數(shù)控恒流源的設(shè)計與制作畢業(yè)論文

1、<p>　　編號 </p><p>　　題 目： 數(shù)控恒流源的設(shè)計與制作 </p><p>　　學 院： 物理與機電工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學與技術(shù) </p><p>　　作者姓名：

2、 </p><p>　　指導教師： 職稱： </p><p>　　完成日期： 2013 年 月 日</p><p><b>　　二〇一三年六月</b></p><p><b>　　目 錄</b>

3、</p><p>　　河西學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明1</p><p>　　河西學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1 緒 論3</

4、b></p><p>　　1.1恒流源的意義及研究價值3</p><p>　　1.2恒流源的發(fā)展歷程3</p><p>　　1.2.1 電真空器件恒流源的誕生3</p><p>　　1.2.2 晶體管恒流源的產(chǎn)生和分類3</p><p>　　1.2.3 集成電路恒流源的出現(xiàn)和種類3</p>

5、<p>　　1.3數(shù)控恒流源的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢4</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計5</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計要求5</b></p><p>　　2.1.1 題目要求5</p><p>　　2.2 總體設(shè)計方案5</p><p

6、>　　2.2.1 設(shè)計思路5</p><p>　　2.2.2 方案論證與比較5</p><p>　　2.2.3 系統(tǒng)組成8</p><p>　　3 單元電路設(shè)計8</p><p>　　3.1 單片機控制電路8</p><p>　　3.2 A/D接口電路9</p><p>　　3

7、.3 D/A接口電路10</p><p>　　3.4 恒流源電路10</p><p>　　3.5 LCD顯示電路11</p><p>　　3.6 系統(tǒng)電源電路12</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計13</b></p><p><b>　　4.1主程序13</b&

8、gt;</p><p>　　4.2時基中斷服務(wù)子程序14</p><p>　　4.3 A/D轉(zhuǎn)換程序15</p><p>　　5 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計15</p><p>　　5.1 硬件抗干擾設(shè)計15</p><p>　　5.2 軟件抗干擾設(shè)計15</p><p><b>　　

9、6 系統(tǒng)測試16</b></p><p>　　6.1 數(shù)控恒流源實物圖16</p><p>　　6.2 測試使用的儀器16</p><p>　　6.3 測試方法16</p><p>　　6.4 測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析16</p><p><b>　　7 結(jié)束語19</b><

10、;/p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　致 謝21</b></p><p><b>　　附 錄22</b></p><p>　　河西學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目審批表錯誤!未定義書簽。</p><p>　　河西

11、學院物理與機電工程學院指導教師指導畢業(yè)論文情況登記表錯誤!未定義書簽。</p><p>　　河西學院畢業(yè)論文（設(shè)計）指導教師評審表錯誤!未定義書簽。</p><p>　　河西學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯記錄表錯誤!未定義書簽。</p><p>　　河西學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的本科畢

12、業(yè)論文（設(shè)計），是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。</p><p><b>　　作者簽名：</b></p><p><b>　

13、　二O一三年六月八日</b></p><p><b>　　數(shù)控恒流源設(shè)計</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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。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

14、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～2000mA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。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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控電流源；模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)模轉(zhuǎn)換；采樣電阻</p><p><b>　　Abstract</b></p>

15、;<p>　　This paper based on AT89C52 microcontroller,regard the AT89C52 microcontroller as the control core,NC DC current source function scheme. The design using MOSFET and precision operational amplifier constitut

16、e the main body of constant current source with high precision, sampling resistance and 8 bits D/A, A/D converter. the real-time detection of the output current of the MCU and real-time control, realizes the 0mA ~ 2000mA

17、 range step less than 10mA constant current output function, precision and</p><p>　　Keywords: numerical controlled current source ；analog-to-digital conversion ；the sampling resistor ；digital-to-analog conve

18、rsion</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1恒流源的意義及研究價值</p><p>　　本課題主要研究的是基于單片機的數(shù)控直流恒流源的設(shè)計，恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源，因此恒流源的應用范圍非常廣泛，并且在許多情況下是必不可少的。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

19、電電流就會相應減少。為了保證恒流沖電，必須隨時提高沖電器的輸出電壓，但采用的恒流源沖電后就可以不必調(diào)整其輸出電壓，從而使勞動強度降低，生產(chǎn)效率得到了提高。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。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，又可以作為其有源負載，以提高放大倍數(shù)，并且在差動放大電路、脈沖生產(chǎn)電路中得到了廣泛應用。</p><p>　

