基于SPCE061A单片机控制的直流恒流源的设计
第22卷 第3期2010年9月 塔 里 木 大 学 学 报
J ournal of Tari m Un ivers i ty
Vo.l22No.3
S ep.2010
文章编号:1009-0568(2010)03-0042-05
基于SPCE061A单片机控制的直流恒流源的设计
麦冬1 王建华2 谢飞3 周鹏4*
(1塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉尔843300)
(2阿克苏电力有限责任公司职工教育培训中心,新疆阿克苏843000)
(3长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙410114)
(4塔里木大学信息工程学院,新疆阿拉尔843300)
摘要 本系统设计是以凌阳SPCE061A单片机为核心控制器,具有电流可预置、可步进调整、输出的电流信号和预置的电流信号可同时显示的数控直流电流源。设计通过键盘按键对电流值进行预置,凌阳SPCE061A单片机送出相应的数字信号,经过D/A转换、信号放大、电平转换、压控恒流源,再输出所需电流,实现输出的电流经过精密电阻变成取样电压信号,经高输入阻抗放大器、A/D转换器,将信号反馈到凌阳SPCE061A单片机中构成闭环控制,并通过液晶显示器显示此信号的值。本设计具有精度高,性能好,性价比高,稳定性好,智能化程度高。
关键词 单片机控制; 可预置; 直流电流源
中图分类号:T P368.1 文献标识码:A DO I:10.3969/.j i ssn.1009-0568.2010.03.009
B ased on S PEC061A S
C M Control
D esign of DC Current Source
M a iDong1 W ang Jianhua2 X ie Fe i3 Zhou Peng4*
(1Co llege ofM echan ic and E lectrical Eng i n eering,T ari m U niversity,A lar,X injiang843300) (2Aksu Po w er Co m pany W orkers Educati o n T raining Center,Aksu,X injiang843000)
(3Auto m o tive and M echanical Eng i n eering Changsha,Changsha Un iversity of
Science&Techno logy,Changsha,H unan410114))
(4Co llege of I nfo r m ation Eng i n eeri n g,Tari m U niversity,A lar,X i n jiang843300)
Ab stract The syste m desi gn is based on sunplus SPEC061A M CU as t he co re contro ller,On l y curren t can be prest,canbe S teppi ng adj ust m ents,the ou t put current s i gna l and w ith the Current s i gna l can be displayed si m u ltaneousl y CNC DC po w er supply.D esign of t he keyboa rd K eys on the current value t o preset,sunpl us SPCE061A sent t he correspond i ng d i g ita l signa lM CU,a fter D/A converter,si gnal fire,comm en t conve rsion,voltage-contro lled current source,exper i m ental ouput curren t t hrough t he prec i s i on resistor i nto a voltage sig na l samp li ng,the h i gh inpu t i m pedance a m plifier,A/D converter,the signa l l ocked i n t o sunplus CPSE061A constit u te a closed-loop con tro lm icrocompu ter,through the LCD d i sp lay show s the va l ue o f t he signa.l Th is desi gn has a h i gh prec isi on,good perfo r mance,cost -effecti ve,H i gh stab ility,h i gh degree o f i nte lli gence.
