AT89C51的数控直流电流源设计
基于AT89C51的数控直流电流源设计
摘要
随着单片机技术的快速发展，基于单片机的微处器的应用越来越广泛。AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达1mA，并可由数码管显示实际输出电流值和电流设定值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A 转换器（ADS7841）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。控制部分选用单片机与专用的PWM调制芯片相结合的方式来控制MOSFET开关管的导通。其输出电流的大小通过隔离型电流传感器转换成对应的模拟信号。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。
关键词压控直流源，PWM调制芯片，闭环控制
沈阳工程学院毕业设计（论文）
Abstract
With the rapid development of single-chip technology, based on the single-chip micro-Department's application of more and more widely. AT89S52-based single-chip controller, through the keyboard to set the DC power supply output current, set the level of stepping up to 1mA, and the digital display from the actual output current value and current settings. The system consists of single-chip programmable digital signal output through D / A converter (ADS7841) analog output, and then zoom through the isolation amplifier to control the output power of the base tube, with the base of power changes in voltage output different currents. Control of some selected single-chip PWM modulation and the exclusive use of a combination of chips to control the MOSFET turn-on switch. The size of its output current through the isolation-type current sensor into a corresponding analog signal. The actual test results indicate that this system applies to the actual needs of low-power high stability constant current source of the field.
Key Words DC voltage source, PWM modulation chips, closed-loop control
基于AT89C51的数控直流电流源设计
目录
摘要 ................................................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................................................. I I 目录 ................................................................................................................................................................ III 1 引言.. (1)
1.1数控直流电流源的简介 (1)
1.1.1 国内外研究现状 (1)
1.1.2 AT89C51单片机简介 (1)
1.1.3本文研究的主要内容、目标与方法 (2)
1.2数控直流电流源设计方法 (2)
1.3数控直流电流源设计流程 (3)
1.4 本文的目的和意义 (4)
２数控直流电流源设计构思 (5)
2.1数控直流电流源主要单元器件的选择 (5)
2.1.1 开关管的选择 (5)
2.1.2 PWM芯片的选择 (5)
2.1.3 电流传感器的选择 (6)
2.1.4 A/D和D/A芯片的选择 (8)
2.1.5 控制器芯片的选择 (8)
2.1.6人机界面 (8)
2.1.7 辅助电源选择 (9)
3数控直流电流源的子模块设计 (10)
3.1电源输入EMI滤波和主电路前级整流滤波稳压电路设计 (10)
3.2 PWM调制波与MOSFET的驱动电路设计 (11)
3.3 斩波电路与滤波稳流电路设计 (11)
3.4电流检测电路设计 (14)
3.5 单片机最小系统设计 (15)
3.6 A/D、D/A 的转换电路设计 (15)
3.7 键盘和显示电路及辅助电源电路设计 (17)
3.8 系统误差分析 (17)
3.9 系统的热设计与电磁兼容设计 (18)
3.10 提高系统精度的技术措施 (19)
4 数控直流电流源源码 (20)
4.1 A/D采样程序 (20)
结论 (29)
致谢 (30)
参考文献 (31)
附录 A1.1 (32)
基于AT89C51的数控直流电流源设计
1 引言
1.1数控直流电流源的简介
1.1.1国内外研究现状
从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。
早在90年代中，半导体生产商们就开发了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛采用。
随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切，由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步有待发展，高性能的数控恒流器件的开发和应用存在巨大的发展空间，本文正是应社会发展的要求，研制出一种高性能的数控直流电流源。
现今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由于以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守。
1.1.2AT89C51单片机简介
AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB的闪存可编程擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的 8位COMS单片机，并且与MCS-51引脚和指令系统完全兼容。
89C51的I/O口P0,P1,P2和P3除具有MCS-51相同的一些性能和通途外，在FPEROM 编程时，P0口还可以接受代码字节，并在程序校验时输出代码字节，但在程序校验时需要外接上拉负载电阻。在FPEROM编程和程序校验期间，P1口接受地址字节，P2口接受高位地址位和一些控制信号，P3口也接受一些FPEROM编程和校验用的控制信号。此时，ALE 引脚式编程脉冲输入端。在FPEROM编程期间，如果选择12V编程电压，则将12V编程电
沈阳工程学院毕业设计（论文）
压加在VPP引脚上。
1.1.3本文研究的主要内容、目标与方法
直流稳压电源是最常用的仪器设备，在科研及试验中都是必不可少的。针对以上问题，我们设计了一套以低纹波数控直流电流源，所有数字电路选用CMOS数字电路，实现了“+”。“—”步进调整功能，降低给定电流与实际电流的偏差。运用合理的电路结构，降低了负载调频整率；降低由于电源电压变化对输出电流所产生的影响。设计通过数码显示电路、直流电流源电路、双时钟可预置计数器步进控制电路、0mA和3000mA上、下限逻辑控制电路。运用双时钟可预置数步进可逆计数器CD40192的计数向上和计数向下功能完成，即加进位、减退位步进调整电流值功能。
本数控直流电流源系统的电源选用CMOS数字电路，实现了“+”，“—”步进调整功能，降低给定电流与实际电流的偏差，输出的电流稳定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±5mA，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。也适用于各种有较高精度要求的场合。
1.2数控直流电流源设计方法
