【正文】 器存儲(chǔ)容量有限，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)編碼開關(guān)不穩(wěn)定，所以不宜采用。該電路原理框圖如圖 所示 : 經(jīng)過多年的發(fā)展，傳統(tǒng)電流源的電流控制電路 已經(jīng) 相當(dāng)成熟，在用 D/A 替代了電位器以后，其性能 有很大的提高。不同的是數(shù)控電流源是由單片機(jī)控制的 D/A 提供參考電壓，取代了傳統(tǒng) 電流 源 的電位器，使得 不論是在控制精度還是使用壽命上都有很大的提高。 在可控升級(jí) 方面?zhèn)鹘y(tǒng)的電流源方案電路一旦確定可更改的余地較小，可升級(jí)性能差。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于單片機(jī)的數(shù)控電流源的設(shè)計(jì) 2 2 數(shù)控電流源硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)電流源 的設(shè)計(jì)方案 電源作為常用的實(shí)驗(yàn)儀器，在電子領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的電流源的控制部分一般采用模擬電路，即用電位器對(duì)基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行分壓，再進(jìn)行電壓－電流轉(zhuǎn)化，其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，該電路原理框圖如 圖 : 圖 Figure traditional current supply plan 從框圖我們不難發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的電流源方案存在著非常明顯的缺點(diǎn)，首先，輸出電流無法精確掌握。 數(shù)控電流源的可行性 由于單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和 D/A， A/D 元件的普及使得數(shù)控電源成為可能， 數(shù)控電源不論是在控制精度還是在可操作性上都有傳統(tǒng)電源無法比擬的優(yōu)勢(shì)，由于單片機(jī)的平民化，使得數(shù) 控電源與傳統(tǒng)電源的成本日益接近。從可操作性來看傳統(tǒng)電流原電位器上的刻度有限，不可能非常精細(xì)，僅僅靠電 位器的幾個(gè)刻度對(duì)操作者的技巧要求比較高，同時(shí)誤差也比較大。 隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步對(duì)電子儀器的要求不斷提高，電源作為電路的動(dòng)力源泉更是扮演著越來越重要的角色，不論是學(xué)校實(shí)驗(yàn)室還是維修中心都離不開實(shí)驗(yàn)電源，然而傳統(tǒng)的 電源不論是在控制精度還是輸出特性上都無法滿足要求。一般希望 Ro→∞。形象地說， 電流 負(fù) 反饋電路則是采樣輸出電流，計(jì)算誤差，據(jù)此調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，使輸出電流穩(wěn)定，因而，輸出特性接近恒流源。通過時(shí)刻“檢查”控制對(duì)象的狀態(tài)，并進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于實(shí)際電路，當(dāng) R 大到一定程度，電壓輸出能力就會(huì)不夠，輸出電流必然下降，不再恒定。如果 R→ ∞ ，那么 V→ ∞ 。即負(fù)載需要多大電壓，恒流源就必須輸出多大電壓，“無條件”予以滿足。吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于單片機(jī)的數(shù)控電流源的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 電流源簡(jiǎn)介 所謂恒流源就是輸出 電流 極其穩(wěn)定 不隨負(fù)載變化。為了保證電流不變，輸出電壓必須始終符合 V=I*R。從外部看，就是 Ro=∞ 。所以理想恒流源都不允許輸出開路。 在一般恒 流電路中大多采 用 電流負(fù)反饋來恒定電流 負(fù) 反饋的作用就是“使之穩(wěn)定”。發(fā)現(xiàn)小了，就設(shè)法使之增大，發(fā)現(xiàn)大了，就設(shè)法使 之減小。衡量“接近”程度的指標(biāo)就是輸出電阻 R遠(yuǎn)大于零 。（只能接近，不可能完全達(dá)到） 數(shù)控電流源的必要性 作為常用的電子儀器在學(xué)校和研發(fā)和 檢測(cè)部門都有 著 相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，特別在電路原理實(shí) 驗(yàn)和電子元件老化測(cè)試中都離不開電流源。 