1、摘 要 在電子設(shè)備中經(jīng)常用到穩(wěn)定性好、精度高、輸出可預(yù)置的直流電流源。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，對電子儀器的要求也不斷提高。電源作為電路的動力源泉更是扮演著越來越重要的角色，不論是學(xué)校實驗室還是維修中心都離不開實驗電流源，然而傳統(tǒng)的電流源不論是在控制精度還是輸出特性上都無法滿足要求。該電流源具有設(shè)定準(zhǔn)確、輸出電流穩(wěn)定、可調(diào)范圍全程線性等特點。隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和D/A，A/D技術(shù)的不斷成熟使得數(shù)控電源成為可能，數(shù)控電流源不論是在控制精度還是在可操作性上都有傳統(tǒng)電源無法比擬的優(yōu)勢。此設(shè)計在參考傳統(tǒng)電流源以及普通數(shù)控電流源的基礎(chǔ)上，在充分考慮性價比的同時極大地提高了數(shù)控電流源的準(zhǔn)確性，通過軟件

2、修正以后在使用普通元件的情況下數(shù)控電流源的性能也達(dá)到了比較高的水平。關(guān)鍵字：高精度；D/A轉(zhuǎn)換； 電流源； 軟件修正 DC Current Source Design NC朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音Abstract: Often used in electronic equipment in good stability, high accuracy, output preset dc current source. Progress unremittingly the request to the electronics instrument technically to also rai

3、se continuously along with the electronics, the power supply is the motive source of the electric circuit to play a more and more important role more, is the school a laboratory still repair centerses to all can not get away from an experiment power supply in spite of, however the traditional power

4、supply is control accuracy or output the tops of the characteristic in spite of and can't satisfy a request.This direct current source not only can steadily output, but also can be accurately initialized, and adjusted linearly at a wide range.Along with single slice machine technical of develop

5、continuously with the D/A, the A/D is technical continuously the maturity make the number control power supply to make possible, count to control the electric current source and is control accuracy in spite of still on the maneuverability all there is traditional power supply can't compare to of

6、 advantage.This design in making reference to the foundation that the traditional electric current source and common number control the electric current source, at the full consideration price compare of in the meantime raised a number to control the accuracy of the electric current source biggest,

7、pass the software correction hereafter while use the circumstance of the common component the number controls the electric current source of the function also comes to a higher level.Key words: High accuracy；D/A converter；current resource；Software correction目錄摘 要I1.緒論51.1.電流源簡介51.2.數(shù)控電流源的研究意義51.3.數(shù)控

8、電流源技術(shù)的發(fā)展52.數(shù)控電流源硬件系統(tǒng)總體設(shè)計62.1.傳統(tǒng)電流源的設(shè)計方案62.2.數(shù)控電流源方案62.3.數(shù)控電流源的方案比較72.4.電流源的軟件系統(tǒng)組成82.5.本系統(tǒng)的特點83.數(shù)控電流源硬件模塊設(shè)計93.1.電源模塊93.1.1.電源原理93.1.2.電源方案確定103.1.3.電源模塊具體電路103.1.4.電源模塊PCB設(shè)計113.1.5.顯示模塊113.2.D/A電路123.2.1.DAC0832簡介123.2.2.具體電路設(shè)計143.2.3.控制電壓產(chǎn)生電路153.3.電流輸出模塊153.3.1.具體電路圖173.4.主控部分183.4.1.AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)及外圍

9、電路183.4.2.單片機(jī)時鐘脈沖電路183.4.3.復(fù)位電路183.4.4.主控部分具體電路194.數(shù)控電流源的軟件系統(tǒng)設(shè)計204.1.具體模塊劃分204.2.數(shù)值處理215.系統(tǒng)測試225.1.設(shè)計創(chuàng)新點225.2.系統(tǒng)性能檢測225.2.1.減小紋波所采用的措施235.2.2.紋波電流測試235.3.誤差分析246.結(jié)論25致謝26參考文獻(xiàn)27附錄128附錄2411. 緒論1.1. 電流源簡介所謂恒流源就是輸出電流極其穩(wěn)定不隨負(fù)載變化。為了保證電流不變，輸出電壓必須始終符合V=I*R。即負(fù)載需要多大電壓，恒流源就必須輸出多大電壓，“無條件”予以滿足。從外部看，就是Ro=。如果R，那么V。