根据设计要求，系统可分为电流源主电路、控制部分、人机界面（包括键盘输入与显示）和辅助电源四部分。
根据开关电源的原理，经AC/DC/DC变换过程来实现可调稳流的功能，主电路由整流滤波电路、稳压电路、斩波电路和恒流电路构成。闭环控制系统框图如图1.1所示：
图1.1 基于FPGA的可调电流源原理方框图
其工作过程如下：市电经隔离变压器降压后，通过整流桥整流，电容滤波，变成平稳的直流电，完成AC/DC的变换过程；通过由FPGA（可编程逻辑器件）产生PWM调制波控制开关管的通断构成斩波电路，输出高频的直流脉冲，经储能电感平波、电容高频滤波后，输出可调的直流电；使用HCPL7870光电隔离A/D转换芯片（转换精度达15位）对输出电流进行采集，构成闭环控制系统。斩波电路前级的稳压电路，使用集成稳压器来降低电网波动对斩波电路的影响。其控制部分选用单片机与专用的PWM调制芯片相结合的方式来控
基于AT89C51的数控直流电流源设计
制MOSFET 开关管的导通。其输出电流的大小通过隔离型电流传感器转换成对应的模拟信号，并将这一模拟量分为两路：一路直接反馈到PWM 集成芯片的反馈输入端，构成连续的闭环控制系统；另一路经模/数转换芯片变成数字信号传送给单片机处理，作为辅助的调节反馈量，使用软件算法来修正给定量，减小稳态误差。
组成其原理框图如图1.2所示：
图1.2 基于PWM 芯片与单片机的可调电流源方框图
1.3数控直流电流源设计流程
由于系统选用的主控制器是单片机，单片机软件主要包括主程序、A/D 采样子程序（电流采样）D/A 输出电流给定值及显示等程序。
N
Y N
Y
图 1.3 程序设计流程图
开始 程序初始化 是调节状态？ 允许输出？ 关PWM 波 设定电流 调节显示电流
沈阳工程学院毕业设计（论文）
1.4 本文的目的和意义
随着电子技术、单片机技术的快速发展，基于单片机的微处器的应用越来越广泛。数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切．当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步有待发展，高性能的数控恒流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。因此通过数控直流电流源的设计对于厂商乃至我国的数控直流电流源产业的发展有着重要意义。
本文正是应社会发展的要求，研制出一种高性能的数控直流电流源。本系统以直流电流源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达1mA，并可由数码管显示实际输出电流值和电流设定值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（ADS7841）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。本数控直流电流源系统输出电流稳定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±5mA，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。
基于AT89C51的数控直流电流源设计
２数控直流电流源设计构思
2.1数控直流电流源主要单元器件的选择
2.1.1 开关管的选择
根据相关技术资料，对比MOSFET与IGBT两种开关管。MOSFET与IGBT性能参数对比表如表2.1所示：
表2.1 MOSFET与IGBT性能参数对比
性能指标MOSFET IGBT
驱动类型电压型电压型
驱动功率小较小
开关速度快（能达到5MHZ）较快（一般在100kHZ
以下））
能通过电流较大（一般在100A以
下）
大（能达到1000A以上）
通过压降小于或等于2V 一般大于2V
由于设计要求输出的功率不大（仅20W），主要指标体现在输出电流的分辨率、测量值的误差、纹波、稳定度等方面。为了获得很好的滤波效果，希望斩波的频率越高越好（至少在100KZ以上）。对照表1分析，由于MOSFET管开关速度快，可作为选择开关管的对象，经查阅P沟道的MOSFET IRF5210的设计资料，已知其通断电流为20 A，开关频率可达1MHZ，通态电阻R DS=0.06?，能够满足设计要求。
2.1.2 PWM芯片的选择
PWM芯片根据其控制方式可分为电压模式控制和电流模式控制两种。其功能和驱动能力也随型号的不同而有所区别。根据相关技术资料，对比SG3525、TL494和UC3573三款芯片如下：
SG3525具有很高的温度稳定性和较底的躁声等级，具有欠压保护和外部封锁功能，能方便地实现过压过流保护，能输出两路波形一致、相位差为180°的PWM信号，结合双MOSFET管斩波电路的独特设计，能有效地减少输出电流的纹波。
沈阳工程学院毕业设计（论文）
TL494内有两个误差信号比较器，能同时实现电压模式控制和电流模式控制，但在本系统中不能发恢这一优势，且没有外部强封锁端，不便于实现过压过流保护。
UC3573属于DIP8封装，其PWM占空比可从0～100％之间调节，能直接驱动P沟道的MOSFET开关管，但在功能上不能直接实现误差放大和控制，难以满足系统的设计要求。
基于以上分析，选择SG3525作为斩波电路的PWM调制芯片较为理想。SG3525主要技术指标如表2.2所示：
表2.2 SG3525主要技术指标
参数名称数值参数名称数值
最大电源电压40V 封锁阀值电压0.4V
启动电压8V 待机电流14 mA
最高工作频率500kHZ 基准源温度稳
定性
0.3 mV/℃
误差放大器的开环增益75dB
误差放大器增
益带宽
2MHz
放大器输入失
调电压2mA
驱动输出峰值
电流
500 mA
2.1.3 电流传感器的选择
输出电流的检测主要是为了得到精确的反馈量与准确的显示值，因此需要灵敏度高、线性度良好、可靠性强的元器件。为了保护系统具有较强的抗干扰性能和较高的可靠性，再此首先考虑使用隔离型电流监测方案。
方案一：使用电量测量中常用的磁补偿式电流传感器，其内部结构图如图2.1所示。根据安培定律，原边被测电流I1N1将产生的磁场B1，它与I2N2产生的磁场B2进行磁补偿后保持磁平衡状态，即I1N1= I2N2，所以能得到I2= I1N1／N2。当N1／N2确定后，I2正比于 I1，I2通过R M转换成电压信号输出。该隔离型传感器与线性光电耦合器一样具有精度较高、响应快等优点，而且无须外接任何元件就能得到准确的检测信号。但此种器件在mA级小电流检测时，由于受漏磁等因素的影响，非线性失真明显，难以保证对mA级小电量的准确测量，而且该类器件的价格比较昂贵。
基于AT89C51的数控直流电流源设计
图2.1 磁补偿式电流传感器
方案二：使用线性光电耦合器，采集其电流流经取样电阻两端的电压的隔离型电流检测方案。以线性光电耦合器HCNR200为例来分析其工作原理，其封装形式内部结构如图2.2所示。
图2.2 线性光电耦合器封装形式和内部结构
HCNR200由发光二极管LED、反馈光电二极管PD1、输出光电二极管PD2组成。当LED通过驱动电流IF时，发出红外光（伺服光通量）。该光分别照射在PD1、PD2上，反馈光电二极管PD1吸收光通量的一部分，从而产生控制电流IPD1（IPD1=0.005IF），该电流用来调节IF，以补偿LED的非线性。输出光电二极管PD2产生的输出电流IPD2与LED发出的伺服光通量成线形比例。令伺服电流增益KI= IPD1／IF，正向增益K2= IPD2 ／IF；则传输增益K3= K2／KI= IPD2／IPD1，K3的典型值为1。
由于HCNR200输出电流IPD2与LED发出的伺服光通量成线性比例，且其非线性度为0.01%，传输增益为100±15%；温度增益系数-65×10-6/℃,带宽大于1MHZ,耐压为直流1000V。具有精度较高、转换速度快、稳定性好的特点，能达到系统的设计要求。
方案比较与选择：前者电路连接形式简单，能满足题中基本部分的要求，但要达到发挥部分的指标，対后级信号处理的难度非常大；后者在电路结构较为复杂，器件较多，基于对设计功能全面的考虑，选择了方案二
沈阳工程学院毕业设计（论文）
2.1.4A/D和D/A芯片的选择
根据设计要求,系统要求输出的电压为20~2000mA，步进为1mA，且要求显示数值，因此给定量的执行元件——数/模转换器(即D/A)与检测量化元件——模/数转换器(即A/D),至少需要11位的转换精度。结合系统的设计要求,并考虑到单片机的I/O接口资源紧张等因素。最终确定选用串行数据传送方式的ADS7841和DAC7512两款芯片转换精度均为12位的集成芯片,其量化精度能达到1/4096<1/2000,完全能达到设计的精度要求。
2.1.5 控制器芯片的选择
在本设计中,控制器芯片主要完成与A/D、D/A的数据通信及对其数据的处理,实现对系统给定量的设定和对输出量的采样与显示。同时,还要求对各种故障信息进行检测,及时的发出相应的报警信号。此外,由于本系统属于强的EMI源,因此对主控制器芯片的抗干扰性能和故障处理能力有较高的要求。