首先從精度上來看傳統(tǒng)電流源的 調(diào)整大多采用旋轉(zhuǎn)電位器的方式 ，在調(diào)整時(shí)電流值主要從電位器的刻度讀出，容易產(chǎn)生讀數(shù)誤差。 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電源 急 待改進(jìn)電源。另外， SMT 技術(shù)也是飛速發(fā)展，使得 數(shù)控電源體積和重量都 大大減小，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ) 。早期的電流源輸出電流僅僅靠標(biāo)在電位器或者指針表的讀數(shù)讀出，不僅讀取很不方便 .度數(shù)誤差比較大 ,從實(shí)用的角度考慮 ,現(xiàn)在有些模擬電流源也使用了數(shù)字電流表作為電流顯示 ,提高了其精確性 .但是在可操作性方面依然存在一定的不足 . 另外用電位器產(chǎn)生參考電位的方法是不恰當(dāng)?shù)?,在 電子元件中電位器是最容易產(chǎn)生 噪聲的 ,對(duì)干擾也最為敏感 ,而且在使用一段時(shí)間以后 ,電位器作為機(jī)械元件 會(huì)出現(xiàn)磨損的情況 ,此時(shí)該電流源的輸出電流將變得不穩(wěn)定 ,噪聲大幅度提高 ,如不更換電位器該電流源將無法正常使用。幾乎不存在什么升級(jí)的可能 數(shù)控電流源方案 隨著單片機(jī)的日益成熟，其穩(wěn)定性不斷提高 ，價(jià)格不斷下降使得數(shù)控電流源成為可能，從原理圖來看，數(shù)控電流源和 傳統(tǒng)電流源相似。另外單片機(jī)具有可編程性，可以進(jìn)行更為復(fù)雜的控制，如輸出特定的波形，和電腦通訊，實(shí)現(xiàn)智能化控制等，這些功能都是傳統(tǒng)電流源難于實(shí)現(xiàn)的。 電流表 電壓 /電流變換 放大電路 基準(zhǔn)電壓源 電 位 器 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于單片機(jī)的數(shù)控電流源的設(shè)計(jì) 3 圖 數(shù)控電流源原理圖 Figure numerical control current supply schematic diagram 數(shù)控 電流源的方案比較 方案一：通過編碼開關(guān)來控制存儲(chǔ)器的地址；根據(jù)地址輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字量送數(shù)模（ D/A）進(jìn)行轉(zhuǎn)換；再根據(jù)輸出的電壓量來控制電流的變化；同時(shí)；通過四個(gè)編碼開關(guān)的BCD 碼送給 4511及數(shù)碼管顯示。其電路方框圖 [ 1 ]如圖 所示： 圖 方案一方框圖 Figure a plan block diagram 方案 二 ： 采用以 89C52 為核心的單片機(jī)系統(tǒng) 來控制 D/A 的數(shù)據(jù)的輸入并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出 同時(shí)單片機(jī) 把輸入的預(yù)值電流送數(shù)碼管顯示， 再改變輸出的電壓量來控制電流的變化，此方案的優(yōu)點(diǎn)是成本低，電路簡(jiǎn)單，可升級(jí)性強(qiáng)。 其電路方框圖如圖 所示： D/A變換 緩沖 電壓 /電流變換 放大電路 A/D 變換 MCU 鍵盤 LED 顯示器 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于單片機(jī)的數(shù)控電流源的設(shè)計(jì) 4 圖 方案二方框圖 Figure plan two block diagrams 電流源的 軟件 系統(tǒng)組成 相對(duì)來說本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)較 為簡(jiǎn)單，主流程圖 如 圖 [ 2 ]所示 開始發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)初始化讀鍵盤 延時(shí)再讀鍵盤相同嗎？鍵盤處理修改緩沖區(qū)發(fā)送 5 9 5 數(shù)據(jù)更新信號(hào)是否 圖 軟件主流程圖 Figure 2． 5 software main flow chart 本系統(tǒng)的特點(diǎn) 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 充分考慮 了 系統(tǒng)的性價(jià)比，在電源模塊采用了有源慮波，并且使用兩個(gè) 8 位 D/A 來提高其分辨率，使得系統(tǒng)可以輸出五萬多個(gè)電流值，通過軟件修正后可以非常準(zhǔn)確的輸出相應(yīng)電流值，較以往的數(shù)控電流源大大提高。