10、所以理想恒流源都不允許輸出開路。對于實際電路，當(dāng)R大到一定程度，電壓輸出能力就會不夠，輸出電流必然下降，不再恒定。在一般恒流電路中大多采用電流負(fù)反饋來恒定電流負(fù)反饋的作用就是“使之穩(wěn)定”。通過時刻“檢查”控制對象的狀態(tài)，并進(jìn)行調(diào)整。發(fā)現(xiàn)小了，就設(shè)法使之增大，發(fā)現(xiàn)大了，就設(shè)法使之減小。形象地說，電流負(fù)反饋電路則是采樣輸出電流，計算誤差，據(jù)此調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，使輸出電流穩(wěn)定，因而，輸出特性接近恒流源。衡量“接近”程度的指標(biāo)就是輸出電阻R遠(yuǎn)大于零。一般希望Ro。（只能接近，不可能完全達(dá)到）1.2. 數(shù)控電流源的研究意義作為常用的電子儀器在學(xué)校和研發(fā)和檢測部門都有者相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，特別在電路原理實驗和電子

11、元件老化測試中都離不開電流源。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步對電子儀器的要求不斷提高，電源作為電路的動力源泉更是扮演著越來越重要的角色，不論是學(xué)校實驗室還是維修中心都離不開實驗電源，然而傳統(tǒng)的電源不論是在控制精度還是輸出特性上都無法滿足要求。首先從精度上來看傳統(tǒng)電流源的調(diào)整大多采用旋轉(zhuǎn)電位器的方式，在調(diào)整時電流值主要從電位器的刻度讀出，容易產(chǎn)生讀數(shù)誤差。從可操作性來看傳統(tǒng)電流原電位器上的刻度有限，不可能非常精細(xì)，僅僅靠電位器的幾個刻度對操作者的技巧要求比較高，同時誤差也比較大。傳統(tǒng)的實驗電源亟待改進(jìn)電源。1.3. 數(shù)控電流源技術(shù)的發(fā)展由于單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和D/A，A/D元件的普及使得數(shù)控電源成為可

12、能，數(shù)控電源不論是在控制精度還是在可操作性上都有傳統(tǒng)電源無法比擬的優(yōu)勢，由于單片機(jī)的平民化，使得數(shù)控電源與傳統(tǒng)電源的成本日益接近。另外，SMT技術(shù)也是飛速發(fā)展，使得數(shù)控電源體積和重量都大大減小，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2. 數(shù)控電流源硬件系統(tǒng)總體設(shè)計2.1. 傳統(tǒng)電流源的設(shè)計方案電源作為常用的實驗儀器，在電子領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的電流源的控制部分一般采用模擬電路，即用電位器對基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行分壓，再進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)化，其電路設(shè)計簡單，制造成本低廉，該電路原理框圖如圖2.1所示:電壓/電流變換基準(zhǔn)電壓源電位器放大電路電流表圖2.1傳統(tǒng)電流源方案從框圖我們不難發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的電流源方案存在著

13、非常明顯的缺點，首先，輸出電流無法精確掌握。早期的電流源輸出電流僅僅靠標(biāo)在電位器或者指針表的讀數(shù)讀出，不僅讀取很不方便.度數(shù)誤差比較大,從實用的角度考慮,現(xiàn)在有些模擬電流源也使用了數(shù)字電流表作為電流顯示,提高了其精確性.但是在可操作性方面依然存在一定的不足.另外用電位器產(chǎn)生參考電位的方法是不恰當(dāng)?shù)?在電子元件中電位器是最容易產(chǎn)生噪聲的,對干擾也最為敏感,而且在使用一段時間以后,電位器作為機(jī)械元件會出現(xiàn)磨損的情況,此時該電流源的輸出電流將變得不穩(wěn)定,噪聲大幅度提高,如不更換電位器該電流源將無法正常使用。在可控升級方面?zhèn)鹘y(tǒng)的電流源方案電路一旦確定可更改的余地較小，可升級性能差。幾乎不存在什么升級的

