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编号
题 目： 数控恒流源的设计与制作 学 院： 物理与机电工程学院
专 业： 电子信息科学与技术 作者姓名： 指导教师： 职称： 完成日期： 2013 年 月 日
二〇一三年六月
目 录
河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 ...................................................... 错误!未定义书签。 河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 ...................................................... 错误!未定义书签。 摘 要 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。 Abstract ............................................................................................................ 错误!未定义书签。 1 绪 论 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1恒流源的意义及研究价值 .............................................................................. 错误!未定义书签。 1.2恒流源的发展历程 .......................................................................................... 错误!未定义书签。
1.2.1 电真空器件恒流源的诞生 ................................................................ 错误!未定义书签。 1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类 ............................................................ 错误!未定义书签。 1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类 ........................................................ 错误!未定义书签。 1.3数控恒流源的研究现状和发展趋势 .............................................................. 错误!未定义书签。 2 系统设计 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。
2.1设计要求 ............................................................................................. 错误!未定义书签。
2.1.1 题目要求 ................................................................................ 错误!未定义书签。 2.2 总体设计方案 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
2.2.1 设计思路 ................................................................................ 错误!未定义书签。 2.2.2 方案论证与比较 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.2.3 系统组成 ................................................................................ 错误!未定义书签。
3 单元电路设计 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
3.1 单片机控制电路 ................................................................................. 错误!未定义书签。 3.2 A/D接口电路 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 3.3 D/A接口电路 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 3.4 恒流源电路 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 3.5 LCD显示电路 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 3.6 系统电源电路 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 4 软件设计 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。
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4.1主程序 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 4.2时基中断服务子程序 ........................................................................... 错误!未定义书签。 4.3 A/D转换程序 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 5 系统的抗干扰设计 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
5.1 硬件抗干扰设计 ................................................................................. 错误!未定义书签。 5.2 软件抗干扰设计 ................................................................................. 错误!未定义书签。 6 系统测试 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。
6.1 数控恒流源实物图 .............................................................................. 错误!未定义书签。 6.2 测试使用的仪器 ................................................................................. 错误!未定义书签。 6.3 测试方法 ............................................................................................ 错误!未定义书签。 6.4 测试数据及结果分析 .......................................................................... 错误!未定义书签。 7 结束语 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。 参考文献 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。 致 谢 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。 附 录 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。 河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 ................................................... 错误!未定义书签。 河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表 ....................... 错误!未定义书签。 河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 ...................................................... 错误!未定义书签。 河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 ................................................... 错误!未定义书签。
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河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明
本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：
二O一三年六月八日
数控恒流源设计
摘 要
本文论述了以AT89C52单片机为控制核心，实现数控直流电流源功能的方案。设计采用MOSFET和精密运算放大器构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及8位D/A、A/D转换器，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，实现了0mA～2000mA范围内步进小于10mA恒定电流输出的功能，具有较高的精度与稳定性。人机接口采用步进按钮及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。
关键词：数控电流源；模数转换；数模转换；采样电阻
Abstract
This paper based on AT89C52 microcontroller,regard the AT89C52 microcontroller as the control core,NC DC current source function scheme. The design using MOSFET and precision operational amplifier constitute the main body of constant current source with high precision, sampling resistance and 8 bits D/A, A/D converter. the real-time detection of the output current of the MCU and real-time control, realizes the 0mA ~ 2000mA range step less than 10mA constant current output function, precision and has high stability. Man-machine interface using the step button and LCD liquid crystal display, intuitive control interface, concise, has good performance of human-computer interaction.
