小功率电流源设计_毕业论文设计(编辑修改稿)

小功率电流源设计_毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

图 2 方案二原理图 液晶显示器 1x4 键盘 AT89C51 单 片 机 系 统 D/A 转换 V/I 转换 负载 稳压电源 可 控 电 流 源 可编程数字电位 器 比较器模块 电流检测采样模块 AT89C51 键盘 预测 /实测显示 xxxxxxx2020届本科毕业论文 5 方案的比较与选择 方案一难点在于稳定恒流源的设计和高精度电流检测电路的设计。 特点是可精确的控制电流的步进量，负载变化对电流输出的影响较小。 方案二 由于改变的是电阻，所以就需要一个精准的外加电压源，但由于数字电阻的电阻变化呈非线性，因此在编程方面的要求就比较高了，再加上功率的损耗和电阻精度的问题，所以利用可编程的数字电位器并不是一个理想的选择。 综上分析比较，我们最终采用了方案一来设计题目要求的小功率电流源。 3 系统硬件部分设计 系统整体设计思路 在设计的过程 中，我所采用的先整体后局部的研究方法。 在拿到这个课题之后，首先 查阅、收集相关资料，对该课题做一个深入的了解，研究课题所涉及到的内容，能够较好的掌握有关课题的知识。 从而能够轻松地确定系统的设计方案以及系统的各个模块，理清各个模块之间的关系，同时加强对单片机、 C 语言知识的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。 图 3 系统设计思路结构图 模拟电路方案 设定器件参数 进行电路仿真 电路安装调试 设计实验结束 修改电路 通过仿真 修改电路 通过测试 否 否 否 否 小功率电流源设计 6 分析、整理所有资料，并开始进行硬件电路部分的设计。 根据所设计的方案， 设计 出电路原理图。 该系统的仿真实现采用的是 protuse 仿真软件，因此将设计出的电路原理图 在 protuse 仿真软件画出；并 采用 Keil 软件，进行程序的编写 ，并能够完成各个模块的作用。 根据所要实现的要求设计系统流程图，并按照流程图在 protuse 仿真软件环境中进行系统的仿真与调试，在此过程中很有可能出现一定的问题，但必需要想方设法的去解决，最后完成该课题的设计要求。 系统设计思路结构图如上 图 3 所示。 控制 电路设计 系统的核心为 AT89C51， AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C51 单片机的基本结构如图 4 所示： 图 4 AT89C51单片机的基本结构 单片机在该系统中所起到的作用： 通过键盘模块输入给定的电流值或是步进调整信号传送给单片机，单片机在接受到信号后马上进行处理运算，并且能够显示其给定的电流值，然后经 D/A 转换电路以输出电压，接着驱动恒流源电路实现电流的输出，并将采样电阻上的电压经过 V/I 转换，通过处理，调整电流输出，并在电流表中显示当前的电流值。 振荡电路 CPU ROM/EPROM RAM 定时 /计数器 并行接口 串行接口 中断系统 xxxxxxx2020届本科毕业论文 7 外形及引脚排列如 图 5 所示： 图 5 AT89C51外形及引脚排列 各引脚的功能介绍： VCC： 电源 ； GND： 地 ； P0： P0是一个 8位漏极开路的双向 I/O口 ； ST： 复位输入 ； EA /VPP：访问外部程序存储器控制信号。 为了方便单片机引脚的使用，我们将单片机的引脚用接口引出，电路如图 6所示 ：P2口和 ～ LED接口； P1口作为 D/A转换接口； ～。 图 6 AT89C51引脚 图 D/A 转换电路设计 为了达到系统的控制精度，选取 8 位 D/A。 具体电路 接口如图 7 所示。 D/A 转换器选用 DAC0832，它是并行输入可编程双路 8 位 D/A 转换器。 该器件仅有 20 个引脚，本系统采用 DAC0832 的直通工作方式。 AT89C51 单片机控制它只需要 9 个引脚，分别是小功率电流源设计 8 8 个数据口和一个片选端，非常方便。 +5V 单电源工作。 选典型参考电压 +5V，输出电压公式为： V0=V REF(n/256) 其输出电压范围为 ： 0～ 5V。 DAC0832 是 8 分辨率地 D/A 转换的集成芯片。 