14、可能2.2. 數(shù)控電流源方案 隨著單片機(jī)的日益成熟，其穩(wěn)定性不斷提高，價格不斷下降使得數(shù)控電流源成為可能，從原理圖來看，數(shù)控電流源和傳統(tǒng)電流源相似。不同的是數(shù)控電流源是由單片機(jī)控制的D/A提供參考電壓，取代了傳統(tǒng)電流源的電位器，使得不論是在控制精度還是使用壽命上都有很大的提高。另外單片機(jī)具有可編程性，可以進(jìn)行更為復(fù)雜的控制，如輸出特定的波形，和電腦通訊，實現(xiàn)智能化控制等，這些功能都是傳統(tǒng)電流源難于實現(xiàn)的。該電路原理框圖如圖2.2所示: 經(jīng)過多年的發(fā)展，傳統(tǒng)電流源的電流控制電路已經(jīng)相當(dāng)成熟，在用D/A替代了電位器以后，其性能有很大的提高。D/A變換緩沖電壓/電流變換放大電路A/D變換MCU鍵盤L

15、ED顯示器圖2.2數(shù)控電流源原理圖2.3. 數(shù)控電流源的方案比較方案一：通過編碼開關(guān)來控制存儲器的地址；根據(jù)地址輸出對應(yīng)的數(shù)字量送數(shù)模（D/A）進(jìn)行轉(zhuǎn)換；再根據(jù)輸出的電壓量來控制電流的變化；同時；通過四個編碼開關(guān)的BCD碼送給4511及數(shù)碼管顯示。此方案的優(yōu)點是電路原理簡單，缺點是數(shù)據(jù)量大且存儲器存儲容量有限，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)編碼開關(guān)不穩(wěn)定，所以不宜采用。其電路方框圖如圖2.3所示：圖2.3 方案一方框圖方案二：采用以89C52為核心的單片機(jī)系統(tǒng)來控制D/A的數(shù)據(jù)的輸入并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出同時單片機(jī)把輸入的預(yù)值電流送數(shù)碼管顯示，再改變輸出的電壓量來控制電流的變化，此方案的優(yōu)點是成本低，電路簡

16、單，可升級性強(qiáng)。所以在電路設(shè)計和制作中采用方案二。其電路方框圖如圖2.4所示：圖2.4 方案二方框圖2.4. 電流源的軟件系統(tǒng)組成相對來說本設(shè)計的軟件系統(tǒng)較為簡單，主流程圖如圖2.4所示圖2.4軟件主流程圖2.5. 本系統(tǒng)的特點在系統(tǒng)設(shè)計時充分考慮了系統(tǒng)的性價比，在電源模塊采用了有源慮波，并且使用兩個8位D/A來提高其分辨率，使得系統(tǒng)可以輸出五萬多個電流值，通過軟件修正后可以非常準(zhǔn)確的輸出相應(yīng)電流值，較以往的數(shù)控電流源大大提高。同時得益于有源慮波的引入，其輸出紋波也大大減小。3. 數(shù)控電流源硬件模塊設(shè)計3.1. 電源模塊3.1.1. 電源原理穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組

17、成，如圖3.1 圖3.1 電源方框及波形圖a 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動電壓U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4。b 穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓U4受負(fù)載、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓U0。仿真電路圖如圖3.1所示下:圖3.2電源仿真電路圖（protel99）仿真結(jié)果圖3.3 protel仿真結(jié)果本設(shè)計共用到電源有三種：即±5V +5V +12V.+5V其中+5 V給AD0832供電以及單片機(jī)（AT89C52）、數(shù)碼顯示（包括74LS5

18、95,CC7107）、鍵盤；-5V為AD0832參考電壓。由于要求輸出的電流最大值為2000mA，而且取樣電阻為1歐所以要求DA0832輸出的電壓至少為2伏，通過計算-5伏的電壓足夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。提供的12V的電源用于LM358和 VCC . 由于為了保證電路的性能采用線性穩(wěn)壓、濾波方式，從電路的可靠性以及性價比考慮采用標(biāo)準(zhǔn)的7812擴(kuò)流輸出方案。3.1.2. 電源方案確定待選方案：方案一：采用線性恒流電路，該方案具有噪聲干擾小，電路簡單，工作穩(wěn)定的特點，但是由于功率器件工作于線性狀態(tài)功率損耗大，發(fā)熱較大，在滿足設(shè)計要求時在極限條件下功率管的消耗功率接近20W。方案二：采用開關(guān)恒流方式進(jìn)行電流