Keywords: numerical controlled current source ；analog-to-digital conversion ；the sampling resistor ；digital-to-analog conversion
1 绪 论
1.1恒流源的意义及研究价值
本课题主要研究的是基于单片机的数控直流恒流源的设计，恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源，因此恒流源的应用范围非常广泛，并且在许多情况下是必不可少的。例
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如在用通常的冲电器对蓄电池冲电时，随着蓄电池端电压的逐渐升高，冲电电流就会相应减少。为了保证恒流冲电，必须随时提高冲电器的输出电压，但采用的恒流源冲电后就可以不必调整其输出电压，从而使劳动强度降低，生产效率得到了提高。恒流源还被广泛用于测量电路中，例如电阻器阻值的测量和分级，电缆电阻的测量等，且电流越稳定，测量就越准确。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点，又可以作为其有源负载，以提高放大倍数，并且在差动放大电路、脉冲生产电路中得到了广泛应用。
除此之外，线性扫描锯齿波的获得，有线通信远供电源，电泳、电解、电镀等化学加工装置电源，电子束加工机、离子注入机等电子光学设备中的供电电源也都必须应用恒流源。
1.2 恒流源的发展历程 1.2.1 电真空器件恒流源的诞生
世界上最早的恒流源，大约出现在20世纪50年代早期。当时采用的电真空器件是镇流管，由于镇流管有稳定电流的功能，所以多用于交流电路，常被用来稳定电子管的灯丝电流。
电子管通常不能单独作为横流器件，但可用它来构成各种恒流电路。由于电子管是高压小电流器件，因此用简单的晶体管电路难于获得高压小电流恒流源，用电子管电路却容易实现，并且性能相当好。 1.2.2 晶体管恒流源的产生和分类
进入60年代，随着半导体技术的发展，设计和制造出了各种类型性能优越的晶体管恒流源，并在实际中获得了广泛应用。
晶体管恒流源电路可封装在同一外壳内，成为一个具有恒流功能的独立器件，用它可构成直流调整型恒流源。用晶体管作调整元件的各种开环和闭环的恒流源，在许多电子电路中得到了应用。但晶体管恒流源的电流稳定度一般不会太高，很难达到0.01%min,且最大输出电流也不过几安培，它适用于那些对稳定度要求不太高的场合。 1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类
到了70年代，半导体集成技术的发展使得恒流源的研制进入了一个新的阶段。长期以来采用分立元件组装的各种恒流源，现在可以集成在一片很小的硅片上。集成电路恒流源不仅减小了体积和重量，简化了设计和调试步骤，而且提高了稳定性和可靠性。在各种恒流源电路中，集成电路恒流源的性能堪称最佳。 1.3数控恒流源的研究现状和发展趋势
现状：在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收
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消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品。目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，还有着很大的差距和不足：在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年，尤其在实现直流恒流源的智能化、网络化方面的研究不是很多。目前国内在这两方面研究多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件（PSD）来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，还有很大的差距。目前，全国电源及其配件的生产销售企业有1000家以上，产值有300-400亿元，但国内企业（著名的如北京大华、江苏绿扬等）销售的数控稳压电源大多是代理日本和台湾的产品，国内产家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体来说，国内直流恒流源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。
发展趋势：目前，电力系统的后备电源、分布式电源系统以及通讯系统的后备电源等应用场合，均采用大容量的蓄电池作为蓄能元件。然而，在蓄电池的使用中需要一个双向DC/DC变换器来进行直流功率的变换。一旦电网系统发生故障，蓄电池通过DC/DC变换器直接接入直流母线，给后端的用电设备提供能量。当电网正常工作时，直流母线通过DC/DC变换器将电能储存在蓄电池中，而当蓄电池作为通讯系统的后备电源时，由于后端的用电设备多以低压大电流工作，因此要求蓄电池能够提供一个大而稳定的工作电流。另外，对蓄电池充电时，也必须进行恒流控制，因此在双向DC/DC变换器中恒流控制的好坏直接影响用电设备和蓄电池的使用寿命，随着数字信号处理器（DSP）技术的成熟，越来越多的功率电路采用了数字式控制，与模拟控制相比，数字控制具有性价比高、性能稳定等优点。另外，通过对控制软件的编程，可以很方便的实现电路功能。针对蓄电池等储能元件在使用过程中功率双向变换的问题，在目前已有的非隔离型双向拓扑基础上，提出了一种改进型双向电路拓扑。该拓扑不仅实现了双向电路的恒流控制，而且解决了双向拓扑中对不同大小电流的采样问题。通过对DSP软件的编程，还可以实现对电路的恒流、恒压以及恒功率等控制功能。
针对蓄电池系统在使用过程中的功率变换问题，提出了一种新颖的双向变换拓扑。该拓扑不仅实现了蓄电池功率变换的要求，同时对放电电流和充电电流进行了恒流控制。蓄电池放电时采用降压型电路拓扑，可使负载端电流迅速增大，有很快的动态响应，从而满足低压大电流用电设备的要求。同时，在对蓄电池进行恒流充电时，通过软件编程，实现蓄电池的浮充功能，从而延长蓄电池的使用寿命。另外，提出了对双向恒流源电路的全数
数控恒流源的设计与制作毕业论文