20、　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、電鍍等化學加工裝置電源，電子束加工機、離子注入機等電子光學設(shè)備中的供電電源也都必須應用恒流源。</p><p>　　1.2 恒流源的發(fā)展歷程 </p><p>　　1.2.1 電真空器件恒流源的誕生</p><p>　　世界上最早的恒流源，大約出現(xiàn)在20世紀50年代早期。當時采用的電真空器件是鎮(zhèn)流管，由

21、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。</p><p>　　電子管通常不能單獨作為橫流器件，但可用它來構(gòu)成各種恒流電路。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。</p><p>　　1.2.2 晶體管恒流源的產(chǎn)生和分類</p><p>　　進入60年代，

22、隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計和制造出了各種類型性能優(yōu)越的晶體管恒流源，并在實際中獲得了廣泛應用。</p><p>　　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。用晶體管作調(diào)整元件的各種開環(huán)和閉環(huán)的恒流源，在許多電子電路中得到了應用。但晶體管恒流源的電流穩(wěn)定度一般不會太高，很難達到0.01%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。

23、</p><p>　　1.2.3 集成電路恒流源的出現(xiàn)和種類</p><p>　　到了70年代，半導體集成技術(shù)的發(fā)展使得恒流源的研制進入了一個新的階段。長期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。集成電路恒流源不僅減小了體積和重量，簡化了設(shè)計和調(diào)試步驟，而且提高了穩(wěn)定性和可靠性。在各種恒流源電路中，集成電路恒流源的性能堪稱最佳。</p><p&

24、gt;　　1.3數(shù)控恒流源的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　現(xiàn)狀：在我國，以電力電子學為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀60年代中期開始形成，在國家自然科學基金的資助下或創(chuàng)新意識指導下，我國電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國際先進水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品。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)

25、創(chuàng)新研究。但是我國電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達國家相比，還有著很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進檢測設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10-15年，尤其在實現(xiàn)直流恒流源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。目前國內(nèi)在這兩方面研究多的是成都電子科技大學和廣州華南理工大學，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

26、想，還有很大的差距。目前，全國電源及其配件的生產(chǎn)銷售企業(yè)有1000家以上，產(chǎn)值有300-400億元，但國內(nèi)企業(yè)（著名的如北京大華、江蘇綠揚等）銷售的數(shù)控穩(wěn)壓電源大多是代理日本和臺灣的產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)家生產(chǎn)的直流穩(wěn)壓電</p><p>　　發(fā)展趨勢：目前，電力系統(tǒng)的后備電源、分布式電源系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)的后備電源等應用場合，均采用大容量的蓄電池作為蓄能元件。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

27、的變換。一旦電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障，蓄電池通過DC/DC變換器直接接入直流母線，給后端的用電設(shè)備提供能量。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。另外，對蓄電池充電時，也必須進行恒流控制，因此在雙向DC/DC變換器中恒流控制的好壞直接影響用電設(shè)備和蓄電池的使用壽命，隨著數(shù)字信號處理器（DSP）技術(shù)

28、的成熟，越來越多的功率電路采用了數(shù)字式控制，與模擬控制相比，數(shù)字控制具有性價比高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。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。針對蓄電池等儲能元件在使用過程中功率雙向變換的問題，在目前已有的非隔離型雙向拓撲基礎(chǔ)上，提出了一種改進型雙向電路拓撲。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。通過對DSP軟件的編程，還</p><p>　　針對蓄電池系統(tǒng)在

29、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)了蓄電池功率變換的要求，同時對放電電流和充電電流進行了恒流控制。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，從而滿足低壓大電流用電設(shè)備的要求。同時，在對蓄電池進行恒流充電時，通過軟件編程，實現(xiàn)蓄電池的浮充功能，從而延長蓄電池的使用壽命。另外，提出了對雙向恒流源電路的全數(shù)字控制方案。</p><p>　　隨著電子技術(shù)

30、的發(fā)展，恒流源已經(jīng)廣泛的應用在各個領(lǐng)域。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。許多輸出電流不是很大、要求穩(wěn)定度和輸出精度較高的恒流源還是由使用者自行研制的。</p><p>　　恒流源在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)及科研生產(chǎn)的應用中正朝著體積小、精度高、穩(wěn)定性好、使用靈活的方向發(fā)展?；诠β蔬\算放大器的恒流源在理論上具有體積小、精度高、穩(wěn)定性好、可擴展等優(yōu)點，輸出電流范圍在安培量級

