毕业设计论文数控恒流源的设计

1、摘 要恒流源,是一种能够向负载提供恒定电流的电源。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。本文设计了一种基于单片机控制的数控直流恒流源。该恒流源以AT89S52为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07和达林顿管TIP122构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及12位D/A芯片MAX532、16位A/D芯片AD7715，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制。人机接口采用44键盘及LED数码管显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。在软件设计上采用增量式PID控制算法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。该系统已基本达到预期的设计目标，具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点，可以应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。关键词：恒流源；AT89S52；PID控制算法；数字控制。 The abstract Constant current, is one kind can provide the constant current to the load the power source.The constant current appli

2、cation scope is extremely widespread, and in many situations is essential.This article has designed one kind the numerical control cocurrent constant current which controls based on the monolithic integrated circuit. This constant current take AT89S52 as the control core, has used operational amplifier OP07 and Darington which Gao Gongmu the rejection ratio low temperature floats manages the TIP122 constitution constant current the main body, matches by the high accuracy sampling resistance and

3、12 D/A chip MAX532, 16 A/D chip AD7715, has completed the monolithic integrated circuit to the output current real-time examination and the real-time control. The man-machine connection uses 44 the keyboard and the LED nixietube monitor, the control interface is direct-viewing, is succinct, has the good man-machine interaction performance.Uses the increase type PID control algorithm in the software design, namely the digital controller output only is controls the quantity the increase.This syste

4、m had achieved basically the anticipated design goal, has the function strongly, the performance reliable, the volume small, the electric circuit simple characteristic, may apply in needs the high stability the low power constant current domain.Key word: Constant current; AT89S52; PID control algorithm; Numerical control. 目录第1章 绪论5第2章 系统的总体设计62.1 设计指标要求62.2 总体方案的选取及系统62.2.1 方案一：62.2.2 方案二：7第3章 系统的硬件设计83.1 单片机的功能介绍83.1.1 主要功能特性：83.1.2 引脚功能说明83.1.3 时钟电路及复位电路113.2 恒流源基本设计原理与实现方法133.2.1 引起稳定电源输出不稳定的

5、主要原因133.2.2 恒流源的基本设计原理143.2.3 系统电源设计153.3 A/D 模块选择163.3.1 AD7715简介163.3.2 硬件电路设计183.4 D/A 模块选择193.4.1 MAX532简介193.4.2 硬件电路设计213.5 键盘接口电路设计223.5.1 键盘工作方式233.5.2 接口电路设计233.5.3 按键抖动及消除243.6 显示器接口电路设计25第4章 系统的软件设计274.1 控制算法274.2 软件流程图294.2.1 主程序流程图294.2.2 键盘中断子程序304.2.3 显示中断子程序31第5章 总结33致 谢34参考文献35附录A 总电路图36第1章 绪论恒流源,是一种能向负载提供恒定电流之电路。一般而言,按照恒流源电路主要组成器件的不同,可分为三类:晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源，下面分别予以说明。1 、晶体管恒流源这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件,利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小,并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之恒定性.通常,还采用一定的温度补偿和稳压措施。由晶体管构成的恒流源,广泛地用作

6、差动放大器的射极公共电阻,或作为放大电路的有源负载,或作为偏流使用,也可以作为脉冲产生电路的充放电电流,由于晶体管参数受温度变化影响,大多采用了温度补偿及稳压措施,或增强电流负反馈的深度以进一步稳定输出电流。2 、场效应管恒流源场效应管恒流源较之晶体管恒流源,其等效内阻较小,但增大电流负反馈电阻,场效应管恒流源会取得更好的效果.且无需辅助电源,是一个纯两端网络,这种工作方式十分有用,可以用来代替任意一个欧姆电阻。通常,将场效应管和晶体管配合使用,其恒流效果会更佳。3 、集成运放恒流源由于温度对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响之显著,由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好,恒流性能更高之优点。尤其在负载一端需接地,要求大电流的场合,获得了广泛应用。第2章 系统的总体设计2.1 设计指标要求（1）输出电流范围：200mA2000mA;（2）可设置并显示电流给定值，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

7、流2mA。2.2 总体方案的选取及系统2.2.1 方案一：利用FPGA作为控制器，以它为中心设计外围电路，并利用D/A转换形成闭环回路。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。系统框图如图2-1所示。显示器键盘控制器数模转换模数转换电压电流转换 2-1 系统框图 2.2.2 方案二： 本课题要设计的基于单片机控制的直流恒流源，以直流稳压电源和稳流电源为核心,结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。首先采用了单片集成稳压芯片实现直流稳压,然后采用了分立元件实现稳流。为实现对输出电流的控制:一方面,通过D/A输出实现电流的预置,再通过运算放大器控制晶体管的输出电流;另一方面,运用A/D转换器件将输出电流的采样值送入单片机,与预置值进行比较,将误差值通过D/A转换芯片添加到调整电路,从而进一步降低了输出电流的纹波。该系统输出电流范围较大，并且输出电流与给定值偏差的绝对值及纹波电流较小，具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点，分为以下几个组成部分：单片机控制系统、A/D和D/A转换模块、恒流源模块、负载、键盘及显示模块，系统框图如图2-2所示。单 机机控

8、制系统A/DD/A恒流源主电路负载键盘控制LED显示图2-2 系统框图比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。第3章 系统的硬件设计3.1 单片机的功能介绍3.1.1 主要功能特性：（1）兼容MCS-51指令系统（2）32个双向I/O口（3）3个16位可编程定时/计数器（4）全双工UART串行中断口线（5）2个外部中断源（6）中断唤醒省电模式（7）看门狗（WDT）电路（8）灵活的ISP字节和分页编程（9）8k可反复摖写（1000次）ISP Flash ROM（10）4.5-5.5V工作电压（11）时钟频率0-33MHz（12）2568bit内部RAM（13）低功耗空闲和省电模式（14）3级加密位（15）软件设置空闲和省电功能（16）双数据寄存器指针AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP、和PLCC三种封装式，以适应不同产品的需求。3.1.2 引脚功能说明本课题采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制系统的核心。AT89S52是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，引脚图如图3-1所示。图 3-1 AT89S52 引脚图(1)主电源引脚VCC：+5V电源端GND：接地端(2)输入/输出引脚P0端口(P0.0P0.7)：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在对flash存储器行编程时，P0口用于接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节；这时需要外部上拉电阻。P1端口(P1.0P1.7)：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作输为入使用时，被输入信号拉低的引脚由于内部上拉电阻的原因，将输出电流IIL。此外，P1.

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