单片机恒流源电路

数控恒流源•基于8051单片机的数控电源设计方案•2010年12月18日9:52:07来源:半导体器件应用2009年12月刊作者：李好,陈晓利•Html文件格式可能无法显示特殊符号及公式,阅读全文,请点击下面按钮以Pdf文件格式浏览阅读1 引言目前所使用的直流可调电源中,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;利用数控电源,可以达到每步的精度,输出电压范围0V~15V,电流可以达到2A;其系统结构如图1所示;2 选用DAC0832是一款常用的数摸转换器,它有两种连接模式,一种是电压输出模式,另外一种是电流输出模式;为了设计的方便,选用电压输出模式,引脚如图2所示,Iout1和Iout2之间接一参考电压, VREF输出可控制电压信号;它有三种工作方式：不带缓冲工作方式,单缓冲工作方式,双缓冲工作方式;该电路采用单缓冲模式,由图2可知,由于/WR2 =/XFER=0,DAC寄存处于直通状态;又由于ILE=1,故只要在选中该片/CS=0的地址时,写入/WR=0数字量,则该数字信号立即传送到输入寄存器,并直通至DAC寄存器;经过短暂的建立时间,即可以获得相应的模拟电压;一旦写入操作结束,/WR1和/CS立即变为高电平,则写入的数据被输入寄存器锁存,直到再次写入刷新;AT24C02是一款常用的可掉电保存数据的ROM,2K比特容量,采用I2C总线操作,关于它的具体操作方法参考相关资料;3 硬件电路设计采用常用的AT89C51作为控制器,P0口和DAC0832的数据口直接相连,DA的/CS和/WR1连接后接,/WR2和/XEFR接地,让DA工作在单缓冲方式下;DA的11脚接参考电压,参考电压电路如图2所示,通过调节可调电阻调节LM336的输出电压为,所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为256=,也就是说DA输入数据端每增加1,电压增加;DA的电压输出端接放大器OP07的输入端,放大器的放大倍数为R8/R8+R9=1K/1K+4K=5,输出到电压模块LM350的电压分辨率=×5=;所以,当MCU输出数据增加1的时候,最终输出电压增加,当调节电压的时候,可以以每次的梯度增加或者降低电压;本电路设计三个按键,KEY1为翻页按键,最近设置的电压大小保存在EEROM里面;比如10个电压,按一下KEY1,电压变为下一个,省去了反复设置电压的麻烦;KEY2为电压+,KEY3为电压-,按一下KEY2,当前电压增加,按一下KEY3,当前电压减小;限于篇幅原因,未画出数码管显示电路;该系统使用3个数码管,可以显示三位数,一个小数位,比如可以显示,采用动态扫描驱动方式;本主电路的原理是通过MCU控制DA的输出电压大小,通过放大器放大,给电压模块作为最终输出的参考电压,真正的电压,电流还是由电压模块LM350输出;为了达到2A的输出电流,LM350必须选用金属外壳封装,并且带稍大面积的散热片;4 软件系统软件的设计主要完成三方面的功能：1设置电压并且保存,主要是对EEROM的操作；2把设置的电压送到DA,主要是对DA的操作；3中断显示,把设置的电压显示到LED数码管上;该数控电压源实现保存最近10个电压功能,当打开电源的时候,它显示和输出的必须是上次使用电压大小,所以在EEROM中使用11个地址保存数据,第一个地址保存当前电压编号,大小为1~10;第2个地址~第11个地址连续保存10个电压大小数据;电压编号的大小分别对应到相应地址电压大小;软件流程如图4所示：当电源打开的时候,MCU进行复位,寄存器清零;接着电源应该显示和输出上次关机前的电压大小,这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号,根据电压编号读出对应电压,把该数据送到DA,再转换成BCD码送到显示部分;这时候程序循环检测是否有按键信号,如果KEY1按下,电压编号指向下一个,保存该电压编号,读对应电压,把他送到DA并且显示;如果KEY2按下,当前电压数据加1,相对应输出电压。

基于单片机的高性能数控恒流源设计与实现作者：夏桂书来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：基于高性能恒流源在现代智能检测领域的广泛应用，论文设计了一种具有高精度和高稳定性的数控恒流源。