19、控制，由于功率管只工作于打開或者關(guān)閉狀態(tài)，功率管損耗較低。發(fā)熱量很小，但是由于開關(guān)管對強(qiáng)電流進(jìn)行開關(guān)操作，干擾大大高于線性恒流源。結(jié)論：作為試驗儀器，在一般情況下對儀器的體積要求相對小于對儀器性能的要求，而“干凈”的電源對于電流源來說非常重要，所以在設(shè)計中采用線性電流源方案，并在其基礎(chǔ)上加入有源慮波，使得電源更為“干凈”所以采用方案二。3.1.3. 電源模塊具體電路如圖所示，+5V其中+5 V給AD0832供電以及單片機(jī)（AT89C52）、數(shù)碼顯示（包括74LS595,ICL7107）、鍵盤；-5V為AD0832參考電壓。由于要求輸出的電流最大值為2000mA，而且取樣電阻為1歐所以要求AD0

20、832輸出的電壓至少為2伏，通過計算-5伏的電壓足夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。提供的12V的電源用于LM358和 VCC . 由于為了保證電路的性能采用線性穩(wěn)壓、濾波方式，從電路的可靠性以及性價比考慮采用標(biāo)準(zhǔn)的7812擴(kuò)流輸出方案。圖3.4 電源原理圖3.1.4. 電源模塊PCB設(shè)計電源模塊為整個電路提供電源，具有電流大，發(fā)熱高的特點，所以在pcb設(shè)計時采用的較粗的導(dǎo)線，并在大電流的地方渡錫處理。具體模辦設(shè)計如圖所示3.1.5. 顯示模塊74LS595為串行輸入并行輸出的移位寄存器，可以作為靜態(tài)顯示器接口，接在89C52的串行口上用于數(shù)碼的顯示。數(shù)碼顯示模塊如圖所示。 圖 3.5預(yù)值數(shù)碼顯示模塊原理圖實際

21、電流顯示利用CC7107A/D轉(zhuǎn)換器組裝成3.5位數(shù)字電壓表, 該電路為CC7107,LED和若干無源元件組成的數(shù)字電壓表電路。該電路采用標(biāo)準(zhǔn)的3.5位顯示電路進(jìn)行顯示，其中最高位可以顯示千位的 “1”和顯示負(fù)號。此外，由于該電路的兩個輸入端即COM 與V+端的電位差具有很高的穩(wěn)定性，可以作為參考電壓源。因此，可以通過分壓的方法來擴(kuò)大它的量程。由于兩個輸入端最大承受電壓為200mV因此要實現(xiàn)最大值為2000mV的顯示可以用以下分壓形式（本設(shè)計所采用的）如圖2.6所示：圖3.6 數(shù)字電壓表的外接電路通過上面的電路可以測量最大值為2000mV的電壓，而在本設(shè)計中的采樣電阻為1k歐所以被測電壓值即為

22、被測電流值.圖3.6 3.5位數(shù)字電壓表原理圖3.2. D/A電路由于采用了粗調(diào)和細(xì)調(diào)分段控制使得系統(tǒng)，以及軟件修正，使得電流輸出精度大大提高，從成本和元件采購方面綜合考慮，采用DAC0832電路作為D/A轉(zhuǎn)化電路。3.2.1. DAC0832簡介DAC0832是一個8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，單電源供電，從+5V+15V均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍為±10V，電流建立時間為1µs，CMOS工藝，低功耗20mA。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.8所示，它由1個8位輸入寄存器、1個8位DAC寄存器和1個8位D/A轉(zhuǎn)換器組成和引腳排列如圖所示。 圖3.8 0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3.9 DAC083

23、2管腳圖該D/A轉(zhuǎn)換器為20引腳雙列直插式封裝，各引腳含義如下：(1)D7D0轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。(2)CS片選信號（輸入），低電平有效。(3)ILE數(shù)據(jù)鎖存允許信號（輸入），高電平有效。(4)WR1第一信號（輸入），低電平有效。該信號與ILE 信號共同控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)ILE=1和XFER=0時，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1和WR1 =1時，為輸入寄存器鎖存方式。(5) WR2 第2寫信號(輸入),低電平有效.該信號與信號合在一起控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式:當(dāng) WR2=0和XFER=0時,為DAC寄存器直通方式; 當(dāng)WR2=1和XFER=0時