能够与微型处理器完全的兼容。 这个芯片以它的价格的低廉、接口的简单、转换的控制容易等等优点，在单片机的应用系统中得到了广泛应用。 它是由 8 位的输入的锁存器、 8 位的 DAC 的寄存器、 8 位的 D/A转换的电路以及转换的控制电路所构成。 DAC0832 的 引脚功能电路的应用的原理图如图所示，集成电路的内部有两级输入的寄存器，使得 DAC0832 芯片能够具备：双缓冲、单缓冲以及直通的三种输入的方式，以适用于各种电路 需要。 因此这个芯片应用比较广泛 ,关 于 DAC0832 的应用一些重要的资料如下图： D/A 转换的结果是采用电流的形式进行输出的。 如果需要相应模拟的电压信号，可以通过一个高输入的阻抗的线性运算的放大器来实现。 图 7 DA转换电路 恒流源电路设计 恒流源电路的设计是本系统设计的核心，恒流源电路原理图如图 8所示， 它采用电压来控制电流的变化。 为了能产生恒定的电流，我们采用电压闭环反馈控制。 恒流源电路图如图 7所示，该电路主要由运算放大器、大功率达林顿管、采样电阻、负载等组成。 采样电阻 RS由输出端进行采样，再和 基准电压进行比较，将误差电压放大反馈至调整管，xxxxxxx2020届本科毕业论文 9 使得输出电压在电网的电压变动情况下仍可以保持稳定。 该电路中调整管运用大功率达林顿管，既可以满足输出电流最大达到要求，又能较好实现电压能近似线性地进行控制电流。 RS采用热稳定性较好的康铜丝，并选择较大阻值（ 2Ω），使在电流较低的情况下也可以获得较大电压值。 运算放大器运用高精度地OP27BJ做为电压跟随器。 DAOUT为输入电压 Ui,当 Ui为 一定值时，运算放大器 Ui=US，I0=IL=IS=Ui/RS,即 I0不随 RL变化而发生变化，从而实现压控及恒流。 由此得到恒流 源输出电流的大小为： I0= Ui/RS 图 8 恒流源电路原理图 键盘电路设计 在设计中，使用标准的 1x4键盘，可以实现 0～ 9数字输入，“ +” 、“ ” 步进设置。 其电路图如 图所 9示。 仿真时，电路图中的四个按键，它们分别具有不同的功能，从左到右功能分别为“ 10”、“ 1”、“ +1”、“ +10”。 当按下最右边的按键时，显示器的示数加十，当按下从右边数第二个按键时，显示器示数加一，当按下最左边的按键时，显示器的示数减十，当按下从左边数第二个按键时示数减一。 其工作过程如下： 键扫描： CPU 先通过输出口 使所有列线输出为低电平，然后从输入口读入所有行线的状态。 若行线状态都为高电平，则说明没有键按下，若行线中有低电平，则表明有键被按下。 键扫描的方式： CPU 的控制一旦进入监控程序，将反复不断的扫描键盘，等待输入命令或数据。 在小功率电流源设计 10 初始化程序中对定时器 /计数器进行编程，使之产生 10ms 的定时中断，执行中断服务程序，对键盘扫描一遍，检查键盘的状态，实现对键盘的定时扫描。 当键盘上有按键按下时，由硬件电路产生中断请求， CPU 相应中断，执行中断服务程序，判断按下的键的键号，根据键的定义作相应处理。 图 9 键盘电路原理图 显示电路设计 在单片机应用的系统中，常常用 LED 数码管用作显示的输出设备。 LED 显示器尽管信息相对比较简单，却具有显示较清晰、亮度较高、使用的电压较低、寿命长、与单片机接口方便等特点，基本可以满足单片机系统的要求。 LED 数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。 单片机的应用的系统至中经常使用的是 8 段式 LED 数码显示管，它有共阴极和共阳级两种结构。 如图 10 所示。 其中，图（ a）为共阴极结构， 8根二极管的阴极端连接在一起，使用时 端接地，阳极端分开，需要点亮哪根二 极管，则此二极管的阳极端接高电平；图（ b）为共阳极结构， 8根二极管的阳极端连接在一起，使用时 端接电源，阴极端分开。 需要点亮哪根二极管，则此二极管的阴极端接地。 本系统所采用的是 7SEGMPX4CA 四个共 阳二极管显示器 1234 是阳公共端。 显示器电路的接口如下图 11所示，在该设计中显示器的显示范围为 0～ 250，在主电路中，当仿真刚开始进行时，示数为零。 当按下最右边的按键时，显示器的示数为十，当按下从右边数第二个。