數(shù)值。 半導(dǎo)體器件參數(shù)的測量也必須采用恒流源。為了保持測試電流不變 ，只有采用恒流源供電。這不僅因?yàn)樵S多敏感器件是用半導(dǎo)體材料制成的，還因?yàn)檫@樣可以避免連接傳感器的導(dǎo)線電阻和接觸電阻等的影響。否則會造成嚴(yán)重的測量誤差。 如果采用恒流源供電就能克服上述缺點(diǎn)。所以，在核物理實(shí)驗(yàn)裝置中，如粒子加速器、質(zhì)譜儀、β譜儀以及云霧室，都必須采用恒流源供電。為了提高放大倍數(shù)，就必須使焦距縮短，而焦距與磁場強(qiáng)度有關(guān)。因此，必須采用恒流源供電。如斷路器、熱繼電器、熔斷器等低壓電器廣泛的應(yīng)用于輸、配電網(wǎng)絡(luò)斷路器一般都有過流、短路、過載保護(hù)功能，保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)過程為檢測元件實(shí)時監(jiān)測電壓、電流，如果超過預(yù)設(shè)閥值，斷路器的脫扣器動作、觸點(diǎn)分開、分?jǐn)嚯娏?。根?jù)國家標(biāo)準(zhǔn)一要求，長延時熱脫扣試驗(yàn)的電流誤差不大于士，如果通過變壓器直接對斷 路器施加一個測試電壓，在測試過程中，由于電網(wǎng)電壓的波動、載流回路中引線電阻變化、負(fù)載本身電阻變化，測試電流隨之變動，將不能滿足國標(biāo)要求，所以需要交流恒流源為其提供恒定的交流電流。 在其