通过键盘输入设定输出电流值，由AT89C51编程实现控制和显示，利用DAC转换输出模拟电压，再由运放OPA340控制达林顿管TIP132输出电流。

反馈电阻上的电压值由A/D转换送至单片机处理，单片机再对输出电流进行实时调整，使电流更加稳定。

实测结果表明：本系统在输出电流为10mA～2000mA的范围内，绝对误差为1mA，在50mA以上输出时偏差小于1%，负载调整率优于0.1%。

关键词：数控恒流源单片机 OPA340 TIP132 DAC7512中图分类号：TM932 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0002-02电源技术作为一门工程技术，有着极强的实践性与广阔的应用领域[1]。

当今，电子设备被广泛应用于生活与工作中，而其供电电源质量也直接影响着电子设备的运行质量。

其中恒流源是指为负载提供恒定电流的电源，它被广泛用于精密测量、半导体器件性能测试、传感器供电、产生稳定磁场等，有着较为广阔的发展前景[2]。

本文使用AT89C51作为控制核心，使用软、硬件两种反馈调节方式，使其输出电流具有较高的准确性和稳定性。

1 系统原理介绍本设计可分为单片机系统部分、A/D转换电路、D/A转换电路、恒流电路等几部分组成。

AT89C51通过D/A转换芯片输出设置电流值对应的电压值[3]，经运放OPA340控制达林顿管TIP132输出电流。

电流反馈电阻上的电压值由A/D转换芯片交至单片机分析处理，单片机再对输出电流进行实时调整，使电流更加稳定[4]。

系统原理框图如图1所示。

2 硬件设计2.1 单片机系统单片机系统是该恒流源的核心模块，包括AT89C51单片机、振荡电路、复位电路等[5]。

主要负责读取键盘输入、电流值设设定、控制输出电流、控制LCD显示内容等。

STM32|4-20mA输出电路为工业场合开发的设备通常情况下都会具有4-20mA输出接口，在以往没有DAC模块的单片机系统，需要外加一主片DAC实现模拟量的控制，或者采用PWM来摸拟DA，但也带来温漂和长期稳定性问题。

在以STM32为中心的设备中，使用它自带的DAC即可非常方便的实现4-20mA的输出接口，具有精度高、稳定性好、漂移小以及编程方便等特点。

在STM32单片机系统中，100脚以下没有外接出VREF引脚，但这样使得DAC的参考端和VCC共用，带来较大误码差，为解决这一问题，可以使用廉价的TL431来解决供电问题，TL431典型温漂为30ppm，所以在一般应用中已非常足够。

选用两只低温漂电阻，调整输出使TL431的输出电压在3V-3.6V之间，它的并联稳压电流可达到30mA，正好能满足一般STM32核心的功耗需求。

利用TL431解决了供电问题，余下的就是4-20mA的转换电路，如下图：上图即为非常精确的转换电路，OPA333是一颗非常优异的单电源轨至轨运算放大器，其工作电压为2.7-5.5V，其失调电压仅为10uV，实测最低输出为30uV，最高输出可达VCC-30uV。

电路组成压控恒流源，其关键在于OPA333 这颗芯片的优异性能，使得以上电路获得了极高的精度和稳定性。

DACOUT来自于STM32的DAC1或者DAC2输出，由C25进行数字噪场滤波之后进入运算，进行1:1缓冲，后经过Q2进行电流放大，在R7上形成检测电压，C17进行去抖动处理。

4-20mA信号由AN_OUT+/AN_OUT-之间输出。

上图中，负载中的电流在R7上形成压降，经运放反馈后得到Vdacout=Vr7=I*R7，所以：I=Vdacout/R7，当Vdacout在400mV到2000mV之。

第一章绪论众所周知，许多科学实验都离不开电源，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，然而目前实验所用的直流电源大多输出精度和稳定性不高；在测量上，传统的电源一般采用指针式或数码管来显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值：使用上若要调整精确的电压或者电流输出，须搭配精确的显示仪表监测，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要当心漂移，使用起来非常不方便。

因此，如果直流电源不仅具有良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化，以精确的微机控制取代不精确的人为操作，在实验开始之前就对一些参数进行预设，这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效。

§1.1 恒流源的应用1.1.1 在计量领域中的应用电流表的校验宜用恒流源。

校验时，将待校的电流表与标准电流表串接于恒流源电路中，调节恒流源的输出电流大小至被校表的满度值和零度值，检查各电流表指示是否正确。

在广泛应用的DDZ系列自动化仪表中，为避免传输线阻抗对电压信号的影响，其现场传输信号均以恒流给定器提供的 0~10mA(适用于DDZ-II系列自动化仪表)或 4~20mA(适用于DDZ-III系列自动化仪表)直流电流作为统一的标准信号，便于对各种信号进行变换和运算，并使电气、数模之间的转换均能统一规定，有利于与气动仪表、数字仪表的配合使用。

