基于单片机的恒流源设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的恒流源设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

点电位， ；而。 图 24 场效应管恒流源 根据公式 可解得 式中 表示为夹断电压， 为饱和漏极电流。 也可以去掉电源辅助回路，变成纯两端网络，电路如图 24(ｂ )所示。 由图可得 对于场效应管恒流源的等效内阻，我们也可以导出 式中 为场效应管漏源极间电阻，Ｓ为其跨导。 若设 =100ｋΩ，Ｓ =2ｍＡ /Ｖ， =5ｋΩ，则 =，可见，其等效内阻也是非常巨大的。 另外，从上述式子还可以看到，将电阻 或 增大，晶体管恒流源内阻则趋于最大值 ，而场效应管恒流源内阻趋近于无穷大。 由此，采用较大负反馈电阻，场效应管恒流源会取得更好的等效内阻指标。 若将场效应管与晶体管配合使用，组成如图 25 所示电路，并辅之以温度补偿和稳压措施，则恒流效果会更佳。 图 25 改进型场效应管恒流源 集成运放恒流源 若要扩大输出电流的取值范围，采用如图 26 所示的集成运放恒流源。 图 26(ａ )中，稳压管Ｄｚ进行稳压，Ｔ 1 栅流极小，输出恒流 Ｉ 0=Ｖ ｚ /Ｒ 1,只要Ｔ 2 的参数允许，这种电路可输出几百ｍＡ以上的稳定电流。 有时，需要负载一端按地的场合，电路如图 26(ｂ )所示，输出恒流 Ｉ 0=Ｖ 2/Ｒ 2。 假定运算放大器能供给 5ｍＡ以上的基流，晶体管β 100,则可以超过 500ｍＡ。 为防止运算放大器和晶体管进入饱和状态影响电路的正常工作，负载ＲＬ 取值不能过大，该电路适应于小负载大电流的场合。 图 26 集成运放恒流源 三种恒流源设计方案总结 ①由晶体管构成的恒流源，广泛地用作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，将场效应和晶体管配合使用，其恒流效果会更佳。 ③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。 由于本系统要求实现 0~1000mA 连续可调，并且驱动工业级 LED 灯，因此通过对上述三种恒流源方法的比较论证，本文选用集成运放恒流源。 控制器模块方案论证 方案一：采用 FPGA 作为系统的控制模块。 FPGA 可以实现复杂的逻辑功能，规模大，稳定性强，易于调试和进行功能扩展。 FPGA 采用并行输入输出方式，处理速度高，适合作为大规模实时系统的核心。 但由于 FPGA 集成度高，成本偏高，且由于其引脚较多，加大了硬件设计和实物制作的难度。 方案二：采用 AT89C52 作为控制模块核心。 单片机最小系统简单，容易制作 PCB，算术功能强，软件编程灵活、可以通过 ISP 方式将程序快速下载到芯片，方便的实现程序的更新，自由度大，较好的发挥 C 语言的灵活性，可用编程实现各种算法和逻辑控制，同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。 基于以上分析，选择方案二 ,利用 89C52 单片机将电流步进值或设定值通过换算 由 D/A转换，驱动恒流源电路实现电流输出。 显示模块方案 方案一 :使用 LED 数码管显示。 数码管采用 BCD 编码显示数字，对外界环境要求低，易于维护，尤其是当使用多位一体的数码管时，电路简单，编程量小。 方案二 :使用 LCD 显示，电路相对于多位一体数码管复杂，编程更加复杂，硬件成本更贵。 由于本系统只需要显示电流值，无须显示汉字，并出于硬件成本考虑，本系统选择方案一，采用四位一体共阳极数码管显示电流值。 键盘模块方案 方案一 ：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根 I/O 接口线 ,每个 I/O 口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。 缺点为当按键较多时占用单片机的 I/O 口数目较多。 方案二 ：采用标准 4X4 键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的 I/O 口数目。 本系统只需要三个按键，分别为控制按键，步进增加电流、步进减小电流，因此本系统采用独立式按键即可满足系统要求，降低开发难度和硬件成本。 电源模块方案 系统需要多个电源，单片机、 D/A、使用 5V 稳压电源，运放需要 +24V 稳压电源，同时系统要求最高输出电流为 1000mA，电源需为系统提供足够 大的稳定电流。 综上所述，采用三端稳压集成 7805得到 +5V 稳定电压，集成 LM317通过可调电阻控制输出 +24V 稳定电压，并能够输出 的电流的，利用该方法实现的电源电路简单，工作稳定可靠。 3 系统设计方案及硬件结构 系统设计框图 本系统以 AT89C52 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 四位一体数码管 显示 电流 值。 首先，采用单片稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元器件实现稳流。 为实现对输出电流控制： 通过 D/A 转换器（ AD5320）输出实现电流的预置， 通过比较器和大功率达林顿三极管实现恒流源的反馈调节， 这样构成稳定的压控电流源。 系统原理框图如 图 31 所示 ： 交流输入整流模块运放 + 大功率管输出调整模块恒流输出负载芯片供电模块取样电阻反馈调节环节负载电源单片机AT 89 C 52显示键盘D / A 转换模块图 31 系。