控制器芯片采用Atmel公司的AT89S8252 CMOS 8为单片机，AT89S8252比普通的51系列单片机具有更强大的功能，其片内含8KB可反复擦写的Flash只读程序存储器和256字节随机存取数据存储器（RAM）;SPI串行口用于编程向下装载;兼容标准MCS-51指令系统;片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元;有32个外部双向输入/输出(I/O)端口;9个中断源,内涵俩个外中断口;3个16位可编程定时器/计数器;可编程UART串行通信口;SPI串行口。
AT89C51可按照常规方法进行编程，也可在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效的降低开发成本。因此，选择Atmel公司的AT89C51作为控制器芯片。AT89C51有PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式，以适应不同应用系统的需求。
2.1.6人机界面
人机界面包括对给定值的输入、显示和输出电流值的实时显示等。输入设备采用轻触接健来实现。对显示部分有以下两种方案可供选择。
方案一：采用LCD（液晶）显示，该方案具有低压微功耗、平板型结构、显示的信息量大、无电磁辐射、使用寿命长等优点，但本系统要求显示的数量小，不能发挥其显示内容丰富的优点，同时占有I/O口较多，且处在强干扰源中，可靠性较低。
方案二：用LED(数码管)显示。该方案具有实现容易、发光亮度大、驱动电路简单等优点，且其可靠性能也优于LED的显示。
基于可靠性方面的考虑，选择方案二。
基于AT89C51的数控直流电流源设计
2.1.7 辅助电源选择
辅助电源主要是为控制部分供电的，由于电流源的主要电路有开关管在工作，嗓声干扰大，所以为了确保控制部分的稳定性和可靠性，采用与主电路分离的电源电路供应。系统的前级供电方式示意图如图2.3所示：
图2.3 系统前级供电的示意图
单
相
电
源
滤
波
器 主电路变压器 整流滤波 稳压输出 辅助电源变压器 整流滤波 稳压输出
稳压输出
沈阳工程学院毕业设计（论文）
3数控直流电流源的子模块设计
3.1电源输入EMI 滤波和主电路前级整流滤波稳压电路设计
电源输入EMI 滤波电路：
为滤除交流电源线上的外来干扰，同时能避免向外界发出噪声。在电源的输入端加了一个型号为SH160-6的单相电源滤波器，其原理为双向射频干扰滤波器，根据产品技术资料，其滤波性能在全频段都有明显的效果，特别是在低频段（10～500KHZ ）具有极佳的滤波效果，同时也能抑制电路中的串模、共模干扰。
主电路前级整流滤波稳压电路：
主电路前级整流稳压电路原理图如图 3.1所示。根据题目要求，输入的电压范围在200～240V 内变化。在电路的设计中，斩波电路的供电电压由LM7818提供，因此，只要在电压的变化范围内能提供给LM7818的正常工作电压，就不会对输出有明显的影响，根据LM7818的资料手册，可得其正常工作的输入电压范围为18～35V 。变压器次级线圈两端交流电的有效值U2，经全波整流滤波后，能提供给LM7818的电压为1.2U2，所以变压器的变比k 的范围为
240×1.2/35≤k ≤ 200×1.2/18
即8.2 ≤k ≤13. 3,最后确定k=11,在220V 输入的情况下,LM7818的输入电压为24V 。
C2104C1
104
+C34700uF /50V +C42.2uF/50V
+C51u F/50V
1
2
3
J2
AC 1输入12J118v 输出D11N5408
D21N5408
L1L2Vi n 1
G N D 2Vo ut 3U1
LM 7818
图3.1 主电路前级整流稳压电路原理图
变压器降压后得到的交流电电压经全波整流,经C3、 C4滤波整流后，经三端稳压器LM7818稳压，为后级的斩波电路提供稳定的电压输入。
基于AT89C51的数控直流电流源设计
3.2 PWM 调制波与MOSFET 的驱动电路设计
PWM 自动调节是由SG3525芯片实现的，其电原理图如图3.2所示。根据SG3525的技术资料可知，其输出的频率由引脚端5外接的电容CT 值和引脚端6外接的电阻RT 值所决定，PWM 调制波频率为
f=1/(0.7CTRT) (公式3.1)
本设计为了得到更好的输出电流的质量，将频率设定在100KHZ 附近，取C5（CT ）=3.3nF ，w3(RT)为10k Ω的可调精密电位器。在电路中调节电位器使输出的频率在100KHZ 左右。之所以选用100KHZ ，是因为在调试中发现，频率太高，会使IRF2510的开关损耗增大，容易发烫，而频率太低，不利于滤波和恒流。
单片机控制DAC7512输出给定信号送至SG3525的第2引脚，检测电流反馈的信号送入第1引脚，在硬件上直接构成PI 闭环调节，第10引脚的封锁端作为输出过流过压保护控制端直接由单片机控制。由于SG3525输出的PWM 波是由内部的两个D 触发器分频得到的，从第11引脚和第14引脚输出的信号在相位上相差180°，其占空比小于50%。两路PWM 信号分别经三个40106反相器放大后驱动两个IRF5210。
C7104C6102C5332C4204
C1
104+
C34.7uF
12
J2
反馈输入1
2J412
3
J3
D11N4148W1
10K W310K
W45K R8
470R74.7K R102K R122K R9
100R4220K R25.1K R12.4K R31.1M
R1622R17
22
1
2U2A 4010612U2A
4010612U2A
401061
2U2A 4010612U2A 4010612U2A 40106VC C 13
Ct 5VIN+
15
Rt 6VR EF-16DISC
7IN-1IN+2COMP 9SYNC 3OS OUT 4OUTA 11CS S 8SD 10OUTB 14GND 12U1SG3525VC C
图3.2 PWM 调制波与IRF5210驱动电原理图
3.3 斩波电路与滤波稳流电路设计
斩波电路原理框图如图3.3所示。其中，IRF5210为开关器件；D 为续流二极管；L 为储能电感；RS 为采样电阻，取2Ω。
沈阳工程学院毕业设计（论文）
IR F5210PWM 调制波+D
续流二极管
L Rs =2
采样电阻
RL
负载电阻
图3.3 斩波电路原理框图
输入电压最大有效值的计算：
根据设计要求，负载允许通过的最大电流为2000mA ，输出电压最大值为10V ，在不考虑储能电感的直流阻抗和滤波电容的容抗情况下，续流二极管两端允许输出的电压最大有效值为UD=IO.MAXRS+UO.MAX=2×2+10=14V 。
稳态电流计算：
在图10中，开关器件IRF5210的源漏极电压USD （t ）、电流IS （t ），续流二极管D 的电流ID （t ），储能电感L 的电流IL （t ）的波形。对于任意开关周期，假设在t1≤t ≤t2期间，IRF5210导通（导通时间为TON ），D 截止；在t2≤t ≤t3期间，D 导通，IRF5210截止。流过电感的电流为iL （t ）。iL （t ）的表达式如下：
(-N I U 0U ) (t- 1t )/L+)(1t i L t 1≤t ≤t 2
)(t i L = （公式3.2）
)(20t t U --/L+)(2t i L t 2≤t ≤t 3
式中，iL （t1）为iL （t ）在t1时刻的最小值；iL （t2）为iL （t ）在t2时刻的最大值；在稳态下iL （t1）、iL （t2）由下面的算是确定：
)(1t i L =0I -(0U U IN -)0U /(2Lf N I U ) （公式3.3）
)(2t i L =0I +(0U U IN -)0U /(2Lf N I U ) （公式3.4） 式中，U O 为输出电压，I O 为输出电流，即i L （t ）得平均电流，f 为开关频率，则开关周期T=1/f= T ON +T OFF 。由此可画出主电路中各元件中电量的波形。同时，也可明显地看出，其开关频率越高，储能电感的电感越大，其输出电流越稳定，纹波越小。输出纹波的大小可表示为
W i = (0U U IN -)0U /(Lf N I U ) （公式3.5）
基于AT89C51的数控直流电流源设计
在UO=UIN/2时,输出纹波有最大值, IW.MAX= UIN /(4L f) 。根据题目要求,输出的纹波要小于0.2 mA,在开关频率为100kHZ ，输出电压为18V ，纹波要小于0.2mV,则L 必须大于18/(4×100×0.2)=0.225H 。由于这个电感值较大,不容易绕制,很难直接通过电感来消除纹波,因此,在设计中采用两个MOSFET 开关管IRF5210构成斩波电路，以减小电流纹波。
3. 对于储能电感铁芯的选择与最小电感量的计算
由于开关工作频率为100 kHZ ，通过查阅手册，根据相关铁磁材料的特性曲线，确定选择ALSi Fe 磁环作为电感铁心，其突出的优点是品质因素随频率的增大而增大，且温度系数小。
为使输出电路中的电流连续，则储能电感的电感值必须满足以下条件：
MIN L ≥(0U U IN )0U /(2Lf MAX O I ,N I U ) （公式3.6）