31、適用于小型電動機、線圈等的驅(qū)動。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。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計要求</b></p><p>　　2.1.1 題目要求</p><p>　　(1)輸出電流范圍：200-

32、2000mA</p><p>　　(2)可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值≤ 給定值的1%+10mA</p><p>　　(3)具有“+”“-”步進調(diào)整功能，步進≤10mA</p><p>　　(4)改變負載電阻，輸出電壓在10v以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤ 輸出電流值的1%+10mA</p><p>　　

33、(5)紋波電流≤2mA</p><p><b>　　(6)自制電源</b></p><p>　　2.2 總體設(shè)計方案</p><p>　　2.2.1 設(shè)計思路</p><p>　　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。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

34、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～2000mA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。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。</p><p>　　2.2.2 方案論證與比較</p><p>　　方案一：采用開關(guān)電源的恒流源</p><p>

35、　　采用開關(guān)電源的恒流源電路如圖2.1所示。當電源電壓降低或負載電阻Rl降低時，采樣電阻RS上的電壓也將減少，則SG3524的12、13管腳輸出方波的占空比增大，從而BG1導通時間變長，使電壓U0回升到原來的穩(wěn)定值。BG1關(guān)斷后，儲能元件L1、E2、E3、E4保證負載上的電壓不變。當輸入電源電壓增大或負載電阻值增大引起U0增大時，原理與前類似，電路通過反饋系統(tǒng)使U0下降到原來的穩(wěn)定值，從而達到穩(wěn)定負載電流Il的目的。</p>

36、<p>　　圖2.1 采用開關(guān)電源的恒流源</p><p>　　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。與之相配套的散熱器體積大大減小，同時脈沖變壓器體積比工頻變壓器小了很多。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。 </p><p>　　缺點：開關(guān)電源的控制電路結(jié)構(gòu)復雜，輸出紋波較大，在有限的時間內(nèi)實現(xiàn)比較困難。</p>

37、<p>　　方案二： 采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源</p><p>　　系統(tǒng)電路構(gòu)成如圖2.2所示。MC7805為三端固定式集成穩(wěn)壓器，調(diào)節(jié)，可以改變電流的大小，其輸出電流為： ，式中為MC7805的靜態(tài)電流，小于10mA。當較小即輸出電流較大時，可以忽略，當負載電阻變化時，MC7805改變自身壓差來維持通過負載的電流不變。</p><p>　　圖2.2 采用集成穩(wěn)壓器件的恒

38、流源電路</p><p>　　優(yōu)點：該方案結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高</p><p>　　缺點：無法實現(xiàn)數(shù)控。</p><p>　　方案三： 單片機控制電流源</p><p>　　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2.3所示。利用器件MOSFET的恒流特性，再加上電流反饋電路，使得該電路的精度很

39、高。</p><p>　　圖2.3 恒流源電路</p><p>　　該電流源電路可以結(jié)合單片機構(gòu)成數(shù)控電流源。通過按鍵預置電流值，單片機輸出相應的數(shù)字信號給D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號送到運算放大器，控制主電路電流大小。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。單片機將反饋信號與預置值比較，根據(jù)兩者間的差值調(diào)整輸出信號大小。這樣就形成了反饋

40、調(diào)節(jié)，提高輸出電流的精度。本方案可實現(xiàn)題目要求，當負載在一定范圍內(nèi)變化時具有良好的穩(wěn)定性，而且精度較高。</p><p>　　基于上述方案比較和題目的要求，采用了方案三。</p><p>　　2.2.3 系統(tǒng)組成</p><p>　　根據(jù)題目要求和上述論證，確定的系統(tǒng)框圖如圖2.4：</p><p><b>　　圖2.4 系統(tǒng)框圖&

41、lt;/b></p><p><b>　　3 單元電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1單片機控制電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用AT89C52單片機,是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用A

42、TMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容。功能強大的AT89C52單片機適合于多較為復雜控制應用場合。如下圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 單片機控制電路</p><p>　　3.2 A/D接口電路</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換采用BB公司的ADC0804構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路。ADC0804 為一只具有20

43、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 ;分辨率：8 位(0～255) ;存取時間：135 ms ;轉(zhuǎn)換時間：100 ms ; 總誤差：-1～+1 ; 工作溫度：ADC0804C為0度～70度,ADC0804L為-40 度～85 度 ;模擬輸入電壓范圍：0V～5V ; 參考電壓：2.5V ;工作電壓：5V;輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)。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