在某些精密测量领域中，恒流源充当着不可替代的角色。

如给电桥供电、用电流电压法测电阻值等。

各种辉光放电光源：如光谱仪中的氢灯、氖灯，一旦被点燃，管内稀薄气体讯速电离。

由于离化过程的不稳定性并恒有增加的倾向，放电管中的电流将随之上升。

因此，在灯管上加以恒定电压时，它是不稳定的，其电流值可能增大到使灯管损坏。

为了稳定放电电流，从而稳定灯管的工作状态，最好采用恒流源供电。

各种标准灯(如光强度标准灯等)的冷态电阻接近于零，在使用时为防止电流冲击，一般通过调压器或限流电阻逐步加大电流至额定值，既不方便，又不安全。

毕业设计（论文）-高效率恒流源电路的设计泉州师范学院题目高效率恒流源电路的设计物信学院电子信息科学与技术专业 07级 1 班学生姓名学号指导教师职称教授完成日期 2011年4月教务处制1高效率恒流源电路的设计物信学院 07级电子信息科学与技术指导教师教授【摘要】本文设计并制作了由DC-DC变换器为核心的开关稳流电源。

该稳流电源可对手机锂离子进行充电～采用电流型脉宽调制器UC3843作为核心器件～实现输出电流可调的开关稳流电源电路～同时采用单片机C8051F410进行程控～使开关稳流电源具备更加完善的功能。

【关键词】 UC3843 ,DC-DC变换器 ,PWM, 单片机C8051F4102引言 ..................................................................... ........................................................................ . (4)1. 系统设计 ............................................................................................................................................. (4)1.1系统设计任务 ..................................................................... (4)1.2系统设计的基本要求 ..................................................................... (4)1.3系统设计方案 ..................................................................... . (4)1.3.1 DC/DC 变换器电路拓扑结构论证 ..................................................................... (4)1.3.2微控制器电路方案论证 ..................................................................... .. (4)1.3.3 系统设计框图 ..................................................................... ..................................................... 5 2. 硬件电路设计及工作原理 ..................................................................... .. (5)2.1主器件的介绍 ..................................................................... (5)2.1.1电流型脉宽调制器UC3843简介 ..................................................................... (5)2.1.2 DC-DC变换电路设计 ..................................................................... (7)2.2元件参数选择 ..................................................................... (7)2.2.1 储能电感 ..................................................................... . (7)2.2.2 续流二极管 ..................................................................... (7)2.2.3 功率开关管 ..................................................................... (7)3. 数据测量及数据分析 ..................................................................... (7)3.1测试仪器 ..................................................................... ........................................................................ .. 73.2测试方法 ..................................................................... ........................................................................ .. 73.3数据测试 ..................................................................... ........................................................................ .. 83.4数据分析 ..................................................................... ........................................................................134. 设计总结 ..................................................................... ........................................................................ (13)致谢 ..................................................................... ........................................................................ .. (13)参考文献 ..................................................................... ........................................................................ (13)附录: .................................................................... ........................................................................ .. (15)3引言随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备为人们生活带来了极大的便利，而电子设备都离不开可靠的电源，而稳流电源在工作时产生的误差直接影响着电池的使用寿命，导致影响整个系统的稳定性。

基于MSP430单片机的数控直流电流源的设计摘要本系统是一个基于单片机的数控直流电流源系统。

采用单片机作为核心，辅以带反馈自稳定的串调恒压源，可以连续设定电流值。

由D/A转换器TLC5615、ZLG7289、中文字库液晶显示块、放大电路和大功率调整电路组成。

通过独立键盘输入给定值，由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经D/A输出电压作为恒流源的参考电压，利用晶体管平坦的输出特性得到恒定的电流输出，最后用中文液晶显示输出。

其中单片机选用美国TI公司的MSP430F2274作为控制核心，利用闭环控制原理，加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环。