式中，UIN=18V ，f=100kHZ ，IO.MAX=2A ，UO 在0～14V 范围内变化。根据以上数据，容易计算出储能电感的最小值为7.7цH 。
为了使输出的电流纹波系数小，在设计中采用两个MOSFET 开关管IRF5210构成斩波电路 ，分别由两路占空比一致、相位差相差180°的PWM 驱动信号控制，对后级的储能电感进行充电。由相关资料可知iL （t ）的波形，当两路相位差为180°、大小相同的电流叠加时，输出后的纹波系数将大大减小。
所设计的斩波与滤波稳流电路电原理图如图3.4所示。续流二极管选用快速恢复的高频二极管MBR745，通过反复调试后确定L1、L2的值，在输出端并联一个470цF 的电解电容储能，同时并联一个高频电容滤除高频成分。
沈阳工程学院毕业设计（论文）
C11
104
+C10
10uF
+C8470uF +C9470uF
12J5恒流源输出1
2J6
电流输出取样IR F5201
D3
MB R745IR F5201
D2
MB R745
L1
0.047mH
Q1
PWM1驱动信号Q2
PWM2驱动信号L20.047mH
R152R112R13
2R142VC C
L3
0.5mH
图3.4 斩波与滤波稳流电路电原理图
3.4电流检测电路设计
电流检测电路主要有电流/电压转换电路(I/V)、隔离型电流检测电路以及后级的A/D 转换电路组成。
电流/电压转换电路：
根据欧姆定律,在电路中串联一个已知的电阻,测量其两端的电压信号,就可以计算其电流值。由于需要采集的电流相对范围较宽，电阻的热稳定性能要好，所以设计中使用低温度系数康铜合金无感电阻串入电路，考虑到散热等问题，采用多个电阻进行串并的方式接入电路。
隔离型电流检测电路：
隔离型电流检测电路主要由HCNR200线性光电耦合器、两片高精度仪器运放OP27与其他一些辅助元件组成，其电原理图如图3.5 所示。电流信号被采集转换为电压信号后，经过一个OP27和三极管2N3906练级放大后送到HCNR200第2引脚，使其内部的LED 发光，该光分别照射在PD1、PD2上，反馈光电二极管PD1吸收光通量的一部分，从而产生控制电流IPD1由HCNR200引脚端3输出，经U5放大后，用来调节LED 的电流IF 以补偿LED
基于AT89C51的数控直流电流源设计
的非线性。输出光电二极管PD2产生的输出电流IPD2与LED 发出的伺服光通量成形性比例，IPD2由HCNR200引脚端6输出，经U6放大后由OP27引脚6输出电压信号，送ADS7841进行A/D 转换变成数字信号。通过调节电位器R23来改变增益，在系统调试中，仔细调节R23，是电流检测动态响应快、稳态误差最小后，保持电源器的位置不变。
+C2222uF +C2122uF C90.1uF C120.1uF C747pF
C1033pF C80.1uF C11
0.1uF
1
2J6
取样输入12J5采样输出
1
2
3J1
电源输入1234J3电源输入
D51N4001LEDVC C LED LED+15LED LED-15LED U6OP27U5OP27
Q9
2N3906R23
50K
R19200R46470R45470R44470R41470R17
2.2K R20270
R2133K
R40470R22
174K R18
6.8K
18
273
64
5U4HC NR200
图3.5 采用线性光电耦合器组成隔离型电流检测电路原理框图
3.5 单片机最小系统设计
单片机最小系统采用AT89S82最小系统。AT89S82单片机主要完成设定值的按键处理、对SG3525给定量的输出以及对输出电流值得采集和数值显示。为了调试的方便，将单片机的所有引脚接出，其中P0口作为数码管的断码信号及键盘输入功能复用，P2口作为数码管的位码使用。
3.6 A/D 、D/A 的转换电路设计
ADS7841芯片用于将电流检测电路输出的模拟电压信号转化成数字信号，其应用如图
3.6所示，在电源输入端并联一个0.1цF 的电容去耦，同时并联一个10цF 的电解电容来提高供电的稳定性。ADS7841的基准源由AD584可编程输出提供。AD584芯片能提供2.5V 、5.0V 、7.5V 、10V 四种基准源输出模式。根据其技术资料，将引脚端1和2短接就能实现5.0V 的基准源输出，并在引脚端6和7之间接一个0.1цF 的电容，能有效的提高抗干扰性能。
沈阳工程学院毕业设计（论文）
+VCC 1
DC LK 16CS 15CH02
DIN 14BUSY 13
CH13DOUT 12MODE 11
CH24GND 10
+VCC 9
CH35COM 6SHDN 7Vref
8ADS78410.1uF 0.1uF
+串行数据输出
时钟输入片选
串行数据输入
图3.6 ADS7841的应用电路
DAC7512主要完成对SG3525给定量的设定。为了增强其驱动能力，输出端接一个电压跟随器输出到SG3525的引脚端1。DAC7512的基准电压同样使用AD584提供。DAC7512 D/A 转换的应用电路如图3.7所示。ADS7841和DAC7512的基准电压源电路如图3.8所示：
10uF 0.1uF
-5V -5V +5V
5V
OPA703R2
10K R1
10K
VDD Vo ut DAC7512
图3.7 DAC7512的应用电路
全国大学生电子设计竞赛-数控直流电流源
数控直流电流源 摘要:本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。 关键词：STC89C52 数控电流源 Numerical Control DC Current Source Abstract: This paper introduces a design scheme of numerical control DC current source ,and gives the hardware composition and software flow as well as the source program. Use STC89C52 MCU as the core control circuit. 12 D/A module generates A steady the control voltage and 12 A/D module completes current measurements. The current-output ranges 20 to 2000mA, with "+" and "-" stepping for 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured result at the same time, for easy operation and error analysis. Keywords:STC89C52 Numerical control Current source 1 设计方案的选择 1.1电路综合设计流程
数控直流电流源程序
数控直流电流源程序
/* 跳线说明： 1）将EXP-LM3S811板卡上JP9、JP13跳至左侧（短接1-2）； 2）将EXP-min_system_board板卡上JP13、JP14、JP15、JP16跳至右侧（短接2-3。 操作过程： 1）将EXP-min_system_board板卡上K1拨动开关拨至ON状态，给液晶上电； 2）调节RP1电位器，使液晶有合适的背光； 3）上电，编译并下载程序，复位后全速运行程序；观察液晶显示的内容，再修改程序使之显示自己的内容。 */ #include "systemInit.h" #include "ADS7886.h" #include "TLV5616.h" #include "timer.h" #define CTL_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOC // 控制液晶所用的片内端口外设定义 #define CTL_PORT GPIO_PORTC_BASE #define SCK GPIO_PIN_4 // 定义信号SCK #define SID GPIO_PIN_5 // 定义信号SID #define CS GPIO_PIN_6 // 定义信号CS
