数控恒流源设计报告加程序

数控恒流源实验报告设计摘要：本系统是以msp430单片机为控制器,由矩阵键盘、液晶显示器、D/A转换电路、恒流源电路、电流采样电路及直流稳压电源电路组成的数控恒流源实验电路。

该电流源具有输出电流稳定、可调范围输出电流与输入电压呈线性关系的特点。

系统基本工作原理为：键盘设定直流电源的输出电流，单片机通过D/A转换电路控制恒流源的输入电压，由于恒流源输入电压与负载电流的线性关系且负载电流只随输入电压变化而变化从而实现数控恒流的目的，另外单片机通过电流采样电路及A/D转换回检负载电流并通过液晶将采样电流值显示出来。

最后经实验验证，本系统输出电流稳定，不随负载变化而变化。

关键字：键盘、D/A、恒流源、采样电路、A/D一、方案论证与比较1.1直流稳压电源方案一：采用单极开关电源，由220V交流整理后，经开关电源稳压输出。

该方案的优点是电路效率高，但是此方案产生的直流纹波和干扰比较大，而且开关电源结构复杂。

方案二：采用交流电压经桥式电路整流滤波输出，直接进入稳压电路。

此方案的优点是电路简单、容易实现、方便调试，只是该方案功率损耗较大，但是在小型非连续工作系统中这些功耗可以承受。

综合考虑，选择方案二。

1.2恒流源模块方案一：由运算放大器、大功率场效应管、采样电阻、负载电阻等组成恒流源。

此方案既能满足输出电流达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性控制电流。

方案二：可通过由集成稳压器构成开关恒流源来构成恒流电路。

通过三端集成稳压器可构成开关稳压源。

当把电阻设为一定值时，当回路中负载发生变化时可有集成稳压器进行自动补偿从而使输出电流保持不变，但此电路带负载能力及调节精度存在一定难度。

综合考虑，本系统采用了方案一。

集成稳压器构成的开关恒流源电路图如下：二、系统设计2.1系统方案设计本系统以直流电流源为核心，msp430单片机为控制器，通过矩阵键盘来设置直流电源的输出电流，由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换模块输出模拟量，控制直流电流源的输入电压，随着输入电压的变化而输出不同的电流，设置步进等级可达1mA。

数控恒流源的设计摘要：本设计采用STC单片机STC12C5A60S2作为直流恒流源的控制、显示和输出电流检测核心，实现了0A到2A数控可调直流恒流源。

系统的显示部分采用数码管实时显示设定电流值和实测电流值；输出电流控制采用STC12C5A60S2单片机的D/A口输出模拟量；电流测量采用基本没有温度漂移的康锰铜电阻丝作为精密取样电阻，利用TLV2543的A/D输入口进行电流检测和监控。

硬件电路恒流部分的控制端采用多个精密运算放大OP07接成闭环反馈控制形式，受控部分采用达林顿管进行扩流、精确输出设定电流。

电源部分采用大功率变压器供电，多级电容滤除纹波干扰；电源输出采用三端稳压芯片进行稳压，并且利用大功率达林顿管进行扩流以满足后级功率需求。

关键字：STC12C5A60S2 恒流源一、方案论证如题目要求，系统主要由控制器模块、电源模块、电流源模块、负载模块及键盘显示模块构成，下面分别论证这几个模块的选择。

1、控制模块的选择方案方案一：采用AT89C51单片机进行控制。

本设计需要使用的软件资源比较简单，只需要完成数控部分、键盘输入以及显示输出功能。

采用AT89C51进行控制比较简单，但是51单片机内存只有2k，程序比较多时可能存储不够。

方案二：采用STC12C5A60S2单片机进行控制。

STC12C5A60S2单片机具有强大功能的16位微控制器，它内部集成10位ADC和2通道10位 DAC，可以直接用于电流测量时的数据采集，以及数字控制输出；I/O口资源丰富，可以直接完成对键盘输入和显示输出的控制；存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。

采用SPCE061A单片机，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性能提高。

鉴于上面分析，本设计采用方案二。

2、电流源模块的选择方案方案一：由晶体管构成镜像恒流源该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。

目录、方案摘要二、作品完成功能三、系统方案论证四、硬件结构设计及实现五、软件结构设计及实现六、作品测试数据七、不足及今后改进方向八、附录总设计电路图摘要:本方案釆用AT 8 9S52单片机作为系统控制核心，实现数控恒流源方案。

设计采用大功率双极型三极管2 SC 3 997以及仪表放大器等构成闭环恒流源控制电路，配以8位 A / D, D/A芯片完成单片机对输出电流的实时检测与实时控制，实现了OmA~15 0 OmA 范围内步进20mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于1mA,达到了较高的稳定度。