K ey w ords SC M contro;l can prese t;DC powe r fl ow
电能变换技术是一种应用功率半导体器件,综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术。随着科学技术的发展,电能变换技术又与现代控制理论、微机原理、单片机、微
收稿日期:2009-12-07
基金项目:新疆生产建设兵团质量工程精品课程教改项目(200905);塔里木大学高等教育教学研究项目(TDG J0914);塔里木大学质量工程重点课程建设项目(TDZGKC09081)。
作者简介:麦冬(1988-),汉,本科,电气化10-2班学生。 *为通讯作者 E-ma i:l zpzqxy@163.co m
第3期麦冬等:基于SPCE061A 单片机控制的直流恒流源的设计电子技术等许多领域密切相关。当前,电能变换技术正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。随着各行各业的迅猛发展,对电能变化提出了更高的要求。而本设计利用功能较强、兼容性好、性价比高SPCE061A 单片机为核心控制器,设计出具有精度高、性能好、性价比高、稳定性好、智能化程度高的数控直流恒流源,所以新型、自动化程度高的电源成为近年来科技领域中相当受重视的领域。
1 主电路的设计
凌阳SPCE061A 单片机功能较强、兼容性好、性价比高,具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗小以及具有较高的数据处理和运算能力,系统最高时钟频率可达49MH z ,运行速度快,而且由于凌阳SPCE061A 单片机内部集成了A /D 、D /A 转换器,不需外加A /D 、D /A 器件
[1]
。通过采样取样,结合
内部A /D 、D /A,构成闭环反馈调整控制,此种方案既能实现智能化的特点,简化硬件电路,提高测量精度,同时也能利用软件对测量误差进行补偿,这给调试、维护和功能的扩展、性能的提高,带来了极大的方便。采用SPCE 061A 实现系统框图,如图1所示
:
图1 SPCE061A 实现系统框图
2 软件硬件电路设计
SPCE061A 系统工作原理为:当有键盘按键对电流值进行预置时,SPCE061A 单片机把所预置的数值送到液晶显示器显示,同时作为电流源的给定
值,并输出相应的数字信号,通过D /A 转换,使数字信号变成模拟电流信号,此电流信号经I /V 模块转换成相应的电压信号,此电压信号经过压控恒流元
件场效应管I RF640来产生相应的电流值,场效应管
的漏极电流即为恒流源的实际输出电流[2]
。场效应管的漏极电流近似于源极电流,源极电流经过采样电阻后转化为电压信号,凌阳SPCE061A 单片机采集此信号,作出相应的调整处理后输出显示,作为电流源的自测表的输出值[3]
。系统的硬件连接图如图
2
所示。
图2 系统硬件连接图
2.1 硬件设计
本系统硬件电路主要包括凌阳SPCE061A 单片
机最小系统、键盘与显示电路、I-V 模块、压控恒流源电路、电源电路等。下面分别说明各个电路模块。2.1.1 数模、模数转换器设计
根据系统要求计算,D /A 最少必须达到11位,凌阳单片机SPCE061A 内部集成有两个10位D /A 和七路10位A /D 可供使用。10位D /A 的精度是1/1024,而题目要求输出电流2A 的时候步进值为1mA,即精度至少为1/2000。考虑到SPCE061A 有两个内部集成的10位电流型输出D /A,若把两个10位D /A 并联使用,步进时交替加1或减1,则精
度可达到1/2048,即相当于一个11位D /A 的精度,完全满足要求,又节约了外部硬件资源,可大大提高整个系统的性价比。2.1.2 压控恒流源电路设计
压控恒流源是系统的重要组成部分,它的功能是用电压来控制电流的变化,由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高,所以选好压控恒流源电路显得特别重要。电路原理图如图3所示,该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q 1、采样电阻R 2、负载电阻R L 等组成
[4]
。
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卷
图3 压控恒流源原理图
电路中调整管采用大功率场效应管I RF640,采
用场效应管,更易于实现电压线性控制电流,既能满足输出电流最大达到2A 的要求,也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时,漏电流I d 近似为电压Ugs 控制的电流,即当U d 为常数时,满足:I d =f(U gs),只要U gs 不变,I d 就不变。在此电路中,R 2为取样电阻,采用康铜丝绕制(阻值随温度的变化较小),阻值为0.35欧。运放采用OP-07作为电压跟随器,U I =U p =U n ,场效应管I d =I s (栅极电流相对很小,可忽略不计)所以I 0=I s =U n /R 2=U I /R 2。正因为I 0=U I /R 2,电路输入电压U I 控制电流I 0,即I 0不随R L 的变化而变化,从而实现压控恒流。2.1.3 键盘显示电路设计
键盘采用普通的4 4矩阵式键盘,共有16个
按键,选取凌阳128 64点阵式SPLC501液晶显示
模块[5]
。这种显示方式非常直观,用户可以从显示器上看到很友好的界面,而且点阵式LCD 的显示内容非常灵活,用户可以同时从显示器上看到汉字提示和两个电流值:其一为预先设定的电流值,即期望值;其二为输出电流的实测值,正常工作时两者相差很小。一旦出现偏差较大的状况,在一定范围内系统能自动调整,使误差满足精度要求。2.1.4 电源电路设计
设计电源时既要保证电源的高稳定度,也要保证电源能输出大于2A 的电流,故本系统采用三级管
扩流,而且在使用电源时必须充分考虑电源的效率。电源电路采用L M 317和LM 337,其输出电压是连续可调的,输出电压调到为+15V 和-15V 来供给硬件电路使用,其中-15V 的电源是供运放使用,不需要扩流;而+15V 的电源的负载电流要求不低于2A,所以采用三级管扩流,另外用L M 7805产生+5V 的电压供凌阳SPCE061A 单片机使用[6]
。
2.2 软件设计