#define PSB GPIO_PIN_7 // 定义信号PSB #define SCK_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0x00) // 定义信号输出低电平 #define SID_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0x00) #define CS_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0x00) #define PSB_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0x00) #define SCK_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0xFF) // 定义信号输出高电平 #define SID_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0xFF) #define CS_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0xFF) #define PSB_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0xFF) #define SID_READ GPIOPinRead(CTL_PORT,SID) // 定义读回的数据 #define SID_IN GPIOPinTypeGPIOInput(CTL_PORT,SID) // 定义SID信号为输入 #define SID_OUT GPIOPinTypeGPIOOutput(CTL_PORT,SID) //定义SID信号为输出 #define LED_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOB #define LED_PORT GPIO_PORTB_BASE #define LED GPIO_PIN_5 #define KEY_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOD // KEYS所接的端口 #define KEY_PORT GPIO_PORTD_BASE #define KEY GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_3|GPIO_ PIN_2|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_0 #define KEY_H GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4
电子设计大赛—简易数控直流稳压电源
一、项目参加人员、负责内容以及技术特长： 二、项目背景 数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。 随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。
数控直流稳压电源设计
数控直流稳压电源设计 [摘要]本文介绍了以8051单片机为控制单元，以数模转换器DAC0832输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块LM317的输出电压大小。该电路设计简单，应用广泛，精度较高等特点。LM317系列三端可调式集成稳压器的方法。 [关键词] 单片机（AT89C51），数模转换器（D/A），液晶，键盘
一、设计任务 设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。 二、设计要求 1.基本部分 （1）输出电压：范围0～＋15V，步进0.1V，纹波不大于40mV；（2）输入电压值由液晶显示； （3）自制键盘，可以由键盘输入电压值； （4）输出电压值在输出端用万用表测得。 2．发挥部分 （1）输出电压可预置在0～15V之间的任意一个值； （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V 不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。 图1设计示意图
目录 引言 (1) 1、设计原理与总体方案 (2) 2、硬件电路设计 (3) 2.1 DAC电路 (3) 2.2 AGC控制电路 (4) 2.3 键盘部分 (6) 2.4 显示部分 (7) 2.5 稳压输出 (8) 3、软件设计流程 (9) 4、总体设计电路 (10) 5、调试过程与结果分析 (11) 5.1调试过程 (11) 5.2结果分析 (11) 总结 (13) 参考文献 (14) 附录1 元件清单 (14) 附录 2 参考源程序…………………………………………… 15
引言 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多, 但均存在以下二个问题: 输出电压是通过粗(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。 而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。利用数控直流电源，可以达到每步0.04 V的精度，输出电压范围0-15V。。
基于数控直流电流源系统的设计
基于数控直流电流源系统的设计 摘要：随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，人们对数控恒定电流器件的需求越来越高。应社会发展的需求，对基于单片机控制的“数控直流电流源的设计”进行研究论证，并运用Proteus 软件进行仿真。以直流稳压电源和稳流电源为核心，结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。首先采用了单片集成稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元件实现稳流。为实现对输出电流的精确控制：一方面，通过Ｄ／Ａ输出实现电流的预置，再通过运算放大器控制晶体管的输出电流；另一方面，运用Ａ／Ｄ转换器件将输出电流的采样值送入单片机，与预置值进行比较，将误差值通过Ｄ／Ａ转换芯片添加到调整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。 Abstract：The requiements of numerical controlling constant current devices is increasing as development of electronic technology and expanding of digital circuit applicational field. As to satisfy society development, do a study based on " Numerical control dc current source design " of SCM controlling and apply Proteus to simulating software.DC（digital current ）V oltage regulator and DC current regulator is the key part of the design，its output current is controlled by single chip microprocessor,Firstly,single chip IC（integrated circuit）V oltage regulator LM338K is used to generate stable voltage, and then desperate devices is used to generate stabilize current . Tocontrol the output current ，on one hand ,system sets output current by D/A（digital／analogue converter and controls current of transistor by operational amplifier ；on the other hand ，with the help of A/D（analogue／digital）converter，system samples the output current and convert it into digital data ，compares it with preset value ，converts the error value into analogy and puts it on adjusting circuit ，and decreases the ripple of the system output current ．
数控直流电源设计
数控直流稳压电源1)输出电压：范围0~+9.9V，步进0.1V，纹波不大于8mV。2）输出电流：500mA。 3）输出电压值用数码管LED显示。 4）用+、—两键分别控制输出电压的步进增减。 5）为实现上述几个部件工作，自制一台稳压直流电源，输出+ 、-15V、+5V。 发挥部分：1）输出电压可预置在0~9.9V之间的任何一个值。 2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。 3）扩展输出电压种类（如三角波等）。 #include
