高精度宽范围程控直流恒流源的设计与实现

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。

恒流源在现代检测计量领域中发挥了极其重要的作用。

在浙江虎王公司开发的“线缆自动化检测设备”系统中，恒流源是重要的组成部分。

只有开发出精度高、输出功率大、可调范围广的高精度恒流源，“线缆自动化检测设备”才能满足“精准、快速、智能地检测各类线缆”的技术要求。

因此，本文着重探讨该系统中高精度可调恒流源的设计问题。

一、系统设计高精度可调恒流源主要由两部分组成：一是电流源主电路，二是控制电路。

其中主控电路主要由两块场效应管产生输出所需的大电流，控制电路主要由ＰＷＭ控制芯片ＳＧ３５２５及运放构成闭环负反馈。

系统结构图如图１所示。

图1恒流源主电路由整流滤波、ＭＯＳ管驱动、电流输出等三部分电路模块组成。

其中ＭＯＳ管驱动电路如图２所示，图中开关管Ｑ１、Ｑ４是电压驱动全控型ＭＯＳＦＥＴ，具有输入阻抗高、驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点。

半桥式逆变电路一个桥臂由开关管Ｑ１、Ｑ４组成，另一个桥臂由电容Ｃ６、Ｃ９组成。

通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压Ｖｏ，经全波变换和电感去噪后，对外输出电流。

图2场效应管选择２ＳＫ２６４８型芯片，它的最大漏极电流９　Ａ，最大功耗１５０Ｗ。

由于流过场效应管的电流较大，场效应管的发热比较严重，为保证恒流源的可靠工作，可以给场效应管加装合适大小的散热片。

恒流源控制电路由信号采样、比较放大、ＰＷＭ控制、推挽等电路模块组成，是稳定恒流输出、提高调节精度的关键所在，控制环节的好坏直接影响电路的整体性能。

如图３所示，本设计采用以ＳＧ３５２５芯片为核心的恒频脉宽调制控制方式。

ＳＧ３５２５芯片的脚５和脚７间串联一个电阻Ｒｄ，可以在较大范围内调节死区时间。

ＳＧ３５２５的振荡频率可表示为：式中ＣＴ，ＲＴ分别是与脚５、脚６相连的振荡器的电容和电阻，Ｒｄ是与脚７相连的放电端电阻值。

取值分别为浅谈高精度可调恒流源的设计文/高建强 李　博1(0.73)sT T dfC R R=+ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ812011 3ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2011 382２２００ｐ、１０ｋ、１５０，即频率为６１ｋｈｚ。

word格式-可编辑-感谢下载支持数控直流电流源（F题）一、任务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。

二、要求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。

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。

数控直流恒流源的设计与制作word格式-可编辑-感谢下载支持发表日期：2006年5月1日出处：本站原创【编辑录入：zouwenkun】指导老师:王贵恩博士制作人:彭浦能、梁星燎、林小涛《数控直流恒流源》《数控恒流源获奖证书》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（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。

数控直流电流源的设计数控直流电流源设计是一种电源研发中不可或缺的一种技术。

数控电源设计的基本原理是以数字信号为控制信号，通过模数转换器将信号进行处理，并在输出端通过运放和功率器件实现电源输出。

数控直流电流源设计通常有多种实现方案，下面我们将对数控直流电流源的设计方案和基本要点进行介绍。

一、数控直流电流源的设计方案1. 数控直流电流源通过电压降进行电流调节在设计中，可以将一个负载电阻串联在直流电源输出端，用操作信号控制电压降，从而在电阻上产生稳定的电流。

不同电源的电压调整范围不同，具体电源需要合理选择电压控制元件并加以调节。

2. 数控直流电流源采用二极管式恒流源技术该方法的设计基于二极管的固有特性，二极管正向电流与其正向电压成指数关系，某种程度上追求了电流不随负载电阻和电源电压的变化而发生改变的目的。

3. 数控直流电流源采用电压转换及限流技术该技术基于集回控制回路和恒压限流控制回路于一身。

输入时，集成回路不变，恒压限流回路负责输出电流的保护和限制，保证负载操作安全可靠。

二、数控直流电流源的基本要点在设计数控直流电流源的时候，需要考虑以下要点：1. 电源适应范围。

在选择模拟电源芯片之前，需要考虑需要连接的负载电流大小、所需合适的输出电流、输出电压和功率等因素。

2. 稳定性。

电源的稳定性是评价数控直流电流源优劣的重要指标。

电阻、电容组成的稳压、稳流回路是保证电源稳定性的有效手段。

3. 真实性。

在设计中，需要考虑到负载电流变化所产生的响应状况并给出合适的解决方法。

在许多情况下，需要对设计方案进行优化和调整，以达到输出电流的更为真实性。

4. 安全性。

电源在工作过程中需要考虑对安全的保护。

对于短路保护、过载保护和过热保护等方面需要进行设计。

5. 控制模式。

需要考虑到数控直流电流源的控制模式。

包括区间控制、精密控制、PID控制、阶梯控制等模式，具体的应选取相应的模式根据需求需按体制进行设计。

总结：数控直流电流源设计是非常有挑战性的，需要精密技术，高质量的工程人员和一定的实践经验。

（数控加工）数控直流电源的设计与实现数控直流电源的设计和实现壹、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．运用微机系统实现壹个数控直流电源。