首先初始化系统,即凌阳SPCE061A 单片机系统的初始化,液晶显示器显示欢迎界面!数控恒流源H ua Q iao Un iversity ?,D /A 、A /D 模块的初始化;系统默认设定值为1000mA;然后凌阳SPCE061A 单片机便不停地进行键盘扫描,根据扫描得到的键值进行相应地操作
[7]
,见图4
主程序流程图。
图4主程序流程图
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第3期麦冬等:基于SPCE061A单片机控制的直流恒流源的设计
3 系统的测试
3.1 测试方法
测试仪器主要采用台湾固伟电子负载和4位半数字万用表进行测试,是将各个模块连接,然后进行预设电流值和实际输出电流值对比测试,记录两者之间的偏差,并进行软件修正。
3.2 误差测量
3.2.1 负载为1欧姆测量数据如表1:
表1 负载为1欧姆其测量数据
预设电流值(mA)实际输出电流值(mA)绝对误差(mA)相对误差%
00.00010.00010
234.0230.263.740.41
546.0541.674.330.12
702.0702.330.330.24
858.0862.794.790.44 1287.01295.898.890.61 1677.01675.671.330.11 1996.81995.331.460.04
3.2.2 负载为5欧姆测量数据如表2:
表2负载为5欧姆其测量数据
预设电流值(mA)实际输出电流值(mA)绝对误差(mA)相对误差%
00.00010.00010
234.0232.261.740.43
546.0540.670.670.11
702.0700.331.670.24
858.0861.783.780.41 1287.01294.897.890.61 1677.01674.672.330.14 1996.81997.670.870.04
3.2.3 负载为10欧姆测量数据如表3:
表3 负载为10欧姆其测量数据
预设电流值(mA)实际输出电流值(mA)绝对误差(mA)相对误差%
00.00010.00010
234.0231.272.730.43
546.0545.670.330.12
702.0701.330.670.21
858.0861.786.130.44 1287.01294.897.880.61 1677.01676.670.330.11 1996.81997.330.530.04
测试记录中的I和U分别为流过负载电阻R L的实测电流值和R L两端电压值。测试电路如图5所示
:
图5 压控恒流源测试
经测试:在负载一定下,预设电流值与实际输出的电流值相对误差保持在0.74%,相对误差很小,精度很高。随着负载的变化,预设电流值与实际输出的电流值几乎不会产生很大的影响,有很强的稳定性能。
4 结束语
随着电力电子技术的飞速发展,现代直流电源正朝着高精度、高功率因数、模块化、全数字化的方向发展。实现高精度的有效途径是采用软开关技术数字信息处理的任务在很大程度上需要由单片机来完成,随着单片机的开发与费用的下降,单片机技术已成为人们日益关注并得到迅速发展的前沿技术。本文基于单片机控制技术,设计出高精度、高性价比、高智能化、好性能、好稳定性的开关电源,并就其研发过程中涉及的硬件电路设计、SPCE061A技术等方面进行了探讨。本文所设计的直流电源是切实可行的,可以作为精度要求较高的一类负载的电源等,具有广阔的应用前景。
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参考文献
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可调恒流源设计
设计要求；设计一可调恒流源电路，输出电流范围2mA～20mA,最小刻度0.5mA,波动小 于0.1 mA 可调恒流源设计 摘要 本系统以直流电流源为核心，MC34063为主控制器，通过电位器来设置直流电源的输出电流，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（AD0804）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。 关键字:MC34063，恒流源，单片机，A/D
Adjustable constant current source design Abstract In this system the DC source is center and MC34063 is main controller, output current of DC power can be set by a potentiometer which step level reaches 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LED. In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD0804), then the analog value which 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 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 so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is designed.. Key wards:MC34063, constant current source, single chip microcomputer, A/D
数控直流电流源(线性恒流源)
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 DCCurrent 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. UseSTC89C52MCU 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 "-" steppingfor 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured resultat the same time,for easy operation and error analysis. Keywords:STC89C52 Numerical controlCurrent source 1设计方案的选择 1.1电路综合设计流程