24、,為DAC寄存器鎖存方式。 (6)XFER數(shù)據(jù)傳送控制信號(輸入),低電平有效 。 (7)Iout2電流輸出“1”。當(dāng)數(shù)據(jù)為全“1”時，輸出電流最大；為全“0”時輸出電流最小。(8)Iout2電流輸出“2”。 DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是：Iout1 +Iout2=常數(shù)。(9)Rfb反饋電阻端 即運算放大器的反饋電阻端，電阻（15K）已固化在芯片中。因為DAC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，為得到電壓的轉(zhuǎn)換輸出，使用時需在兩個電流輸出端接運算放大器，Rfb 即為運算放大器的反饋電阻，運算放大器的接法如圖9.3所示。(10)Vref基準(zhǔn)電壓，是外加高精度電壓源，與芯片內(nèi)的電 阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓可

25、正可負(fù)，范圍為-10V+10V.(11)DGND數(shù)字地(12)AGND模擬地DAC0832利用WR1 、 WR2 、ILE、XFER 控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作方式。1) 直通方式 WR1= WR2 =0時，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個寄存器直接進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器。2)單緩沖方式 兩個寄存器之一始終處于直通，即WR1=0或WR2=0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)。3)雙緩沖方式 兩個寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適合于多模擬信號同時輸出的應(yīng)用場合。 3.2.2. 具體電路設(shè)計在設(shè)計中采用直通方式。電路圖如3.10所示。圖3.10 D/A轉(zhuǎn)化電路其中Vx、Vy分別為粗調(diào)和精調(diào)電壓輸出。Pcb板圖如圖

26、3.11所示圖3.11D/A電路PCB圖3.2.3. 控制電壓產(chǎn)生電路該電路由兩個運算放大器組成，對Vx、Vy進(jìn)行 Vout=Vx+0.005*Vy 運算，使得控制精度達(dá)到1/51200，達(dá)到高精度控制的目的，同時也使得軟件修正成為可能。仿真電路如圖3.12所示:圖3.12 控制電壓產(chǎn)生電路其中U1a用于運算，U1b用于緩沖，及其濾波，V2為假定干擾源仿真結(jié)果入下圖3.13所示: 圖3.13 控制電壓產(chǎn)生電路仿真圖（protel）從圖中我們可以看到該電路對于高頻干擾具有較好的抑制性，這對提高電流源的輸出性能具有一定的幫助。3.3. 電流輸出模塊利用圖3.14所示的恒流源電路 ,運放的輸出端通過

27、三極管與反向輸出端相連，構(gòu)成負(fù)反饋電路，由于運放的同相輸入端與反相輸入端在理論上是虛短的，且運放的輸入電阻無窮大，因此反相端和同相端的電位相等，即,又由于三極管的發(fā)射極與集電極電流僅相差微小的基極電流，可視為兩者相等即。因此可以通過改變同相輸入端的電壓來調(diào)整輸出電流的大小。例如： 時，但是在測試對的控制比預(yù)期效果差，總是小于理論值。同時R2也是負(fù)反饋電阻，當(dāng)電路電流受外界影響而減小的時候，R2的端電壓也隨之降低，三極管的Ibe也會上升。由于三極管的驅(qū)動電流較大，在試驗中輸出電流偏小，達(dá)不到要求精度，所以采用方案二，用場效應(yīng)管代替三極管輸出，與三極管相比場效應(yīng)管具有驅(qū)動電流小，電流噪聲底，輸出電

28、流大的特點。仿真電路如圖3.14所示。仿真波形圖如圖3.15所示。 圖2.14恒流源電路原理圖圖3.14恒流源電路仿真波形圖（protel99）3.3.1. 具體電路圖在protel仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上設(shè)計了電流輸出模塊，電路原理圖如圖2.15所示圖3.15電流輸出原理圖3.4. 主控部分3.4.1. AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路在電路設(shè)計中我選擇最常見的ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)。此單片機(jī)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容，由8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器，256*8字節(jié)內(nèi)部RAM，32個可編程I/O口線，2個16位定時/計數(shù)器和6個中斷源。并且該單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實用，使用廣泛。