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于單片機(jī)的數(shù)控電流源的設(shè)計(jì) 5 3 數(shù)控電流源 硬件模塊設(shè)計(jì) 電源模塊 電源原理 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖 [ 4 ] 圖 電源方框 及波形圖 Figure power source square and oscillogram a 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓 U2變換成脈動(dòng)電壓 U3。 b 穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓 U4受負(fù)載、輸入電壓和溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓 U5。 5V +5V +21V。由于要求輸出的電流最大值為 2021mA，而且取樣電阻為 1歐所以要求 AD0832 輸出的電 壓至少為 2伏，通過計(jì)算 5伏的電壓足夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。 由于為了保證電路的性能采用線性穩(wěn)壓、濾波方式，從電路的可靠性以及性價(jià)比考慮采用標(biāo)準(zhǔn)的 7812擴(kuò)流輸出方案。 方案二：采用開關(guān)恒流方式進(jìn)行電流控制，由于功率管只工作于打開或者關(guān)閉狀態(tài) ，功率管損耗較低。 結(jié)論： 作為試驗(yàn)儀器，在一般情況 下對(duì)儀器的體積要求相對(duì)小于對(duì)儀器性能的要求，而 “干凈” 的電源對(duì)于電流源來說非常重要，所以在設(shè)計(jì)中采用線性電流源方案，并在其基礎(chǔ)上加入有源慮波，使得電源更為“干凈” 所以采用方案二。由于要求輸出的電流最大 值為 2021mA，而且取樣電阻為 1歐所以要求 AD0832輸出的電壓至少為 2伏，通過計(jì)算 5伏的電壓足夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。 U2L A M PTD4C10 .1 uC42 2 0 0 uC30 .1 uC22 2 0 0 uV i n1GND2V o u t 3U47 8 1 2C90 .1 uC 1 02 2 0 0 uV i n2GND1V o u t 3U57 9 0 XU3T R A N SC60 .1 uC82 2 0 0 uV i n1GND2V o u t 3U67 8 0 5C 1 10 .1 uC 1 22 2 0 0 u+55Q1N P NC5 0 .1 uC72 2 0 0 u 圖 電源原理圖 Figure power source schematic diagram 顯示模塊 74LS595為串行輸入并行輸出的移位寄存器，可以作為靜態(tài)顯示器接口，接在 89C52的串行口上用于數(shù)碼的顯示 。 1234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpD S 5G R E E N C CSER14SRCLK11SRCLR10RCLK12E13O015O11O22O33O44O55O66O77Q79U27 4L S 5 95R 2 9100R 3 01001234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpD S 6G R E E N C CR 3 1100R 3 2100SER14SRCLK11SRCLR10RCLK12E13O015O11O22O33O44O55O66O77Q79U37 4L S 5 95R 3 3100R 3 4100R 3 51001234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpD S 7G R E E N C CSER14SRCLK11SRCLR10RCLK12E13O015O11O22O33O44O55O66O77Q79U47 4L S 5 95R 4 2100R 4 3100R 4 1100R 4 4100R 4 0100R 3 9100R 4 5100R 3 8100R 3 7100R 4 6100R 3 6100R 4 7100R 4 8100R 4 9100R 5 0100R 5 1100R 5 2100R 5 3100R 5 41001234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpD S 8G R E E N C CR 5 5100SER14SRCLK11SRCLR10RCLK12E13O015O11O22O33O44O55O66O77Q79U57 4L S 5 95R 5 6100+51234J14J 圖 Figure prevalue numerical code display module schematic diagram 實(shí)際電流顯示 利用 CC7107A/D 轉(zhuǎn)換器組裝成 位數(shù)字電壓表 , 該電路為CC7107,LED 和若干無源元件