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字控制方案。
随着电子技术的发展，恒流源已经广泛的应用在各个领域。目前市面上较成熟的恒流源输出要么在mA量级要么在百安培量级，不能满足所有输出段位的要求。许多输出电流不是很大、要求稳定度和输出精度较高的恒流源还是由使用者自行研制的。
恒流源在现代工农业及科研生产的应用中正朝着体积小、精度高、稳定性好、使用灵活的方向发展。基于功率运算放大器的恒流源在理论上具有体积小、精度高、稳定性好、可扩展等优点，输出电流范围在安培量级适用于小型电动机、线圈等的驱动。但还需要通过实验作进一步深入的研究，这对于恒流源的发展具有相当现实的意义。
2 系统设计
2.1设计要求 2.1.1 题目要求
(1)输出电流范围：200-2000mA
(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%+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，要求输出电流变化的绝对值≤ 输出电流值的1%+10mA (5)纹波电流≤2mA (6)自制电源 2.2 总体设计方案 2.2.1 设计思路
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。 2.2.2 方案论证与比较 方案一：采用开关电源的恒流源
采用开关电源的恒流源电路如图2.1所示。当电源电压降低或负载电阻Rl降低时，采样电阻RS上的电压也将减少，则SG3524的12、13管脚输出方波的占空比增大，从而BG1导通时间变长，使电压U0回升到原来的稳定值。BG1关断后，储能元件L1、E2、E3、E4保证负载上的电压不变。当输入电源电压增大或负载电阻值增大引起U0增大时，原理
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与前类似，电路通过反馈系统使U0下降到原来的稳定值，从而达到稳定负载电流Il的目的。
图2.1 采用开关电源的恒流源
优点：开关电源的功率器件工作在开关状态，功率损耗小，效率高。与之相配套的散热器体积大大减小，同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。因此采用开关电源的恒流源具有效率高、体积小、重量轻等优点。
缺点：开关电源的控制电路结构复杂，输出纹波较大，在有限的时间内实现比较困难。 方案二： 采用集成稳压器构成的开关恒流源
系统电路构成如图2.2所示。MC7805为三端固定式集成稳压器，调节Rw，可以改变电流的大小，其输出电流为：IL?(UOUT/RW)+Iq ，式中Iq为MC7805的静态电流，小于10mA。当Rw较小即输出电流较大时，可以忽略Iq，当负载电阻RL变化时，MC7805改变自身压差来维持通过负载的电流不变。
图2.2 采用集成稳压器件的恒流源电路
优点：该方案结构简单，可靠性高 缺点：无法实现数控。 方案三： 单片机控制电流源
该方案恒流源电路由N沟道的MOSFET、高精度运算放大器、采样电阻等组成，其电路原理图如图2.3所示。利用器件MOSFET的恒流特性，再加上电流反馈电路，使得该电路的精度很高。
图2.3 恒流源电路
该电流源电路可以结合单片机构成数控电流源。通过按键预置电流值，单片机输出相应的数字信号给D/A转换器，D/A转换器输出的模拟信号送到运算放大器，控制主电路电流大小。实际输出的电流再通过采样电阻采样变成电压信号，A/D转换后将信号反馈到单片机中。单片机将反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。本方案可实现题目要求，当负载在一定范围内变化时具有良好的稳定性，而且精度较高。
基于上述方案比较和题目的要求，采用了方案三。
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2.2.3 系统组成
根据题目要求和上述论证，确定的系统框图如图2.4： 按钮 AT89C52 单片机 DAC0832 恒流源电路 采样电阻 图2.4 系统框图 液晶显示 ADC0804 电流采样 3 单元电路设计 3.1单片机控制电路 本系统采用AT89C52单片机,是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容。功能强大的AT89C52单片机适合于多较为复杂控制应用场合。如下图3.1所示：
图3.1 单片机控制电路 3.2 A/D接口电路