二、实验内容和要求基于80x86实验箱平台设计且制作数控直流电源。

要求由键盘预置输入直流电压在0～＋9.9V之间的任意壹个值，数控直流电源输出，且输出电压和给定值偏差不大于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，和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。

系统利用可编程且行接口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数码管就能够显示实际输出值。

（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。

数控恒流电源设计报告摘要：本系统创造性地采用精密低功耗仪表运放INA118和DC-DC变换器及低功耗单片机MSP430F149结合的方式，很好地实现了题目输出电流变化范在200mA～2000 mA,并且电压输出值小于10V，输出噪声纹波电流小于等于30 mA，整机效率达到70%以上。

高效数控恒流电源可预测并显示，经测试，基本指标已达到要求。

关键词：数控恒流电源MSP430F149 DC/DC变换电路目录1.总体方案论证与比较： (1)1.1.DC/DC变换电路的方案论证和选择 (1)1.2.控制电路的方案论证和选择 (2)1.3.开关电源模块的方案论证和选择 (2)1.4.显示模块的方案论证和选择 (4)1.5.电流取样电阻的方案论证和选择 (4)2.硬件电路的设计 (5)2.1.系统电路方框： (5)2.2.各部分模块电路简介： (5)2.2.1.DC/DC变换电路.................................................................................................................. 错误！未定义书签。

2.2.2.采样电路的设计，由低噪声高精度满量程运放INA118芯片与精密低功耗仪表放大器TLC2202组成。

. 6 2.2.3 MSP430内部A/D与外部D/A转换电路（核心芯片） (6)2.2.4.键盘控制电路的设计 (8)2.2.5.液晶显示的设计 (8)3.．软件设计 (10)3.1.软件流程设计 (10)4.系统仿真和实际电路测试数据 (13)4.1.测试方法与数据分析 (13)4.2.输出电流测试表表1： (13)4.3.电流调整率 (13)4.4.负载调整率 (13)4.5.输出噪声纹波电流 (13)4.6.整机效率 (14)4.7.过压保护电压 (14)4.8.误差的分析与进一步改进： (14)5.参考文献 (14)6.附录1：所使用的TI芯片清单及其它的基本特性 (16)7.附录2 系统整体原理图： (17)8.附录3 作品照片 (18)1.总体方案论证与比较：经过仔细地分析和论证，我们认为此次高效数控恒流电源可分为电源电路，整流滤波电路，DC/DC 转换电路，负载电路，放大电路，单片机控制电路，人机界面这几个模块。

引言在仪表校准中，希望直流电压源或电流源的精度与分辨率足够高，因为这是仪表能否校准好的关键所在。

然而，单纯使用单个DAC的方法不仅成本高，而且各项性能并不能得到保证，因此，本文提出了一种使用一个双通道DAC来实现高精度直流电压/电流源的方法，即一个通道实现高精度要求，另一个通道实现动态范围要求。

这样不仅节约了成本，精度也达到了要求。

系统设计实现设计的思路是先产生一个分辨率为0.02mV、动态范围为0～2.5V的标准电压信号Vstand，然后通过放大电路将该基本电压放大5倍，就可以得到0～12.5V、分辨率为0.1mV的直流电压，从而实现高精度的电压源。

而动态范围为0～20mA、分辨率为0.001mA的高精度电流源则是通过将Vstand接到场效应管的栅极来控制其漏极电流而得到。

因此，该设计中最核心的部分是标准电压信号Vstand的产生。

Vstand的产生本设计使用的是双12位DAC LTC1590。

Vstand的产生如图1所示。

图1 基本电压信号产生示意图D/A1、D/A2分别代表LTC1590中两个独立的、精度都为12位的DAC。

参考电压都采用AD780提供的2.5V电压。

D/A1用来提供粗调电压V1。

D/A2输出的电压V2经过衰减200倍后得到精调电压V2’’，中间所加的精密数字电位器起调节V2’’分辨率的作用，最后精调电压与粗调电压相加，便得到标准电压Vstand。

精密数字电位器采用的是8位256档的AD8400，设K为AD8400的调节比例(0≤K≤1)，可以得到：V2‘＝V2×K于是V1分辨率=＝=0.61035(mV)≈0.61 (mV)，V2‘‘分辨率=≈0.003K(mV)则V1= V1分辨率×N，V2‘‘= V2‘‘分辨率×M (N ，M为0~4096的整数)最终的输出电压V为V1、V2‘’之和放大5倍，于是有：V=5Vstand=(V1+ V2‘’)×5=(V1分辨率×N+ V2‘‘分辨率×M)×5由于V1是粗调电压，解决的是V的动态范围问题，而V的最小分辨率是由细调电压V2‘’决定的，所以：V的分辨率＝V分辨率＝5×V2‘‘分辨率＝0.003K×5=0.015K(mV)由以上分析可知：使用这种方式得到的V的输出动态范围可以达到0~12.5V，而分辨率约为0.015K mV，若K＝1(即不采用AD8400)，0.015mV与0.1mV不构成整数倍关系，单纯的由程序控制不能达到0.1mV的分辨率要求。