人机接口釆用4 * 4键盘以及LCD1602液晶显示器，控制界面直观简洁，具有良好的人机交互性。

一作品完成功能1•输出电流范围:0mA"1500mA ；2.可设置并显示输出电流给定值，输出电流与给定值偏差的绝对值W给定值1 %+10 mA:3. 具有“ + ”、“一”步进调整功能，步进W20mA；4. 纹波电流W2mA；5. 自制电源二系统方案论证1. 系统总设计模块DA转换模块自制电源2. 方案论证本系统设计关键在于恒流源模块方案,关于恒流源模块方案电压控制的电流源模块,可采用的方案有以下三种：①功率集成运放，如OPA501、OPA54 1、PA 05等；②运放+晶体三极管放大；③可调集成稳压模块，如LM317o方案一：直接使用功率集成运放。

特点:使用容易、性能稳定可靠。

常用的功率集成运放一般能够输出土4OV, 10〜1 5A的功率，性能指标也较高，完全能够满足本题要求。

功率集成运放还可以双极性输出，但本题只需单极性输出，却需要为功率集成运放配置正负双电源。

方案二:利用三端可调直流稳圧集成芯片，通过调整其输出电圧來实现负载的恒流特性。

特点:直接利用稳压片提供所盡功率，只需要添加相应控制电路即可实现本题的大部分要求，但是,其电流调整率指标只能达到0. 5ko. 1 5%,不满足题目要求，方案三：采用“运放+功率三极管”的结构构成恒流源。

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。

数控恒压恒流源学校:电子科技大学中山学院指导老师：刘根据参赛队员：李俊龙、梁创学、黄立群2013年12月20日目录摘要 (3)1.方案论证与比较 (4)1.1系统总体框图及设置 (4)1.2控制方案的比较论证 (4)1.3 输出方案 (5)1.4按键选择方案 (5)1.5提高效率的方案 (5)1.6 MULTISIM软件仿真 (5)2.电路设计与参数计算 (5)2.1 系统总体设计原理图 (5)2.2主回路器件的选择及参数计算 (5)2.2.1开关管的选择 (6)2.2.2电感的选择 (6)2.2.3电容的选择 (6)2.2.4采样电路的选择 (6)2.3控制电路设计 (6)2.3.1控制回路采样信号的处理 (6)2.3.2 PWM波的产生 (6)2.4效率的分析 (6)4.测试方法与数据 (8)4.1测方法试 (8)4.2测试仪器 (8)4.3测试数据 (8)5.测试结果分析 (8)5.1恒压源 (8)5.2恒流源 (9)5.3改进方案 (9)附录1：整体程序 (10)附录2：设计原理图 (18)摘要本系统以STC12C5A60S2为核心，实现电压可预置，步进电压为100mV，输出电压范围为5V到10V，输出电流为100-1000mA。

可显示预置电压，实测电压，实测电流，实测效率。

该系统主要由STC12C5A60S2单片机系统，PWM信号控制芯片TL494，斩波主回路，按键，A/D以及D/A等组成。

系统通过键盘预置电压值送给TL494形成闭环反馈电路，采样精密电阻上的电压，采样康铜丝上的电压间接推算出其电流并显示。

本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，输出纹波小等优点。

关键词：STC12C5A60S2、TL494、恒压、恒流1.方案论证与比较1.1系统总体框图及设置通过按键单片机对主电路进行恒压或恒流功能的切换，并且经单片机给控制芯片TL494提供一个基准电压，与采样电压进行比较，从而改变TL494输出波形的占空比，进而控制IRF540的开启与截至，从而控制主电路电压的大小，达到设定值。

数控恒流源的设计与制作一，解析课题设计并制作一个数控恒流源电路，数控恒流源电路原理图如下图所示。

数控恒流源是指在给定的数字量控制下，负载电阻阻值在一定范围内调节变化时输出电流恒定不变，改变控制数字量，输出恒定电流不随负载改变。

二，设计原理四，单元电路元器件选择（1）计数器采用74HC161计数器。

74HC161的主要功能：1，异步清零功能：当CLR 的反为零时，不论有无时钟脉冲CLK和其他信号输入，计数器被清零，即Qd～Qa都为0。

2，同步并行置数功能：当CLR的反=1，LOAD的反=0时，在输入时钟脉冲CLK上升沿的作用下，并行输入的数据dcba被置入计数器，即Qd～Qa=dcba。

3，计数功能：当LOAD的反=CLR的反=ENP=ENT=1，当CLK端输入计数脉冲时，计数器进行二进制加法计数4，保持功能：当LOAD的反=CLR 的反=1时，且ENP和ENT中有”0“时，则计数器保持原来状态不变。