基于单片机的恒流源设计论文
基于单片机的恒流源设计 摘要 恒流源在日常生活中扮演着重要的角色，很多电子设备需要工作时候的电流处于稳定状态。我们把可以保证给工作中负载供给恒定电流的电源叫做恒流源。恒流源的用途很丰富，它能够在脉冲或者差动放大电路中产生作用，同样也能够作为它的有源负载，又可以提供给放大电路偏流用来使它的静态功能工作点处于稳定。 本文介绍了一种基于AT89C52单片机的数控恒流源的研制，该系统主要是由单片机系统电路、DAC转换电路﹑恒流电路。设计的恒流系统具有精度高、稳定性高的特点。在数字输入信号部分主要是利用单片机输出的数字量同时配有按键数字键控功能。DAC转换模块将单片机输出的数字量转换为模拟量，以作为恒流电路的基准电压。恒流电路部分以集成运放和达林管组成的电流负反馈电路来实现电流的恒定输出。 本设计为了增加人机交互采用数码管显示，可以使得数控恒流的效果更加直观。本文阐述了精确实现恒流源的原理设计、完整的硬件原理图和软件流程图，并对部分软件模块的设计思想进行分析。与此同时，也对生活中的可实现性进行仔细测试和仿真。 关键词：AT89C51;单片机;DA转换;恒流源。
Abstract Constant current source in everyday life plays an important role in many electronic devices need to work in a stable state when the current. We can guarantee that the work load to a constant current power supply is called the constant current source.Constant current source uses a very rich,it can in the differential amplifier circuit in the pulse or an effect, it also can be used as an active load, and can be used to provide bias current to the amplification circuit of the static function of the operating point so that it is stable. This paper introduces a numerical constant current source AT89C51 microcontroller development, the system is dominated by single-chip system circuit, DAC converter circuit﹑constant current circuit. Designed constant current system with high precision,high stability characteristics.In the main part of the digital input signal is digital output using the same chip with digital keying function keys. DAC conversion module microcontroller digital output is converted to analog,as the reference voltage constant current circuit. Part of an integrated constant current circuit op amp tubes and Darling current negative feedback circuit to achieve a constant current output. The design of human-computer interaction in order to increase the use of digital tube display, you can make the effect more intuitive numerical constant. This paper describes the precise design principles to achieve a constant current source, a complete hardware schematics and software flow chart, and part of the software module design ideas for analysis.At the same time, but also the life of the realization careful testing and simulation. Key words:AT89C51；SCM; DA conversion; constant current source
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 ．
几种简单恒流源电路1
几种简单的恒流源电路 恒流电路应用的范围很广，下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。 1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示： 电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vin及环境温度的变化而变化，所以 这个电路在精度要求有些高的场合不适用。 2.由LM317组成的恒流电路如图2所示，I＝Iadj＋Vref/R
基于单片机的恒流源.doc