44、饋信號與預置值比較，根據(jù)兩者間的差值調(diào)整輸出信號大小。這樣就形成了反饋調(diào)節(jié)，提高輸出電流的精度。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3.2所示：</p><p>　　圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.3 D/A接口電路</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換采用8位分辨率的DAC0832構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路。D

45、AC0832與微處理器完全兼容。D/A轉(zhuǎn)換電路主要負責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3.3所示：</p><p>　　圖3.3 D/A接口電路</p><p>　　設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓為，按鈕輸入數(shù)字量為D，D/A轉(zhuǎn)換輸出的模擬電壓為</p><p>　　選擇參考電壓=5V，采樣電阻5。當輸入數(shù)字量加1，模擬增加

46、量 =1/256×5000 mV=20mV則輸出電流變化/=20/5=4mA。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。因此為實現(xiàn)步進功能，每按一次步進"+"鍵，單片機送給D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量D加2，從而輸出電流加8mA，實現(xiàn)了電流步進8mA的要求。步進減8mA同理。當鍵盤設(shè)置輸出電流大小為I時，單片機送給D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量為2×I，

47、使得電流源電路輸出電流為I。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。單片機通過分析A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值，得到電路實際輸出的電流大小，對D/A轉(zhuǎn)換器的給定數(shù)字量進行調(diào)整，使得輸出電流大小更精確?！?lt;/p><p><b>　　3.4 恒流源電路</b></p><p>　　恒流源電路是系統(tǒng)的重要組成部，主要

48、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3.4所示：</p><p>　　圖3.4 恒流源電路</p><p>　　根據(jù)運放特性可得：  </p><p>　　MOSFET的電流： </p><p>　　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。采樣電阻將輸出電流轉(zhuǎn)換

49、為電壓信號，供A/D轉(zhuǎn)換用。</p><p>　　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2000mA，因此正常情況下電阻阻值應為5000mV/2000mA=2.5。考慮到系統(tǒng)的步進功能，當D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸入加1時，其模擬輸出增加量為=1/256×5000mV，與此同時采樣電阻上的電壓也相應增加相同的數(shù)值，令其輸出電流增加4mA，則計算得采樣電阻阻值為：=5000/256

50、×4=5。</p><p>　　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。同時，運算放大器還決定著系統(tǒng)輸出電流的精度。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。</p><p>　　3.5 LCD顯示

51、電路</p><p>　　系統(tǒng)中采用普通按鈕實現(xiàn)電流的設(shè)計和調(diào)節(jié)。 按鍵包括下列功能："+ "：電流上調(diào)；"－"：電流下調(diào)；通過按鍵預置電流值，確認后便可通過液晶顯示出預置電流值。上調(diào)鍵 "+"和下調(diào)鍵 "－"分別用來控制電流以步進8mA增減，電流變化通過液晶顯示出來。</p><p>　　液晶顯示采用1602

52、模塊，它共16個管腳，但是編程用到的主要管腳不過三個，分別為：RS(數(shù)據(jù)命令選擇端),R/W（讀寫選擇端）,E（使能信號）;以后編程便主要圍繞這三個管腳展開進行初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　以下具體闡述這三個管腳：</p><p>　　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。</p><p>　　R/W為讀寫選擇，高電平進行讀操

53、作，低電平進行寫操作。</p><p>　　E端為使能端，后面和時序聯(lián)系在一起。</p><p>　　除此外，D0~D7分別為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　操作時序： 　　</p><p>　　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。</p><p>　　讀取狀態(tài)字時，注意D7位，

54、D7=1，禁止讀寫操作；D7=0，允許讀寫操作；所以對控制器每次進行讀寫操作前，必須進行讀寫檢測。（即后面的讀忙子程序）。LCD的接口電路如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5 液晶接口電路</p><p>　　3.6 系統(tǒng)電源電路</p><p>　　由于系統(tǒng)對電流的精度及紋波要求較高，而系統(tǒng)電源的精度及穩(wěn)定度在很大程度上決定了系統(tǒng)的性能，因此系統(tǒng)電源的設(shè)

55、計是整個系統(tǒng)中的重要部分。</p><p>　　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3.6所示：</p><p>　　圖3.6 自制電源原理圖</p><p>　　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。其中一路交流20V電源經(jīng)整流