（2）驱动译码器采用74HC4511芯片。

74HC4511将输入BCD标准代码变换成驱动七段数码管所需的码信号，其中四线A～D为BCD码输入端，高电平有效，A为低位输入端，D为高位端，七段a～g输出高电平以驱动共阴极数码管发光。

LE为锁存控制端，高电平时能够锁存输入的BCD码。

LT为灯测试反相控制端，BI为消隐反相控制端。

（3）数模转换器DAC0832是采样频率为8位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。

DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE;第二級锁存器称为DAC 寄存器，它的锁存信号为传输控制信号。

因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。

此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。

数控直流恒流源的设计摘要直流恒流源是提供稳定直流电流的电源装置，是科学实验和设备调试中的一种必备设备。

本文介绍了采用AT89C51单片机为主控制器，通过键盘来设置直流恒流源的输出电流，并由数码管显示电流设定值的数控直流恒流源。

本系统由单片机程控设定数字信号经过D/A转换器输出模拟量，再经过V/I转换电路的转换输出不同的电流。

输出电流范围为10～100mA，电流设置步进为1mA，输出电流调整率≤2%。

本文主要分析了数控直流恒流源系统的设计需求，阐述了数控直流恒流源的软硬件的设计原则，介绍了数控直流恒流源各模块电路的功能及设计思路，完成了数控直流恒流源系统的全部设计，给出了完整的电路图和程序。

本文设计的重点是单片机主控系统和D/A转换电路，设计的难点是高线性、高稳定度的电压/电流转换电路（V/I转换电路）。

测试结果表明，本系统能满足需要高稳定度的小功率直流恒流源领域的应用要求。

关键词数控恒流源 V/I转换ABSTRACTNumerical control DC constant current source is to provide a stable DC power devices, and equipment for scientific experiments debugging necessary equipment. This paper instructed the numerical control DC constant current source which makes use of the AT89C51 version single chip microcontroller is the main controller in this system, while the set value and the real output current can be displayed by LED. In this system, the digitally programmable signal from Single Chip Micro controller is converted to analog value by D/A converter, and then transited by voltage/current converter circuit, so adjustable output different current. Output current range of 10~100mA, current set of 1mA step, the output current adjustment rate of less than 2%.This paper analyzes the numerical control DC constant current source system design needs, expounded numerical-controlled DC constant current source of the hardware and software design principles, instructed the numerical-controlled DC constant current source circuit of the module function and design ideas, completed the numerical-controlled DC current source of all design, and the circuit is complete and procedures. This paper focuses on the design of the control system microcontroller and D/A Conversion Circuit, The difficulty in the design of high linearity, high stability of the voltage/current converter circuit (V/I Conversion Circuit). The test results have showed that it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low power.KEY WORDS numerical control constant current source V/I convert目录前言 (1)第1章系统总体设计 (2)1.1 系统设计任务与要求 (2)1.1.1 系统设计任务 (2)1.1.2 系统设计要求 (2)1.2 重点研究内容与实现方法 (2)1.2.1 重点研究内容 (2)1.2.2 实现途径及方法 (3)1.3 系统总体方案设计 (3)1.3.1 主控模块 (3)1.3.2 键盘与显示模块 (4)1.3.3 恒流源模块 (4)1.3.4 存储器扩展模块 (4)1.3.5 电源模块 (5)1.3.6 系统原理框图 (5)第2章系统硬件各功能模块的设计 (6)2.1 主控模块的设计 (6)2.1.1 AT89C51单片机简介 (6)2.1.2 D/A转换电路的设计 (7)2.1.3 恒流源电路的设计 (9)2.1.4 数据存储器的扩展 (10)2.1.5 系统资源分配 (11)2.2 人机接口的设计 (12)2.2.1 键盘的设计 (12)2.2.2 显示电路的设计 (14)2.3 系统抗干扰设计 (15)2.3.1 看门狗电路的设计 (15)2.3.2 电源供电系统的设计 (16)2.3.3 基准电压的设计 (17)第3章控制软件的设计 (19)3.1 主程序的设计 (19)3.1.1 读写EEPROM子程序的设计 (19)3.1.2 键盘处理子程序的设计 (20)3.1.3 D/A转换子程序的设计 (20)3.2 键盘中断服务程序的设计 (21)3.3 显示中断服务程序的设计 (21)3.1.1 正常显示程序模块 (21)3.1.2 闪烁显示程序模块 (21)第4章系统调试 (28)4.1 硬件仿真调试 (28)4.2 软件的调试 (31)4.3 数据测试及误差分析 (35)第5章结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)附录1：电路原理图 (44)附录2：源程序 (48)附录3：英文原文 (62)附录4：中文译文 (69)前言直流恒流源是提供稳定直流电流的电源装置，是科学实验和设备调试中的一种必备设备。