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、数字化已经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，设备和外围条件就越优越，那么设备的寿命就更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需要越来越迫切。 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分。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。数字化智能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。 当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流源方面特别是数控恒流源的技术菜刚刚起步有待发展，高性能的数控横流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。本数控直流恒流源系统输出电流稳定，不随负载和环境变化，并且有很高的精度，输出电流误差范围很小，输出电流可在一定范围内任意设定，因而可实际应用于需要稳定度小功率横流源的领域。
数控直流恒流源设计报告
数控直流恒流源设计报告 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，并可由液晶显示电流设定值和实际输出电流值。本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器（tlv5618）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/电压转换后，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，通过数字量形式的反馈环节，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，本系统能有效应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域 关键字 压控恒流源智能化电源闭环控制 设计任务与要求 1.1设计任务 设计并制作一个数控直流电流源。输入的交流电压220～240V,50Hz；输出的直流电压≤10V。其原理示意图1如下所示。 图1 设计任务示意图 1.2技术指标 基本要求： （1）要求电压输出范围：200～2000mA； （2）可设置并输出电流给定值，要求输出电流和给定电流的偏差的绝对值≤给定值的1%+10mA；
（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA； （4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流的变化的绝对值≤ 输出电流的1%+10mA； （5）纹波电流≤ 2mA； （6）自制电源。 发挥部分： （1）输出电流范围为20~2000mA，步进为1mA； （2）设计、制作测量并显示输出电流的装置（可同时或交替显示电流的给定值或实测值），测量误差的绝对值≤测量值的0.1%+3个字； （3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤ 输出电流的0.1%+1mA； （4）纹波电流≤0.2mA; （5）其他。 2．方案比较与论证 2.1.1各种方案比较与选择 方案一：采用中小规模集成电路构成的控制电路。由三段可调式集成稳压器构成的恒流源。 以W350为例，其最大的输出电流为3A，输出电压Uo′为1.2～33V。其典型的恒流源电路如图2所示。
数控直流恒流源的设计与制作
数控直流恒流源的设计与制作 本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，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±4mA，因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源的领域。 1 系统原理及理论分析 1.1单片机最小系统组成 单片机系统是整个数控系统的核心部分，它主要用于键盘按键管理、数据处理、实时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整。主要包括AT89S52单片机、模数转换芯片ADC0809、12位数模转换芯片AD7543、数码管显示译码芯片74LS47与74LS138等器件。 1.2系统性能 本系统的性能指标主要由两大关系所决定，设定值与Ａ/Ｄ采样显示值（系统内部测量值）的关系。内部测量值与实际测量值的关系，而后者是所有仪表所存在的误差。 1.3恒流原理 数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中OUT1和OUT2是电流的输出端。为了实现数控的目的，可以通过微处理器控制AD7543的模拟量输出，从而间接改变电流源的输出电流。从理论上来说，通过控制AD7543的输出等级，可以达到1mA的输出精度。但是本系统恒流源要求输出电流范围是20mA~2000mA，而当器件处于2000mA的工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管 值下降，从而导致电流不能维持恒定。为了克服大电流工作时电流的波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流的波动，此反馈回路采用数字形式反馈，通过微处理器的实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节。经测试表明，采用常用的大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善。电路反馈原理如下图所示。 2 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，
电子课程设计数显可调稳压恒流源
数显可调稳压恒流源 设计 简易数控直流稳压电源设计与仿真 摘要本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数码管显示，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A 转换器，译码显示等电路，具有控制精度高制作比较容易等优点。