56、、濾波、7805穩(wěn)壓后輸出+5V電壓，給CPU和LCD供電；第二路交流20V電源經(jīng)整流、濾波、7905穩(wěn)壓后輸出-5V（正端接地）電壓為0832提供參考電壓。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。</p><p>　　恒流源電路電源：220V電源經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過整流、濾波、7824穩(wěn)壓后輸出+24V

57、電壓，直接作為恒流源電路電源。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p>　　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。為了將所有任務(wù)有序的組織起來，軟件系統(tǒng)采用前后臺結(jié)構(gòu)。AT89C52單片機擁有獨立的時基發(fā)生器，無需占用定時器。系統(tǒng)設(shè)置了一個1024Hz的時基中斷，為整個系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的運行節(jié)拍，保證了各個

58、任務(wù)能有條不紊的工作。</p><p>　　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。A/D，D/A轉(zhuǎn)換任務(wù)需要定周期運行，放在時基中斷服務(wù)子程序中運行。有效的保證了重要任務(wù)能及時被執(zhí)行。</p><p><b>　　4.1主程序</b></p><p>　　系統(tǒng)加電后，主程序首先完成系統(tǒng)初始化，其中包括I/O口，中斷系統(tǒng)，定

59、時器/計數(shù)器等工作狀態(tài)的設(shè)置，系統(tǒng)變量賦初值等工作，完成系統(tǒng)初始化后打開中斷，隨之進入按鍵掃描程序。按鍵掃描獲取鍵值后根據(jù)鍵值，完成設(shè)定預置電流值，步進加減，并通過LCD顯示輸出電流值。主程序流程圖如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 時基中斷服務(wù)子程序</p><p>　　時基中斷服務(wù)子程序流程圖如下，在此中斷服

60、務(wù)程序中控制進行A/D和D/A轉(zhuǎn)換，具體流程圖如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 時基中斷服務(wù)子程序</p><p>　　4.3 A/D轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804的接口形式為位串行接口，因此在對ADC0804進行操作時需要考慮到時序問題，ADC0804的控制流程圖如圖4.3所示：</p><p>　　

61、圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　5 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)工作于較強的電磁輻射環(huán)境中，容易受到各種干擾的影響。輕則使電流輸出不穩(wěn)定，紋波電流增加，嚴重時會導致整個系統(tǒng)工作不正常。因此，本系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面采取抗干擾的措施，以保證系統(tǒng)的可靠運行。</p><p>　　5.1 硬件抗干擾設(shè)計</p><p>

62、　　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。</p><p>　　在220V電源進線端設(shè)置電源濾波器，消除電網(wǎng)上的各類高頻干擾，防止電網(wǎng)電壓突變對系統(tǒng)造成沖擊。</p><p>　　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。</p><p>　　5.2 軟件抗干擾設(shè)計</p><p&

63、gt;　　對A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果采用數(shù)字濾波技術(shù)，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。</p><p><b>　　6 系統(tǒng)測試</b></p><p>　　6.1 數(shù)控恒流源實物圖</p><p>　　6.2 測試使用的儀器</p><p>　　測試使用的儀器如表6-1：</p><p>　　表6-1 測試使用的儀

64、器</p><p><b>　　6.3 測試方法</b></p><p>　　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。</p><p>　　6.4測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析</p><p>　　(1)輸出電流范

65、圍：0mA～2000mA，可以達到題目要求。</p><p>　　(2)輸出電流與給定值偏差，如表6-2所示：</p><p>　　表6-2 輸出電流與給定值偏差測試數(shù)據(jù)</p><p>　　測試結(jié)果分析：如表6-2所示，輸出電流滿足題目的誤差精度要求。同時，電流值小時，輸出電流更接近給定電流。電流值較大時，由于系統(tǒng)散熱性能不夠優(yōu)良導致恒流源電源性能下降，引起誤差增

66、大。誤差存在的原因主要是采樣電阻制作誤差，同時系統(tǒng)工作時采樣電阻發(fā)熱，阻值變化引起誤差。但總的看來，該電流源有較好的精度特性。</p><p><b>　?。?）步進電流</b></p><p>　　設(shè)定電流54mA，測得步進電流數(shù)據(jù)如表6-3和表6-4。</p><p>　　表6-3 步進電流數(shù)據(jù)一</p><p>　

