四、单元模块设计
4.1 各单元模块功能介绍及电路设计
4.1.1 恒流源模块原理
原理如图6所示 在这一部分电路中DA将单片机送来的控制字转换成电压，控制晶体管的输出电流。由数模转换器TLV5615，误差放大器TL081驱动管，达林顿扩流电路等组成。
图6 恒流源电路图
基本原理：DAC转换器TLV5615通过单片机输入一个给定值后，会输出一个电压值，再通过运放电路对电压进行放大，取合适的采样电阻和扩流电路后。通过误差电压放大器，输入电流的大小随输入给定值转变为电压信号，再转变为实际输出的电流值。在采样电阻不变的情况下跟随给定电流值变化。组成恒流源电路。
数学表达式为：
Uout=Vref*N/1024;基准电压Vref通过电阻分压取得2.5v （4.1） U1=Uout\\(R4\\R4+R3)（4.2）
Il=Ie=Ic=U1\\R9; R9为2.5?（4.3）
由以上三式可得：I=N(mA) 即输出电流只与DA的输出电压成比例与负载无关 从而达到恒流的目的。
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4.1.3 测量及显示模块原理
单片机使用P0口作为LCD1602数据口输出，使用P2.5，P2.6，P2.7作为LCD1602的控制输入口，使用P3.3，P3.4作为按键输入口，使用P1口作为DAC0832数据输入口。如图7所示，为显示及按键模块硬件原理图。
图7 显示及按键模块
如上图所示，两个按键控制电压的上调与下调，显示模块采用LCD1602液晶显示。
4.1.4过流保护电路
当电流等于2A时，为了保护电路使其输出电流小于等于2A，因此在输出电
路线路上加上2A的熔断器，从而保护电路。如图8示。
图8 加有熔断器的保护电路
4.1.5 控制单元模块
控制器的核心器件为STC89C52单片机，在其周围集成了单片机最小系统。
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用来完成键盘控制，液晶显示，DA 以及数据处理等。系统包括了键盘和液晶，复位电路及IO引出端口。键盘用来置数，液晶用来显示预设电流值。原理如图9所示。
图9 控制单元
4.2 各种特殊元件的选择
4.2.1 采样电阻的选择
由于单片机无法识别电流，但可识别电压，故应该将采样电流的问题转化为采样电压的问题，取采样电阻的阻值为2.5Ω时，采样电压的数值即为采样电流值，又因该阻值在电流范围200mA～1000mA对应的功率为0.5W～2.5W，故采样电阻R0可取2.5Ω/5W的功率电阻。
4.2.2 调整管的选择
由于运放的最大输出电流为几十毫安，而设计要求的输出电流范围为200mA～1000mA，故要用功率管扩流(工作在放大状态)，而TIP122耐压50V，最大工作电流5A，功率65W，故功率管选择达林顿管TIP122可满足要求(工作在放大状态，UCE=3～5V)。
4.2.3 误差电压放大器
电流的稳定度与放大器有直接的关系，若要稳定度大于10-3 则放大倍数要大于1000倍，现在一般的运放都都能达到这个要求。在设计中使用了TL081作
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为误差放大器，TIP122用来扩流，其放大系数为1000。
4.2.4 数模转换器的选择
电路输出电流范围200—2000mA,步进10mA,共有180种状态，10位字长的D\\A转换器，能满足要求。设计中用两个电流控制字代表10mA,当电流控制从0，2，4，...4000时，电源输出电流为200mA,210mA,220mA,...2000mA.因此电路可采用10位的D\\A转换器，设计选用TLV5615作为D\\A芯片。
五、总结与心得
在本次实验中，我们利用STC89C52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10mA，并可由液晶显示电流设定值。由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（TLV5615）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大(TL081)，通过硬件负反馈，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，构成稳定的可调恒流源。
这次设计最终能够完好地做出相应的完全符合要求的作品。在课题设计中，期间也遇到了一些问题，比如队友之间意见的不一致；实物制作时有些细节没有考虑到等。这些给我们提供了很宝贵的经验：比如与队友意见不一致时，应该静下心来分析自己和队友的意见，合理科学的分析，找出最终最合适的方法来完成设计；在实物制作时，应该考虑各种的现实因素，不能完全将软件仿真套用在实物中。
最终，完成符合要求的作品，使我们对电子设计有了更深的理解，对各种电路及器件原理有了更深的认识，对所学理论知识有了更好的巩固，对我们专业的发展起着很重要的作用，为以后专业应用打下了坚实的基础。
六、附录
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6.1实验数据
预置电流（mA） 显示电流（mA） 实测电流（mA） 220 220 217 350 350 348 550 550 551 660 660 661 880 880 884 900 900 903 1000 1010 1005 1200 1210 1208 1400 1410 1409 1500 1510 1511 1600 1610 1612 1800 1810 1813 2000 2000 1996 10
简易可编程恒流源 - 图文