关键词稳压电源；数控；数模转换；可逆计数 第1章绪论 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。 本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，可用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计，没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A 转换器，译码显示等电路；具有控制精度高，制作比较容易等优点。 第2章电路设计 2.1电路设计方案 本文介绍的简易数控直流稳压电源共有六部分组成，其中输出电压的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电压精确到0.1V去控制可逆计数器分别作加，减计数；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压值；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，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电压。 由于题目是数控稳压电源，并且有精确的步进值，因而不适合采用普通的串并联方式的线性稳压电源。且由于电路结构简单，集成度高，可以很容易的实现精确的递增和递减的功能控制。 随着数字器件的发展，构造一个精确的可逆计数器很容易实现。由于所要完成的逻辑功能并不复杂，因而没有采用单片机。可逆计数器的输出是依次递增或递减的数字量，经过D/A转换后变成模拟电压值。由于电压的数值可以把输出的模拟电压经过A/D转换再显示，也可以直接把D/A转换前的数字量直接经译码显示。 在前一种方法中，由于要用到复杂的A/D转换及其控制电路，其精确度难以保证从而增加设计难度;在后一种方法中驱动数码管的信号直接由可逆计数器而来，所以不存在A/D转换间的误差问题，所以采用后一种方法。 其原理方框图和总体 控制电路图如下图所示：
数控直流恒流源设计方案与制作
数控直流恒流源地设计与制作 本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000m/范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高地精度，输出电流误差 范围土4mA,因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源地领域 1系统原理及理论分析 1.1单片机最小系统组成 单片机系统是整个数控系统地核心部分，它主要用于键盘按键管理、数据处理、实时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整?主要包括AT89S52单片机、模数转换芯片ADC0809 12位数模转换芯片AD7543数码管显示译码芯片74LS47与74LS138等器件.b5E2RGbCAP 1.2系统性能 本系统地性能指标主要由两大关系所决定，设定值与A / D采样显示值（系统内部测量值）地关系.内部测量值与实际测量值地关系，而后者是所有仪表所存在地误差? 1.3恒流原理 数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中0UT1和OUT2是电流地输出端?为了实现数控地目地，可以通过微处理器控制AD7543地模拟量输出，从而间接改变电流源地输出电流?从理论上来说，通过控制AD7543地输出等级，可以达到1mA地输出精度.但是本系统恒流源要求输出电流范围是 20mA~2000mA而当器件处于2000mA地工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管“值下降，从而导致电流不能维持恒定.为了克服大电流工作时电流地波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流地波动，此反馈回路采用数 字形式反馈，通过微处理器地实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节.经测试表明，采用常用地大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善.电路反馈原理如下图所示.p1EanqFDPw 2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
最简单的恒流源LED驱动电路
WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻，采用热敏电阻补偿法的LED恒流源，具有电路简洁，可靠性好,组合方便，经济实用，适用各种LED头灯，日光灯，路灯；车船灯,太阳能LED庭院灯；LED显示屏等对恒流的需求。是专门针对LED照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降，即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上是个致命的缺陷，直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如，常温25℃时LED最佳工作电流20mA，当环境温度升高到85℃时，PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。更为严重的是，温度的上升，引起光谱波长的偏移，造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化，发光亮度逐步衰减。同样，当环境温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足，一般在LED灯的相关产品上，通常采用如下措施：1.将LED装在散热板上，或风机风冷降温。2.LED采用恒流源的供电方式，不因LED随温度上升引起使回生电流增加，防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明，这两种方法用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯）。确实是行之有效的措施。但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：散热板和风冷能否集成在一个普通灯头的空间内；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命不取于LED，而取决整个系统的某块“短板”；有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题，既经济又实用。 