67、　表6-4 步進電流數(shù)據(jù)二</p><p>　　測試結(jié)果分析：可基本實現(xiàn)步進8mA，滿足≤10mA的基本要求，但由于負載電阻發(fā)熱和電路焊接方面的原因，輸出電流步進不太穩(wěn)定。</p><p>　?。?）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時，輸出電流值的情況。</p><p>　　當給定電流Id=70mA時，輸出電流值的情況如表6-5所示：</p>&

68、lt;p>　　Id×1％＋10mA＝10.7(mA) </p><p>　　表6-5 給定電流70mA時輸出電流數(shù)據(jù)</p><p>　　當給定電流Id=101mA時，輸出電流值的情況如表6-6所示：</p><p>　　Id×1％＋10mA＝11.01(mA) </p><p>　　表6-6  給定電流1

69、01mA時輸出電流數(shù)據(jù)</p><p>　　當給定電流Id=203mA時，輸出電流值的情況如表6-7所示：</p><p>　　Id×1％＋10mA＝12.3(mA) </p><p>　　表6-7 給定電流203mA時輸出電流數(shù)據(jù)</p><p>　　測試結(jié)果分析：如上表所示，隨著負載電阻值的變化，當給定電流在70mA左

70、右時，滿足題目要求，恒流特性較理想。隨著給定電流的增大，輸出電流變化絕對值增大，恒流特性變差，主要由于采樣電阻不夠精確引起，但仍可滿足題目要求。</p><p><b>　?。?）紋波電流</b></p><p>　　取負載電阻RL=12Ω，紋波電流＝紋波電壓/負載電阻。測試數(shù)據(jù)如表6-8所示：</p><p>　　表6-8 紋波電流測試數(shù)據(jù)&

71、lt;/p><p>　　測試結(jié)果分析：如表6-8，系統(tǒng)設(shè)計過程中，主電路和控制電路獨立供電，自制電源進行了穩(wěn)壓處理。然而，當將控制電路與主電路結(jié)合在一起時，輸出紋波電流的增大又成為一大問題。這是由于控制電路的輸出有紋波，加到運算放大器的輸入端將紋波放大，導致輸出電流紋波加劇。</p><p><b>　　7 結(jié)束語</b></p><p>　　本系

72、統(tǒng)以8位AT89C52單片機控制與調(diào)整主電路的輸出電流，并通過液晶顯示電流值，完成了數(shù)控恒流源的制作，實現(xiàn)了輸出電流可調(diào)，步進加、減功能。</p><p>　　難點分析：在恒流源的設(shè)計與制作過程中，本方案遇到的主要難點在于如何減少紋波，通過仔細研究與分析，確定要使紋波盡可能小，需要運算放大器的電源和輸入端信號要穩(wěn)定，因此對運算放大器我們采用獨立電源供電，保證了放大器有穩(wěn)定電源電壓，進而使輸出較小的紋波電流成為可能

73、。然而，當將控制電路與主電路結(jié)合在一起時，輸出紋波電流的增大又成為一大問題。這是由于控制電路的輸出有紋波，加到運算放大器的輸入端將紋波放大，導致輸出電流紋波加劇，從而紋波電流小于等于2mA的要求不能實現(xiàn)。</p><p>　　展望未來：首先，為解決紋波電流較大的問題，我們應該在運算放大器輸入端并聯(lián)電容，以達到濾波的目的，從而較好的解決紋波問題。其次，可以將人機接口改裝為4×4矩陣鍵盤，以便快捷的設(shè)置預置

74、電流，提高電源的利用效率，使得控制界面更加直觀、簡潔。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]高吉祥.全國大學生電子設(shè)計競賽培訓系列教程（模擬電子線路設(shè)計）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.5:190—198,228—242.</p><p>　　[2]高吉祥.全國大學生電子設(shè)計競賽培訓系列教程（2007

75、年全國電子設(shè)計大賽試題剖析）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.5,21—45.</p><p>　　[3]鄒天漢.數(shù)字功放和音響設(shè)計與制作[M].北京.</p><p>　　[4]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學出版社,2004.</p><p>　　[5]劉樹棠，朱茂林，榮玖譯.基于運算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計[M].西安：西安交通大學出

76、版社,2009.2.</p><p>　　[6]張俊謨.單片機中級教程——原理與應用[M].北京:北京航天航空大學出版社,2006.</p><p>　　[7]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設(shè)計[M].北京:北京航天航空大學出版社,1999.</p><p>　　[8]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分[M].高等教育出版社,2006.</p><p