简易数控直流电源设计的报告
简易数控直流电源
数控直流电源是一种常见的电子仪器，广泛应用于电路，教学试验和科学研究等领域。目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化发展。以单片机系统为核心而设计的新一代——数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用数输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。 关键词：数控直流电源单片机 ABSTRACT Numerical control dc power is a common electronic instrument, is widely used in the circuit, the teaching experiment and scientific research, etc. Current use of controlled most of the dc power supply is the point start, the use of the device division, big volume, low efficiency, poor reliability, operation convenience, not high failure. With the development of electronic technology, various kinds of electronic, electrical equipment to improve the performance requirements of power, the power supply, high efficiency, the constant digital modular and intelligent development. Based on the single chip computer system as the core and the design of a new generation of numerical control dc power, it-not only circuit is simple, compact structure, the price is low, superior performance, and because the single-chip microcomputer with the calculation and control ability, use it for data, so as to eliminate all kinds of calculation and reduce the error caused by the analog circuit, output voltage and current limit the number of the keyboard input way, the power supply appearance, convenient in operation, has higher application value. Key words：Numerical control dc power Single-chip microcomputer
数控直流电流源课程设计与制作
课程设计任务书 一、设计题目：数控直流电流源的设计与制作 二、主要内容及要求 1．功能与主要技术指标 （1）输出电流：0∽1A步进可调，调整步距4mA；误差≤0.1mA （2）输入电压：12V； （3）显示：输出电压值用LED数码管显示； （4）电流调整：由“+”、“-”两按键分别控制输出电流的步进增减； （5）输出电流预置：输出电流可预置在0∽1A之间的任意一个值； （6）其它：自制电路工作所需的直流稳压电源，输入电压为±12V，+5V； 三、进度安排 任务设计2012年3月12日—2012年3月16日 练习制作2012年3月19日—2012年3月23日
数控直流电流源设计与制作 一、设计任务和技术要求 1、设计一个数控直流电流源 2、输出电流0～1A，手动步进4mA增、减可调，误差不大于0.1mA； 3、负载供电电压＋12V，负载等效阻值10欧姆； 4、电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性； 二、总体设计方案原理及结构框图 数控直流电流源共有六部分组成，其中输出电流的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电流精确到0.1A以手动控制可逆计数器分别作加，减计数；控制数字量为8位二进制码：00000000～11111111增、减变化。 可逆计数器的二进制数字输出分两路运行，一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电流值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路）；数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电流，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电流。 图2-1电路结构原理框图
三、部分模块原理及结构图 1、74LS193芯片 74LS193具有同步可逆计数功能、异步清零功能、异步并行置 数和保持功能。 与 是为74LS193级联时使用的。级联时只要把低位的端、端分别与高位的CP U、CP D连接起来，各芯片的CR 端连接在一起, 端连接在一起，就可以了。 图3-1 74LS193引脚排列图和逻辑功能示意图CR异步清零端，高电平有效； 异步置数，低电平有效； CPU加法计数脉冲输入端，上升沿触发； CPD减法计数脉冲输入端，上升沿触发； 进位脉冲输出端； BO CO BO CO LD LD CO
数控直流电流源(F题)
数控直流电流源（F题） 设计者：彭浦能梁星燎林小涛 指导教师：王贵恩 摘要：本系统以直流电流源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达1mA，并可由数码管显示实际输出电流值和电流设定值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（AD7543）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。实际测试结果表明，本系统输出电流稳定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±5mA，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。 关键词：压控恒流源智能化电源闭环控制 The Digital Controlled Direct Current Source Abstract: For the system that DC source is center and 89S52 version single chip microcomputer (SCM) is main controller, output current of DC power can be set by a keyboard which step level of 1mA can be available, while the real output current and set value can be displayed by LED. In the system, the digital programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD7543), then the analog value that is isolated and amplified by operational amplifiers, is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. On the other hand, The constant current source can be monitored by the SCM system real-timely, its work process is that output current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by ADC, finally the digital value as a feedback loop is processed by SCM so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is designed. The test results have showed that the system can output a stable current, which has no influence with load and environment temperature, and can output a precise current of ±5mA error with a width, which can be set liberally in 20mA~2000mA, so it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low power. Keywords: voltage-controlled constant current source ; intelligent power ; closed loop control 总体方案论证与比较 方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。 