2020年TI杯四川省大先生电子设计竞赛设计报告书设计标题：高效数控恒流电源〔D题〕参赛队代码：LG-3-本-D竞赛时间：2020-7摘要本数控恒流源系统主要由恒流源控制电路、DC/DC变换电路和单片机控制局部三个功用模块组成。

恒流源控制电路由硬件闭环稳流电路完成输入电流的动摇控制。

DC/DC转换模块采用单端正激式DC/DC变换电路，可完成降压和升压的功用，扩展输入电压范围至8-20V。

单片机控制模块以MSP430单片机为控制中心，结合键盘、DAC和LCD完成系统的控制和显示功用。

一、总体方案设计1、方案论证与比拟〔1〕恒流源电路方案方案1：采用软件闭环控制方式。

键盘预置电流值，经MCU处置后送入DAC将其转换为电压信号从而控制输入电流。

采样电路采集实践输入电流值，再经过ADC转换送回单片机，与预置电流值停止比拟并经过适当的控制算法，调整输入电流值使其与设定电流值相等，从而构成闭环控制系统。

方案2：采用硬件闭环控制。

硬件的闭环稳流的典型电路如图1所示，依据集成运放的虚短概念，可失掉：I L≈Vi/R1式中I L为负载电流，R1为取样电阻，Vi为运算缩小器同相端输入信号。

假定固定R1，那么I L完全由V i决议，此时无论Vcc或是R L发作变化，应用反应环的自动调理作用，都能使I L坚持动摇。

方案1最大的效果是：假定输入电源电压或负载发作变化，都需求经过一段时间调整后才干使电流动摇。

而方案2硬件电路不仅复杂而且又能快速得完成动摇的电流输入，故本系统采取方案2。

图1 硬件闭环稳流电路〔2〕DC/DC电压转换电路方案最基本的斩波电路如图2所示，斩波器负载为R。

当开关S合上时，U out=U r=U in，并继续t1时间。

当开关切断时U out＝U r＝0，并继续t2时间，T＝t1＋t2为斩波器的任务周期，斩波器的输入波形如图1〔b〕所示。

定义斩波器的占空比D＝t1／T，t1为斩波器导通时间，T 为通断周期。

高效数控恒流源设计报告一、引言数控恒流源（Numerical Control Constant Current Source）是一种广泛应用于电子设备和工业生产中的电源设备，主要用于稳定输出恒定的电流信号。

在很多应用场景中，对电流的精确控制和稳定性要求较高。

本文将介绍一种高效数控恒流源的设计方案，并详细讨论其工作原理、电路结构和性能指标。

二、设计方案2.1 工作原理数控恒流源的工作原理基于负反馈机制，通过对输出电流进行监测并与设定值进行比较，调整反馈回路中的控制信号，使输出电流保持在设定值附近。

典型的数控恒流源由四个主要部分组成：直流电源、电流检测电路、比较器和功率调节器。

2.2 电路结构本设计方案采用基本的电流控制回路，电路结构如下：电路示意图电路示意图主要组成部分包括：•直流电源：提供基准电压以供电路工作。

•电流检测电路：通过高精度电流传感器对输出电流进行实时监测，并输出检测信号。

•参考电流源：提供设定值参考电流作为比较器的输入。

•比较器：将检测信号与设定值参考电流进行比较，并产生误差信号。

•误差放大器：对比较器输出的误差信号进行放大，以提供足够的调节信号给功率调节器。

•功率调节器：根据误差信号的大小和方向，控制输出电流的大小和稳定性。

2.3 性能指标为了评估数控恒流源的性能，我们需要考虑以下指标：•稳定性：输出电流的稳定性是衡量数控恒流源性能的重要指标，要求输出电流在设定值附近波动幅度小。

•精度：指数控恒流源输出的电流与设定值之间的偏差程度，要求尽可能小。

•响应速度：数控恒流源对于设定值的改变能够快速响应并调整输出电流，要求响应速度较快。

•效率：数控恒流源的电能转换效率，要求尽可能高。

三、实验步骤3.1 集成电路选择和布局设计为了实现高效的数控恒流源设计，我们首先需要选择适合的集成电路并进行布局设计。

考虑到稳定性和性能需求，我们选择了XXX型号的集成电路，并根据电路结构进行布局设计。

3.2 元器件选型和连接根据设计方案，选择适合的元器件，并根据电路结构进行连接。