77、>　　[9]樓然苗,李光飛.單片機課程設(shè)計指導[M].北京航空航天大學出版社,2007. </p><p>　　[10]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京航空航天大學出版社,2006.</p><p>　　[11] 陳永真等.全國大學生電子設(shè)計競賽[M].電子工業(yè)出版社,2007.</p><p><b>　　致 謝</b><

78、/p><p>　　畢業(yè)設(shè)計的完成和論文的完成要感謝很多人。</p><p>　　首先要感謝學校給我提供了做這個系統(tǒng)的機會，感謝學校的各位領(lǐng)導和老師一直以來對我的教導和幫助。</p><p>　　其次感謝..老師，給我進行了很多的輔導，不僅在技術(shù)上給了我很大幫助，也在系統(tǒng)需求和設(shè)計方面給予了我很大幫助。老師的諄諄教導，使我受益匪淺。老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫

79、助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，給以終生受益無窮之道。我對老師的感激之情是無法用言語表達的。</p><p>　　還要感謝我的同學，是你們在我平時設(shè)計和論文中與我一起探討問題，并指出我設(shè)計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。</p><

80、p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　源程序清單：</b></p><p>　　#include<reg52.h> //包含頭文件</p><p>　　#include<intrins.h>//此頭文件為了使用_nop_();函數(shù)</p

81、><p>　　#define uint unsigned int//宏定義</p><p>　　#define uchar unsigned char//宏定義</p><p>　　sbit dacs=P3^7;//DA控制端口定義</p><p>　　sbit rd=P3^5;//外部讀取轉(zhuǎn)換

82、結(jié)果的控制輸出信號端口定義</p><p>　　sbit wr=P3^6;//啟動轉(zhuǎn)換的控制輸入端口定義</p><p>　　sbit key1=P3^0;//控制按鍵端口定義</p><p>　　sbit key2=P3^1;//控制按鍵端口定義</p><p>　　sbit lcdrs=P3

83、^3;//液晶控制端口定義</p><p>　　sbit lcden=P3^4;//全局變量定義</p><p>　　uchar num=0;</p><p>　　unsigned long int num1=0;</p><p>　　uint bujin=1;//電流步進定義</p>

84、<p>　　uchar code table[]="dianliu:mAbujin:";//液晶顯示數(shù)組定義</p><p>　　uchar code table1[]="0123456789 ";</p><p>　　uchar table2[4];</p><p>　　uchar code table3[]

85、="09ji";</p><p>　　uchar code table4[]="luo yan jie ";</p><p>　　uchar table5[10];</p><p>　　/*************************MS延時函數(shù)**************************/</p>

86、<p>　　void delayms(uint x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i,j;</b></p><p>　　for(i=x;i>0;i--)</p><p>　　for(j=110;j>0;j--);</p&

87、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　　/*************************1602液晶顯示***********************/</p><p>　　void yjwrite_com(uchar com) //寫入地址函數(shù)</p><p><b>　　{</

88、b></p><p><b>　　lcdrs=0;</b></p><p><b>　　P0=com;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　lcden=1;</b></p><p>　　delayms(5

89、);</p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void yjwrite_date(uchar date) //寫入數(shù)據(jù)函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p&g

90、t;<b>　　lcdrs=1;</b></p><p><b>　　P0=date;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p><b>　　lcden=1;</b></p><p>　　delayms(5);</p><p>

91、<b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************液晶顯示初始化************************/</p><p>　　void yjinit() //液晶初始化</p><p&g

92、t;<b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p><b>　　dacs=0;</b></p><p><b>　　P2=0;</b></p><p><b>　　dacs=1;</b>&

93、lt;/p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p>　　yjwrite_com(0x38);</p><p>　　yjwrite_com(0x0c);</p><p>　　yjwrite_com(0x06);</p><p>　　yjwrite_com(0x01);

94、 //顯示清0，數(shù)據(jù)指針清0</p><p>　　yjwrite_com(0x80);//從液晶開始第一行起始端位置顯示</p><p>　　for(i=0;i<4;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　yjwrite_date(table3[i]);//顯示di

95、anliu:</p><p><b>　　}</b></p><p>　　yjwrite_com(0x80+0x40);//第二行顯示</p><p>　　for(i=0;i<12;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　yjwrit

96、e_date(table4[i]);//顯示bujin:</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(key1==0||key2==0)</p>

97、<p><b>　　{</b></p><p>　　delayms(5);</p><p>　　if(key1==0||key2==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　goto a;</b></p><p>