方案二：采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，通过改变AD7543的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流转换成电压，并经过ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，
数控直流稳压电源的设计终审稿)
数控直流稳压电源的设 计 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
数控直流稳压电源的设计 一、 设计任务和要求 设计一个数控直流稳压电源。 1. 基本要求： 1) 利用实验室提供的低压交流电源，设计整流、滤波、稳压电路； 2) 至少能输出4个档：3V 、5V 、9V 、12V ，用数码管显示； 3) 输出电流要能达到1A 以上，且纹波≤5mV 。 2. 发挥部分： 1) 输出增加了一个7V 的档，进而变为5个档；手动开关控制档的转换。 2) 用ADC0809（模/数转换器）将输出的电压模拟量转换为数字量并输出给译码显示电路 以显示正确数字。 二 方案论证 1.可调稳压控制部分 方案一:直接由开关控制档位 5 个单刀单掷开关 手动控制开关,使输出电压分别为 此方法电路简 单, 控制方便. 方案二;由多路模拟开关在脉冲CP 的作用下来控制开关 CP 脉冲
由脉冲控制多路模拟开关,脉冲由信号源直接给定.此方法比依赖与信号源的CP,且不容易控制. 综合的看上述两种方案,方案一电路简单,控制方便;方案二对CP 的依赖性比较大,在实际应用方面不够灵活.因此对可调稳压器的控制部分应采用方案一. 2.显示电路 方案一:模拟量经模数转换电路输入后，输出转换成数字量，再利用一片共阴极七段显示器显示，结构框图如下： → → → 此方案的优点是比较直观，易懂，而且容易调试，也能满足题目中所给的要求，但是当输出电压为 12v 时, 显示器显示以乱码＂└┘＂代替，不利于读数。 方案二：以方案一为基础，在经过模数转换输出后，加入一些简单的逻辑门，再利用两片共阴极七段显示器显示，结构框图如下： ↗ → ↘ 的要求。 上述两个方案经实践证明均可行，但方案一不能很好的显示两位十进制数，故选择方案二。 二、 设计方案
高精度数控直流电流源
１ 引言 “高精度数控直流电流源”是２００５年全国大学生电子设计大赛的题目。由于题目的要求指标比较高，用普通的模拟直流电流源无法满足，我们构造了以单片机８９ｃ５１为中心控制器的直流电流源系统。因此在要求输出范围不变的前提下，将其他指标提高了近十倍。 ２ 电源系统框架 本文在文献［１￣３］的基础上构造电源系统框架；该系统由单片机数据处理模块、Ａ／Ｄ数据输入模块、Ｄ／Ａ输出模块、恒流源模块及键盘和显示模块（ＬＣＤ）等几部分组成，如图１所示。其中单片机最小系统实现了主要的数控功能， 是本控制电路的核心，由它来控制输出电流值，并 控制步进调节。控制电路的采样信号和控制信号传输通道分别用ＡＤＣ７１３５和ＡＤ７５４１Ａ来实现。３ 硬件电路 ３．１单片机的最小系统 本系统使用的最小系统板是以８９ｃ５１单片机［４］ 为内核，并且具有良好的扩展性。ＣＰＵ接有１１．０５９２ＭＨＺ的晶振，ｘ５０４５看门狗电路［４］，７４ｌｓ３７３锁存电路、７４ｌｓ１３８译码电路以及按键、显示器件、ＡＤＣ７１３５电路板插槽并用８２５５［５］外扩了Ｉ／Ｏ接口［６］。如图２所示。 本系统中通过８２５５外扩了ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ共２４个Ｉ／Ｏ口，以便作为系统的输入输出通道。用 ７４ｌｓ１３８的输出作为各个芯片的译码选择端， 除最小系统中使用的Ｙ２外，其余可供其它扩展使用。３．２电流源电路 本系统的电流源电路是一闭环控制电路［７］，根据采样信号与设定值的偏差放大处理实现自校正， 从而使输出电流更稳定，可控性更高，如图３所示。 ３．３ＡＤＣＩＣＬ７１３５信号采集电路 ＩＣＬ７１３５具有低噪音、 无需外部其他器件、长期高精度数控直流电流源 王永德，赵宏才，马石岩，张召友，刘士军 （青岛理工大学自动化工程学院，山东青岛２６６０３３） 摘 要：以单片机８９ｃ５１为中心控制器构成的直流电流源，控制电路的采样信号和控制信号传输通道分别用 ＡＤＣ７１３５和ＡＤ７５４１Ａ来实现。使得控制精度达到了步进１ｍＡ，量程２０ｍＡ￣２０００ｍＡ，纹波电流≤０．２ｍＡ，远远的超过题目要求。 关键词：电流源；单片机；ＩＣＬ７１３５、ＡＤ７５４１芯片中图分类号：ＴＮ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－７１８０（２００７）０２－０１２０－０４ ＨｉｇｈＰｒｅｃｉｓｉｏｎＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｒｏｌＤＣＣｕｒｒｅｎｔＳｏｕｒｃｅ ＷＡＮＧＹｏｎｇ－ｄｅ，ＺＨＡＯＨｏｎｇ－ｃａｉ，ＭＡＳｈｉ－ｙａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈａｏ－ｙｏｕ，ＬＩＵＳｈｉ－ｊｕｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅＤＣｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｗｉｔｈｍａｉｎｃｏｎｔｏｌｌｅｒｔｈａｔｉｓｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ８９ｃ５１．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｈａｎｎｅｌｓｏｆｓａｍｐｌｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＴｈｅＡＤＣ７１３５ｉｓｕｓｅｄｔｏｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｉｇｎａｌｃｉｒｃｕｉｔａｎｄＡＤ７５４１Ａｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｄｅｘｅｓａｒｒｉｖｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｓｔｅｐ１ｍＡ，ｍｅａｓｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ２０ｍＡ～２０００ｍＡ，ｖｅｉｎｗａｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｗｉｔｈｉｎ０．２ｍＡ．Ｔｈｅｓｅｉｎｄｅｘｅｓｈａｖｅｌａｒｇｅｌｌｙｅｘｃｅｅｄｅｄｄｅｍａｎｄｉｎｄｅｘ－ｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｐｏｗｅｒ；Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ；ＩＣＬ７１３５ｃｈｉｐａｎｄＡＤ７５４１ｃｈｉｐ 收稿日期：２００６－０３－１７
数控直流电流源设计综述
信息与控制工程学院硬件课程设计说明书数控直流电流源设计 学生学号： 学生姓名： 专业班级：自动1003班 指导教师： 职称：讲师 起止日期：2013.03.11 ?2013.03.31 吉林化工学院 Jil in In stitute of Chemical Tech no logy
信息与控制工程学院硬件课程设计说明书 课程设计任务书 一、设计题目：数控直流电流源 二、设计目的 1.掌握STC89C5单片机最小系统及接口电路的设计； 2.熟练掌握单片机的编程方法； 3.掌握利用DXP软件绘制电路图的方法； 三、设计任务及要求 设计并制作数控直流电流源。输入交流200?220V,50H z;输出电流W 10V,输出电流范围为 20 ?2000mA 四、设计时间及进度安排 设计时间共三周(2013.03.11?2013.03.31 ),具体安排如下表: 五、指导教师评语及学生成绩
