单片机数控电流源设计

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1、1绪论1.1电流源简介所谓恒流源就是输出电流极其稳定不随负载变化。为了保证电流不变，输出电压必须始终符合V=I*R。即负载需要多大电压，恒流源就必须输出多大电压，“无条件”予以满足。从外部看，就是Ro=∞。如果R→∞，那么V→∞。所以理想恒流源都不允许输出开路。对于实际电路，当R大到一定程度，电压输出能力就会不够，输出电流必然下降，不再恒定。在一般恒流电路中大多采用电流负反馈来恒定电流负反馈的作用就是“使之稳定”。通过时刻“检查”控制对象的状态，并进行调整。发现小了，就设法使之增大，发现大了，就设法使之减小

2、。形象地说，电流负反馈电路则是采样输出电流，计算误差，据此调节自身状态，使输出电流稳定，因而，输出特性接近恒流源。衡量“接近”程度的指标就是输出电阻R远大于零。一般希望Ro→∞。（只能接近，不可能完全达到）1.2数控电流源的必要性作为常用的电子仪器在学校和研发和检测部门都有着相当广泛的应用，特别在电路原理实验和电子元件老化测试中都离不开电流源。随着电子技术的不断进步对电子仪器的要求不断提高，电源作为电路的动力源泉更是扮演着越来越重要的角色，不论是学校实验室还是维修中心都离不开实验电源，然而传统的电源不论是在

3、控制精度还是输出特性上都无法满足要求。首先从精度上来看传统电流源的调整大多采用旋转电位器的方式，在调整时电流值主要从电位器的刻度读出，容易产生读数误差。从可操作性来看传统电流原电位器上的刻度有限，不可能非常精细，仅仅靠电位器的几个刻度对操作者的技巧要求比较高，同时误差也比较大。传统的实验电源急待改进电源。1.3数控电流源的可行性由于单片机技术的不断发展和D/A，A/D元件的普及使得数控电源成为可能，数控电源不论是在控制精度还是在可操作性上都有传统电源无法比拟的优势，由于单片机的平民化，使得数控电源与传统电源

4、的成本日益接近。另外，SMT技术也是飞速发展，使得数控电源体积和重量都大大减小，为其在特殊领域的应用奠定了基础。2数控电流源硬件系统总体设计2.1传统电流源的设计方案电源作为常用的实验仪器，在电子领域有着非常广泛的应用，传统的电流源的控制部分一般采用模拟电路，即用电位器对基准电压源进行分压，再进行电压－电流转化，其电路设计简单，制造成本低廉，该电路原理框图如图2.1所示:电流表电压/电流变换放大电路基准电压源电位器图2.1传统电流源方案Figure2.1traditionalcurrentsupplypla

5、n从框图我们不难发现传统的电流源方案存在着非常明显的缺点，首先，输出电流无法精确掌握。早期的电流源输出电流仅仅靠标在电位器或者指针表的读数读出，不仅读取很不方便.度数误差比较大,从实用的角度考虑,现在有些模拟电流源也使用了数字电流表作为电流显示,提高了其精确性.但是在可操作性方面依然存在一定的不足.另外用电位器产生参考电位的方法是不恰当的,在电子元件中电位器是最容易产生噪声的,对干扰也最为敏感,而且在使用一段时间以后,电位器作为机械元件会出现磨损的情况,此时该电流源的输出电流将变得不稳定,噪声大幅度提高,如

6、不更换电位器该电流源将无法正常使用。在可控升级方面传统的电流源方案电路一旦确定可更改的余地较小，可升级性能差。几乎不存在什么升级的可能2.2数控电流源方案随着单片机的日益成熟，其稳定性不断提高，价格不断下降使得数控电流源成为可能，从原理图来看，数控电流源和传统电流源相似。不同的是数控电流源是由单片机控制的D/A提供参考电压，取代了传统电流源的电位器，使得不论是在控制精度还是使用寿命上都有很大的提高。另外单片机具有可编程性，可以进行更为复杂的控制，如输出特定的波形，和电脑通讯，实现智能化控制等，这些功能都是传

7、统电流源难于实现的。该电路原理框图如图2.2所示:经过多年的发展，传统电流源的电流控制电路已经相当成熟，在用D/A替代了电位器以后，其性能有很大的提高。D/A变换缓冲电压/电流变换放大电路A/D变换MCU键盘LED显示器图2.2数控电流源原理图Figure2.2numericalcontrolcurrentsupplyschematicdiagram2.3数控电流源的方案比较方案一：通过编码开关来控制存储器的地址；根据地址输出对应的数字量送数模（D/A）进行转换；再根据输出的电压量来控制电流的变化；同时；通

8、过四个编码开关的BCD码送给4511及数码管显示。此方案的优点是电路原理简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限，在实验过程中发现编码开关不稳定，所以不宜采用。其电路方框图[1]如图2.3所示：图2.3方案一方框图Figure2.3aplanblockdiagram方案二：采用以89C52为核心的单片机系统来控制D/A的数据的输入并将其转换成模拟量输出同时单片机把输入的预值电流送数码管显示，再改变输出的电压量来控