98、;<b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　a:</b></p><p>　　yjwrite_com(0x01);//顯示清0，數(shù)據(jù)指針清0</p>

99、<p><b>　　}</b></p><p>　　void displayinit()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　yjwrite_com(0x80);</p>&l

100、t;p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　yjwrite_date(table[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　yjwrite_com(0x80+0x0e);</p>&l

101、t;p>　　yjwrite_date(table[8]);//顯示mA</p><p>　　yjwrite_date(table[9]);</p><p>　　yjwrite_com(0x80+0x40);//第二行顯示</p><p>　　for(i=10;i<16;i++)</p><p><b>　

102、　{</b></p><p>　　yjwrite_date(table[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/********************顯示輸出電流值和步進*******************

103、***/</p><p>　　void display()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　yjwrite_com(0x80+10);</p><p>　　for(i=0;i<4;i++)

104、</p><p><b>　　{</b></p><p>　　yjwrite_date(table1[table2[i]]); //顯示電流值</p><p>　　} </p><p>　　yjwrite_com(0x80+0x4a); //顯示和分離步進值</p>

105、<p>　　yjwrite_date(table1[8*bujin/100]); // 步進百位</p><p>　　yjwrite_date(table1[8*bujin%100/10]); //步進十位</p><p>　　yjwrite_date(table1[8*bujin%10]); //步進個位</p><p><

106、;b>　　}</b></p><p>　　/*****************************************************************</p><p>　　===========================按鍵檢測部分===================</p><p>　　在不按下key3按鍵時按下k

107、ey1按鍵輸出電流增加為原來值加上步進值按下</p><p>　　key3按鍵時輸出電流每次減小為原來值減去步進值，在一直按下key3按鍵時</p><p>　　如果按下key1則步進值在原來的基礎(chǔ)上加8， 如果按下key2則步進值在原</p><p><b>　　來的基礎(chǔ)上減8</b></p><p>　　*****

108、************************************************************/ </p><p>　　void keyscan()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dacs=1;//DA停止工作</p><p&g

109、t;　　if(key1==0)//key1按鍵按下</p><p>　　{//消除抖動</p><p>　　delayms(10);//確認key1鍵按下</p><p>　　if(key1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p&

110、gt;　　num=num+bujin;//輸出電流值增加為原來的值加上步進值</p><p>　　if(num==255)num=0;//防止超過上限值因為8位DA輸入值為從0-255（2的八次方）</p><p>　　while(!key1);//等待按鍵釋放</p><p><b>　　}</b></p>

111、<p><b>　　}</b></p><p>　　if(key2==0)//key2按鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delayms(10);//消除抖動</p><p>　　if(key2==0)//確認

112、key2鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　num=num-bujin;//輸出電流值增加為原來的值減上步進值</p><p>　　if(num==-1)num=0;//防止低于下限值因為8位DA輸入值為從0-255（2的八次方）</p><p>　　while(!key2)

113、;//等待按鍵釋放</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　dacs=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**

114、**********************AD轉(zhuǎn)換部分*****************************/</p><p>　　uchar adzhuanhuan()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar a;</b></p><p>　　wr=1

115、;//AD開始工作</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　wr=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　wr=1;</b></p

116、><p>　　display();</p><p>　　delayms(2);</p><p><b>　　P1=0xff;</b></p><p><b>　　rd=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p>

117、<p><b>　　rd=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　a=P1;</b></p><p><b>　　rd=1;</b></p><p><b>　　return a;

118、</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**************************主函數(shù)***************************/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p&g

119、t;<p>　　uchar i; </p><p><b>　　yjinit();</b></p><p>　　displayinit();</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b>

120、</p><p>　　display();</p><p>　　keyscan();</p><p>　　P2=num; </p><p>　　keyscan(); </p><p><b>　　num1=0;</b></p><p>　　for(i=0;

121、i<5;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　table5[i]=adzhuanhuan();</p><p>　　num1=num1+table5[i];</p><p>　　keyscan();</p><p>　　keyscan();</p>

122、<p>　　keyscan();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　num1=num1/5;</p><p>　　num1=num1*7.8125;</p><p>　　table2[0]=num1/1000; //分離出電流千位</p><p>

123、　　table2[1]=num1%1000/100; //分離出電流百位</p><p>　　table2[2]=num1%1000%100/10; //分離出電流十位</p><p>　　table2[3]=num1%10; //分離出電流個位</p><p><b>　　}</b></p><