摘要：该数控直流电流源以精密压控电流源为核心、用单片机、DAC组成控制电路，引入“S类”反馈控制功率放大电路，实现超精密电流控制、具备精准的扩流能力、低失调、有步进、同时带有丰富扩展功能的精密电流源。经过ADC采样，完成输出电流显示功能， 并使输出范围覆盖0?2A,是理想的电流源解决方案。 关键词：精密电流源低失调S类功率放大器 Abstract: The direct curre nt source of nu merical con trol bases on accurate VCCS, using MCU and DAC as con troller kern el, import ing circuit of power amplificatio n of type S with feedback control; achieves ultra accurate current control; has low offset and excelle nt capacity for curre nt enlarging; has step by step moti on. At the same time, it provides abundance extended functions. According to the ADC sampling, it carries out the function of display ing the curre nt output, mean while it achieves a range of 0 to 2A. Above all, it is an ideal solution of current source. Keyword: accurate curre nt source , low offset , power amplificati on of type S
数控直流电流源的设计与实现
数控直流电源的设计与实现 一、实验目的 １．了解数控技术和电源技术。 ２．熟悉微机原理及其接口技术。 ３．运用微机系统实现一个数控直流电源。 二、实验内容与要求 基于80x86实验箱平台设计并制作数控直流电源。要求由键盘预置输入直流电压在0～＋9.9V之间的任意一个值，数控直流电源输出，且输出电压与给定值偏差不大于 0.1V。 主要技术指标： （1）输出电压：范围0～＋9.9V，纹波不大于10mV，电压值由数码管显示； （2）具有“+”、“-”步进调整的功能，步进0.1V； （3）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。 三、实验报告要求 １．设计目的和内容 ２．总体设计 ３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 ４．软件设计框图及程序清单 ５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法） 四、总体设计 采用8086处理机构成该系统的核心——数控模块，与基本接口实验板相连，通过软件编译实现设计各种功能的实现，输出部分也不再采用传统的调整管方式，而是在D/A转换后，经过稳定的功率放大电路得到。由于使用了微处理器，整个系统可编程实现，系统的灵活性大大增加。系统设计框图如图1所示。
图1 方案三系统设计框图 为实现数控直流电源的各项功能，系统分为三个组成部分：键盘/显示电路，数控模块，稳压输出电路。下面介绍系统各部分的基本功能： （1）键盘/显示电路：该电路的显示部分又可分为电压预制值显示电路和电压实际输出值显示电路。系统利用可编程并行接口8255单元电路构成实验板上4*4小键盘的接口和LED 数码管电路的接口，从而识别键码同时显示电压预置值；在得到实际输出值后，实验板上提供了模数转换ADC0809单元电路，转化成数字量后传递给LED数码管就可以显示实际输出值。 （2）数控模块：该部分主要由8086微处理器和数模转换DAC0832单元电路组成。其中通过编写汇编语言程序控制8086微处理器快速完成各功能所需的复杂运算，然后数模转换电路DAC0832可将运算所得的数字量转换为模拟量。 （3）稳压输出电路：由于通过模数转换电路输出的电压值大小有限制，通过使用运算放大器作前缀的功率放大电路，即可满足系统所需电压，又可大大减小纹波电压。功率放大电路通过外扩电路实现。 五、硬件电路设计 本课题的设计可通过实验平台上的一些功能模块电路组成，由于各模块电路内部已经连接，用户在使用时只要设计模块间电路的连接，因此，硬件电路的设计及实现相对简单。完整系统的硬件连接如图2所示。
(完整word版)基于单片机的数控直流稳压电源的设计
基于单片机的数控直流稳压电源的设计 作者姓名 专业电气工程及其自动化 指导教师姓名 专业技术职务讲师
目录 摘要 (1) 第一章引言 (1) 1.1.数控电源的发展史 (1) 1.2.数控电源的应用范围 (2) 1.3.数控电源的优点 (2) 第二章系统的设计要求和方案选择 (3) 2.1.设计要求 (3) 2.2.方案论证与比较 (3) 2.2.1稳压电源的选择 (3) 2.2.2 数字显示方案 (4) 第三章系统硬件设计 (4) 3.1.系统设计 (4) 3.2.微控制器模块 (5) 3.2.1 8051单片机的性能 (5) 3.2.2 8051单片机的最小系统 (6) 3.3.电源模块 (7) 3.3.1单片机供电模块 (7)
3.3.2整流滤波电路和+5v供电模块 (7) 3.4.W117电阻网络和继电器驱动电路 (8) 3.5.显示电路 (10) 3.6.键盘电路 (10) 第四章软件 (11) 4.1.主程序 (11) 4.2.扫描键盘程序 (17) 4.3.显示驱动程序 (18) 第五章总结 (23) 第六章附件（电路图） (24) 参考文献 (25) 致谢 (26)
摘要 数控直流稳压源就是能用数字来控制电源输出电压的大小，而且能使输出的直流电压能保持稳定、精确的直流电压源；数控电源是针对传统电源的不足设计的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性，市场前景广阔。在本文中控制部分主要以8051单片机为核心制作控制电路，稳压部分主要以w117为核心制作三端稳压电路，显示部分采用数码管显示，输入采用键盘式输入再加一个驱动电路；通过软件编程有效的实现可控、可显的电源输出。 关键词：直流稳压电源；8051单片机；数码管显示。 第一章引言 1.1. 数控电源的发展史 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。 随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。 数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用。 到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部
数控直流电源设计
） 数控直流稳压电源 1)输出电压：范围0~+，步进，纹波不大于8mV。 2）输出电流：500mA。 3）输出电压值用数码管LED显示。 4）用+、—两键分别控制输出电压的步进增减。 5）为实现上述几个部件工作，自制一台稳压直流电源，输出+ 、-15V、+5V。 发挥部分：1）输出电压可预置在0~之间的任何一个值。 2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进不变）。 3）扩展输出电压种类（如三角波等）。 ￥ #include <> #include <> #define uchar unsigned char （ #define uint unsigned int #define DataPort P2 sbit LCM_RS=P1^5; sbit LCM_RW=P1^6; sbit LCM_EN=P1^7; sbit K1=P3^4; sbit K2=P3^2; 》 sbit K3=P3^0; sfr P1ASF=0x9D; sfr ADC_CONTR = 0xbc; sfr ADC_RES = 0xbd; sfr ADC_RESL= 0xbe; void GET_AD_Result(); void AD_init( ); 》 extern void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc); extern void InitLcd(); extern void DisplayoneChar(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char DData); extern void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar code *DData);