我公司采用具有正温度系数的热敏电阻(+2mV/℃)与负温度特性的LED(-2mV/℃)串联，互补成一个温度系数极小电阻型负载。一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化，通俗地讲，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度升高电阻变大，阻止了回路电流上升，当LED随温度下降电流减小时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少，如匹配得当，当环境温度在-40℃-85℃范围内变化时，LED的最佳工作电流不会明显变化，见图1电流曲线Ⅱ。 2:应用: 从图1可见，采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比，热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题，其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的这种正温度热敏电阻WMZD，专为LED应用而研制的，其常用规格见表1，下面介绍一下该热敏电阻的应用特性。 20mA LED恒流源WMZD-5A20的应用 我们可以用1只WMZD-5A20与5只LED（20mA）串联组成一个标准单元，它的LED恒流源电流20mA，工作电压U=3V+5×3.4V=20.0V。3V是WMZD-A20电阻压降，3.4V是LED的正向导通电压(或2.8V~4.2V),它的恒流特性见图1中的电流曲线II。
什么是恒流源
什么是恒流源？ 恒流亦可叫稳流，意思相近，一般可以不加区别。与恒压的概念相比，恒流的概念就难于理解一些了，因为日常生活中恒压源是多见的，蓄电池、干电池是直流恒压电源，而220V 交流电，则可认为是一种交流恒压电源，因为它们的输出电压是基本不变的，是不随输出电流的大小而大幅变化的。 首先举例说明：一个恒定电流值调至1A 的，最高输出电压可达100V 的一个恒流电源，当你打开这个恒流源的电源开关时，你会看到电源的电压表和电流表显示什么数值呢？可以肯定的说：输出电压为100V ，输出电流为0A 。有人曾经这样问，你不是100V 1A 的恒流源吗？怎么输出不是100V 1A 呢？这里仍然要用欧姆定律来解释，理论上可以这样来计算，电源的输出电压 U=IR ，式中U 为输出电压，I 为输出电流，R 为负载电阻。 以下分5 种情况来说明： 如果电源为空载，R 可以用无穷大来表示，U=I* ∞，由于电源能输1A 的电流，如果电源电流为1A ，那么U=1A* ∞ = ∞，而电源电压最多只能输出 100V ，无疑电源只能输出其最大电压100V ，由于电源不能输出无穷大的电压，因而电流只能是很小很小的值，即电流输出为0A ，即I=U/R=100V/ ∞ =0A 。 如果负载电阻R=200 欧，那么又因电源只能输出100V ，因此电流只能为0.5A ，即I=U/R=100V/200R=0.5A 如果负载电阻R=100 欧，由于电源能输出100V ，就使得电流能达到1A ，即I=U/R=100V/100R=1A 此时输出电流正好达到电源的恒流值。 如果负载电阻继续减小，改为50 欧，如果根据公式I=U/R=100V/50R=2A. 但这里的关键是我们的电源是个恒流值为1A 的电源，因此此时的输出电流只能被强迫限制在1A 而不能为2A 因而输出电压只能被迫降到50V 而不能为100V 。这里仍然要符合欧姆定律，即U=IR=1A*50R=50V 如果负载电阻变为0 欧（即短路），那么由于输出电流只能为1A ，输出电压就只能为0V ，即U=I*R=1A*0R=0V 从以上5 个例子可以看出，如果负载电阻太大，使电源输出电流不能达到恒流值，那么恒流源的输出电压就会自动升到电源的最大输出电压，只有当负载电阻小到一定的程度，使电源输出电流达到恒流值，电源才真正处于恒流工作状态，随着负载电阻值的逐步减小，输出电压也按规律下降，以保持输出电流的恒定不变。这就是恒流的概念。
基于单片机的数控直流恒流源的设计毕业设计开题报告
基于单片机的数控直流恒流源的设计毕业设计开题报告
毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 基于单片机的恒流源设计 设计（论文）题目来源 自选课题 设计（论文）题目类型 电子设计类 起止时间 2009.12—2010.05 一、设计（论文）依据及研究意义： 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，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，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恒流源。 二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 设计思路是:以单片机为主控制器，通过键盘来设定输出电流值，并由LCD 显示电流设定值和实际输出值。本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A 转换输出模拟量，控制电流的变化。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/电压转换后，通过A/D 转换芯片，实时把模拟量转化为数字量，再经单片机分析处理，通过数字量形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的恒流源。 系统整体框图如下所示： 三、设计（论文）的研究重点及难点： 设计的难点重点是： 压控恒流模块 A/D 转换 输出电流采样 D/A 转换 LCD 显示 负载 单 片 机 按键控制
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。
基于单片机的恒流源设计(00001)
基于单片机的恒流源设计(00001)