软件方面主要利用PID算法来实现对输出电流的精确控制。

系统可靠性高，体积小，操作简单方便，人机界面友好。

关键字：数控 MSP430 PID算法反馈电路单片机Digital Controlled DC Current Source Design BasedOn MSP430 MCUABSTRACTThis system is a based on SCM numerical control dc current source system. Using single chip microcomputer as the core, with the strings with feedback from stability constant pressure source, can tone set by continuous. By D/A converter ZLG7289, Chinese word stock TLC5615, liquid crystal display (LCD) block, amplifying circuit and high-power regulating circuit component. The given value through independent keyboard input by D/A converter, converts digital signals into analog signals, the D/A constant current source voltage output as A reference voltage, using the plain output characteristic get the transistor constant current output, finallyuse Chinese LCD display output. One of the American TI company microcontroller choose MSP430F2274 as control core, using the closed-loop control principle, plus feedback circuit, make whole circuit constitute a closed-loop. Mainly using PID algorithm software to achieve output current the precise control. The system reliability high, small volume, easy to operate, friendly man-machine interface.Key Words：Numerical Control MSP430 PID Algorithm Feedback Circuit SCM目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1 课题背景 (2)1.2数控直流电流源概述 (2)1.2.1 电流源简介 (2)1.2.2 数控直流电流源的必要性 (2)1.2.3 数控直流电流源简介 (3)1.3课题进展 (3)1.4后话 (3)第二章芯片简介 (4)2.1单片机芯片MSP430F2274 (4)2.2D/A芯片TLC5615 (5)2.2.1 TLC5615功能简介 (6)2.2.2 TLC5615工作原理 (7)2.3ZLG7289A芯片介绍 (8)2.3.1 芯片简介 (8)2.3.2 引脚说明 (8)第三章系统硬件设计 (10)3.1 总体方案设计与比较 (10)3.2 单元电路设计 (11)3.2.1 电源电路 (11)3.2.2 D/A电路 (12)3.2.3 恒流源电路 (12)3.2.4 数码管显示电路 (14)3.3 PROTEL 99SE介绍 (15)第四章系统软件设计 (17)4.1程序语言介绍 (17)4.1.1机器语言 (17)4.1.2汇编语言 (17)4.1.3高级语言 (17)4.2PID算法介绍 (18)4.2.1 PID增量式算法 (18)4.2.2 PID位置算法 (19)4.2.3 微分先行PID算法 (20)4.3C语言程序设计流程 (20)4.4MSP430F2274编程基础简介 (21)4.4.1数据存储器和程序存储器地址空间 (21)4.4.2 MSP430F2274寄存器介绍 (21)4.4.3单片机的工作模式 (23)4.5程序流程图 (23)4.5.1 主程序流程图 (24)4.5.2 中文液晶显示 (24)4.5.3 键盘程序流程图 (25)4.5.4 A/D转换流程图 (26)4.5.5 D/A转换流程图 (26)4.6本章小结 (27)第五章系统仿真调试 (28)5.1仿真软件介绍 (28)5.1.1 功能特点 (28)5.1.2 功能模块 (28)5.2仿真步骤 (30)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)前言直流电流源是电子技术常用的设备之一,广泛应用于教学、科研等领域。

基于单片机的电阻测量方法探究北京邮电大学张昊摘要：电阻是任何电路中不可缺少的元件，它的作用很多，可以分压限流，可以进行能量转化，可以应用于传感，电阻阻值的大小直接关系到电路的性能。

基于电阻测量的方法有很多，其中利用单片机进行电阻测量是很重要的方法。

本次探究中，我们正式是使用了数字化的方法来实现对模拟电路值的间接测量。

TI的Cortex- M4总共为我们提供了四种测量电阻的方式，并且均可以在液晶板上显示相应的数值。

在具体实验时，我们需要在合适的位置加上跳线帽，并将电阻插在适当的模块上，计算得到我们要测量的电阻。

电路的相关原理会在本文中具体的阐释，实验当中也不可避免的会遇见一些问题，我们也对这些问题进行了探究。

关键词：电阻测量单片机恒流源ADS1100 仪用放大1.背景与意义：电阻是一类很重要的元件，它的作用极大，分压，分流，限流，有些特性电阻还有一般电路所没有的功能。

例如输入电阻是用来衡量放大器对信号源的影响的一个性能指标。

输入电阻越大，表明放大器从信号源取的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大，即信号源电压衰减的少。

同时，电阻是产生热损耗与热噪声的重要原因，它的阻值大小直接决定了电路的好坏，因此围绕电阻测量产生了大量的测量方法。

常见的测量方法有伏安法，半偏法，电桥法等等，这些都是基本的方法，但普遍精度不高。

当前范围内有许多种精确测量电阻的方法，比如对于低值电阻，有采用四线制电流倒向技术测量的方法，高值电阻而言，也有兆欧的欧姆表用于测量。

本次探究是基于单片机的电阻测量，它也可以很大程度上提高精度，并且方便简单，由于使用了嵌入式系统，数字化测量方法是其一大特点，对于这一方法的探究很有价值，并且它拥有广阔应用前景。