A/D转换采用BB公司的ADC0804构成的转换电路。ADC0804 为一只具有20引脚8位CMOS 连续近似的A/D 转换器， 其规格如下： 高阻抗状态输出 ;分辨率：8 位(0～255) ;存取时间：135 ms ;转换时间：100 ms ; 总误差：-1～+1 ; 工作温度：ADC0804C为0度～70度,ADC0804L为-40 度～85 度 ;模拟输入电压范围：0V～5V ; 参考电压：2.5V ;工作电压：5V;输出为三态结构。ADC0804转换器将采样电阻上的电压转换成数字信号反馈给单片机，单片机将此反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。同时，A/D采样回来的电流经过单片机处理传送到LCD，可以显示当前的实际电流值,转换电路如图3.2所示：
图3.2 A/D转换电路
3.3 D/A接口电路
D/A转换采用8位分辨率的DAC0832构成转换电路。DAC0832与微处理器完全兼容。D/A转换电路主要负责把单片机输出的控制信号送给高精度运算放大器，控制电流源输出电流大小，具体电路如图3.3所示：
图3.3 D/A接口电路
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设D/A转换器的参考电压为VREF，按钮输入数字量为D，D/A转换输出的模拟电压为
DVOUT?256VREF选择参考电压VREF=5V，采样电阻RS?5。当输入数字量加1，模拟增加量
?V=1/256×5000 mV=20mV则输出电流变化?I??V/RS=20/5=4mA。即D/A转换器数字输入
量每增加数值1，恒流源输出电流增加4mA。因此为实现步进功能，每按一次步进\键，单片机送给D/A转换器的输入数字量D加2，从而输出电流加8mA，实现了电流步进8mA的要求。步进减8mA同理。当键盘设置输出电流大小为I时，单片机送给D/A转换器的数字量为2×I，使得电流源电路输出电流为I。然而这只是理想情况，实际电路由于种种原因，实际输出电流不会完全等于理论计算值，此时电流反馈控制起了关键作用。单片机通过分析A/D转换的数值，得到电路实际输出的电流大小，对D/A转换器的给定数字量进行调整，使得输出电流大小更精确。 3.4 恒流源电路
恒流源电路是系统的重要组成部，主要由高精度运算放大器，MOSFET，采样电阻等组成，其电路原理图如图3.4所示：
图3.4 恒流源电路
根据运放特性可得： VS?Vin MOSFET的电流： ID?Is
D/A转换器输出的控制电压加在运算放大器正输入端，控制负载中流过的电流。采样电阻将输出电流转换为电压信号，供A/D转换用。
设计中A/D、D/A转换器的参考电压都为5V，电路中流过的电流最大值为2000mA，因此正常情况下电阻阻值应为5000mV/2000mA=2.5。考虑到系统的步进功能，当D/A转换的数字输入加1时，其模拟输出增加量为?V=1/256×5000mV，与此同时采样电阻上
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的电压也相应增加相同的数值，令其输出电流增加4mA，则计算得采样电阻阻值为：
Rs=5000/256×4=5。
运算放大器的输出控制着MOSFET的VGS，因此运算放大器输出的稳定性将直接决定系统输出电流的稳定性。同时，运算放大器还决定着系统输出电流的精度。为了满足系统的精度及纹波要求，选用精密运算放大器OP07C，OP07是高精度低失调电压的精密运放集成电路,用于微弱信号的放大,如果使用双电源能达到最好的放大效果。 3.5 LCD显示电路
系统中采用普通按钮实现电流的设计和调节。 按键包括下列功能：\：电流上调；\－\：电流下调；通过按键预置电流值，确认后便可通过液晶显示出预置电流值。上调键 \和下调键 \－\分别用来控制电流以步进8mA增减，电流变化通过液晶显示出来。
液晶显示采用1602模块，它共16个管脚，但是编程用到的主要管脚不过三个，分别为：RS(数据命令选择端),R/W（读写选择端）,E（使能信号）;以后编程便主要围绕这三个管脚展开进行初始化，写命令，写数据。 以下具体阐述这三个管脚：
RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。 R/W为读写选择，高电平进行读操作，低电平进行写操作。 E端为使能端，后面和时序联系在一起。 除此外，D0~D7分别为8位双向数据线。 操作时序：
RS 0 0 1 1 R/W 0 1 0 1 操作说明 写入指令码D0~D7 读取输出的D0~D7状态字 写入数据D0~D7 从D0~D7读取数据 注：关于E=H脉冲——开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0。
读取状态字时，注意D7位，D7=1，禁止读写操作；D7=0，允许读写操作；所以对控制器每次进行读写操作前，必须进行读写检测。（即后面的读忙子程序）。LCD的接口电路如图3.5所示：
图3.5 液晶接口电路
3.6 系统电源电路
数控恒流源的设计与制作毕业论文