前言 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、数字化已经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，设备和外围条件就越优越，那么设备的寿命就更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需要越来越迫切。 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分。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。数字化智能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。 当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流源方面特别是数控恒流源的技术菜刚刚起步有待发展，高性能的数控横流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。本数控直流恒流源系统输出电流稳定，不随负载和环境变化，并且有很高的精度，输出电流误差范围很小，输出电流可在一定范围内任意设定，因而可实际应用于需要稳定度小功率横流源的领域。
数控直流恒流源
数控恒流源设计与总结报告 摘要：本设计以89C52为主控器件，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07和大功率场效应管IRF640构成恒流源，通过12位A/D、D/A转换芯片，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能，人机接口采用4*4键盘及LCD液晶显示器。该系统电流输出范围为20mA～2000mA的数控直流电流源。该电流源具有电流可预置，1mA步进，同时显示给定值和实测值等功能。 关键词：89C52 恒流源AD DA 1 系统设计 设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。 图1.1 数控直流电流源原理示意图 1.1设计要求 题目要求设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其要求如下: 1.1.1 基本要求 （1）输出电流范围：200mA～2000mA； （2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的1％+10 mA； （3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA； （4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA； （5）纹波电流≤2mA； （6）自制电源。 1.1.2 发挥部分 （1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA； （2）设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字； （3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1 mA； （4）纹波电流≤0.2mA； （5）其他。
直流可调恒流源设计说明
2013年3月 直流可调恒流源设计 学生：徐乐 指导教师：王留留 电气信息工程学院自动化专业 1课程设计的任务与要求 1.1课程设计的任务 设计一个直流可调恒流源电路。通过调节线性电位器，产生可控恒定电流,当固定时产生恒定电流。 1.2课程设计的要求 设计一个简易可调恒流源产生电路,满足日常生活对恒定电流的需要 (1)输入（AC）：U=220V，f=50HZ。 (2)输出电流稳定，在一定围可调。 (3)设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 (4)自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 (5)在Multisim软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 1.3课程设计的研究基础 电子技术基础（模电部分） 变压器、整流电路、滤波电路、稳压芯片、镜像电流源的工作原理 2 直流可调恒流源系统方案制定 2.1 方案提出 方案一 (1)电网提供交流220V(有效值)频率为50Hz的电压，要获得低压直流输出，首先必须采用 电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 (2)降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大。 (3)脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留
其直流成份。 (4)滤波后的直流电压，再通过稳压经可调恒流源电路，便可得到可调的恒定直流电流输出， 供给负载R L 。 方案二 (1)将交流电220v 电压转化为可调恒压源输出。包括降压器、整流电路、滤波稳压芯片、 取样电路。 (2)电压电流转换电路。 (3)两电路整合，将220v 电压转化为可调恒流源。 2.2 方案论证 第一种方案是直接设计直流可调恒流源电路，只有一个电路。第二种方案是通过电压电流转换电路，将两个电路整合，要设计的电路比较多。第一种方案比较简单，通过比较选择第一种方案。 3 直流可调恒流源系统方案设计 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 直流恒流电源是一种将220V 交流电转换成恒流输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、恒流四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波稳压电路及恒流电路所组成，基本框图如下： 图1 系统框图 (1) 电源变压器：它的作用是将220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。变压 器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n ，式中n 是变压器的效率。 （2）整流电路：利用单向导电元件，将50HZ 的正弦交流电变换成脉动的直流电路。 T 负 载