2．内容及原理：围绕电阻测量展开，我们分别用了4种方式，分别是恒流源，电桥配上ads1100与仪用放大器，共同目的是精准地测量电阻，每个实验所测电阻均是通过万用表测量与LCD显示屏所示数据计算所得，并将两种做法进行比较，得出一致的结论。

基于单片机技术的小型水电站集中监测系统的设计方案剖析【摘要】本文就目前小水电站存在运行管理落后、自动化程度低等问题，提出了采用集中监测的解决思路。

根据集中监测系统的功能提出了设计方案。

并对每个模块进行了设计思路的分析，希望通过这些剖析能够对读者提供参考。

【关键词】水电站；自动化；集中监测；单片机0 引言我国是一个小水电资源非常丰富的国家，而且分布十分广泛。

近几年来通过国家实施的以小水电为基础的农村电气化建设、农网改造、送电到乡、光明工程等一系列项目，使小水电成了我国最大的优质可再生能源，形成了一个社会、环境和经济效益相结合的新的行业。

但是目前绝大多数的小水电站存在运行管理落后、自动化监测水平低等问题。

特别是有许多水电站还采用人工监测和控制模式，巨大的噪声干扰和辐射必将对人体健康产生影响。

另外，人容易受环境、情绪、性格、疾病等诸多因素影响，本身就是一个不可靠因素，容易导致事故的发生。

本文就上述问题提出了小型水电站实施集中监测的解决方案，并对具体设计方案进行阐述。

利用成熟的计算机技术、通信技术和传感器技术，对电站温度、电流、电压、功率等参数进行实时集中监测，实现电站的远距离控制，达到少人值班、甚至无人值班的运行模式。

1 系统设计要求本系统主要作为水电站设备运行情况、电站环境、电量参数等的监测设备，因此必须具备的特点有以下几个方面：1.1 必须有精确高效的电流、电压、功率检测系统。

1.2 必须对各个电路和电站设备进行温度检测，以防止事故发生。

1.3 必须对进出电站情况进行监测（主要监测人员或其他动物进出情况）。

1.4 必须有一个快速、便捷、高效的数据传输线路，以确保所得数据的准确性，便于控制。

2 系统设计方案剖析根据系统设计的要求，系统必须具备电流、电压、功率等基本电参数的检测功能，具备对设备的温度检测功能，具备电站环境监测功能等，另外还需具备数据远距离传输功能。

因此，系统分为检测系统和监视系统。

检测系统主要完成上述数据的检测，其安装在电站；监视系统主要是对检测到的数据进行显示，有异常情况下实施报警，其安装在离电站有一定距离的监控室。

STM32|4-20mA 输出电路,使用TL431
为工业场合开发的设备通常情况下都会具有4-20mA 输出接口，在以往没有DAC 模块的单片机系统，需要外加一主片DAC 实现模拟量的控制，或者采用PWM 来摸拟DA，但也带来温漂和长期稳定性问题。

在以STM32 为中心的设备中，使用它自带的DAC 即可非常方便的实现4-20mA 的输出接口，具有精度高、稳定性好、漂移小以及编程方便等特点。

在STM32 单片机系统中，100 脚以下没有外接出VREF 引脚，但这样使得DAC 的参考端和VCC 共用，带来较大误码差，为解决这一问题，可以使用廉价的TL431 来解决供电问题，TL431 典型温漂为30ppm，所以在一般应用中已非常足够。

选用两只低温漂电阻，调整输出使TL431 的输出电压在3V- 3.6V 之间，它的并联稳压电流可达到30mA，正好能满足一般STM32 核心的功耗需求。

利用TL431 解决了供电问题，余下的就是4-20mA 的转换电路，如下图：
上图即为非常精确的转换电路，OPA333 是一颗非常优异的单电源轨至轨运算放大器，其工作电压为2.7-5.5V，其失调电压仅为10uV，实测最低输出为30uV，最高输出可达VCC-30uV。

电路组成压控恒流源，其关键在于OPA333 这颗芯片的优异性能，使得以上电路获得了极高的精度和稳定性。

DACOUT 来自于STM32 的DAC1 或者DAC2 输出，由C25 进行数字噪场滤波之后进入运算，进行1:1 缓冲，后经过Q2 进行电流放大，在R7 上形成检。