29、3.4.2. 單片機(jī)時鐘脈沖電路AT89C52單片機(jī)的最高時鐘脈沖頻率已經(jīng)達(dá)到了24MHz ，它內(nèi)部已經(jīng)具備了振蕩電路，只要在AT89C52的兩個引腳（即19、18腳）連接到簡單的石英振蕩晶體的2端即可，晶體的2個管腳也要用30pF的電容耦合到地。3.4.3. 復(fù)位電路89C52的復(fù)位引腳（Reset）是第9腳，當(dāng)此引腳連接高電平超過2個機(jī)器周期，即可產(chǎn)生復(fù)位的動作。以12MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為1s，兩個機(jī)器周期為2s，因此，在第9腳上連接一個4s的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位動作。最簡單的就是只要一個電阻跟一個電容的復(fù)位電路，如圖3.17所示。圖3.17 通電瞬間復(fù)位電路圖3.18

30、 89C52的基本外部電路3.4.4. 主控部分具體電路圖3.19主控電路原理圖4. 數(shù)控電流源的軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1. 具體模塊劃分?jǐn)?shù)據(jù)處理以及顯示模塊其具體流程圖如4.1圖所示:圖4.1數(shù)據(jù)處理以及顯示模塊其具體流程圖按鍵處理程序模塊如圖4.2所示:圖4.2按鍵處理程序流程圖4.2. 數(shù)值處理考慮到運算放大器的工作點偏差問題輸出控制采用鏈表方式，調(diào)整電路使得在兩個D/A均為最大輸出時，輸出電流為2000mA，然后遞減粗調(diào)和細(xì)調(diào)D/A同時用高精度電流表檢測電流，當(dāng)調(diào)整到合適的電流時即將輸出狀態(tài)記錄，并與輸出電流相關(guān)聯(lián)，從而修正D/A線性，運算放大器靜態(tài)電流等問題造成的偏差，同時在加入溫度探測電

31、路以后可以方便的對溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償。系統(tǒng)具有良好的可升級性。鍵盤對單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，（所要得到的電流值），單片機(jī)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化成D/A轉(zhuǎn)換器AD0832所需要的數(shù)字信號。假設(shè)鍵盤輸入的電流值為I,由于AD0832為8位的D/A轉(zhuǎn)換器，待轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號最大值為2 8-1=255,考慮到數(shù)值連續(xù)性問題細(xì)調(diào)D/A只采用200檔，所以該系統(tǒng)最大分辨率為255*200=51000，在最大輸出電流為2000mA時分辨率為2000/51000，小于0.1mA。采用軟件修正后，使得最小步進(jìn)為1mA，優(yōu)于設(shè)計要求。5. 系統(tǒng)測試5.1. 設(shè)計創(chuàng)新點鑒于市場上高位D/A價格高，并且購買困難，在電路設(shè)計中將采用

32、，兩個八位D/A經(jīng)過運算得到高精度的電壓輸出，并采用查表的方式對D/A進(jìn)行控制，在不同的環(huán)境下采用不同的鏈表，從而對元器件的非線性以及溫度的影響進(jìn)行高精度補(bǔ)償。采用有源慮波的方法降低電源雜波，純凈的電源供給為良好的輸出性能提供了保障。5.2. 系統(tǒng)性能檢測1測試儀器雙蹤示波器，數(shù)字示波器，萬用表 2指標(biāo)測試輸出電流范圍：20mA-2000mA可以通過按鍵設(shè)置電流值，并且實際輸出值與給定值之間的偏差<=給1%+10mA。具有“+”“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)電流<10mA。本設(shè)計要求輸出電流范圍為1mA2000mA，根據(jù)圖2.10恒流源模塊可知，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；然后

33、輸出模擬量。下面列出部分電流值及其對應(yīng)的理論和實際的數(shù)字量如表5.1所示表5.1 預(yù)值測量值電流值 （mA）實際值（mA）偏差（mA）顯示值（mA）偏差（mA）11.0220.0222154.960.0461109.890.111112019.790.2121110099.90.11022500500050331000100001003315001499114961電流值 （mA）實際值（mA）偏差（mA）顯示值（mA）偏差（mA）注：數(shù)字萬用表的型號為VC9801A+5.2.1. 減小紋波所采用的措施 由于電源電路存在紋波，必須盡量減小紋波系數(shù)，本設(shè)計采用措施有：電源大面積共地（注意大電流與

34、小電流不能共地）在整流橋后加大電容慮波，本設(shè)計采用約為22000 為了進(jìn)一步避免紋波電壓對電路的干擾而產(chǎn)生的紋波電流，本設(shè)計又加入了有源濾波電路。電路如圖5.1 圖5.1有源慮波電路5.2.2. 紋波電流測試本設(shè)計要求紋波電流小于0.5毫安，根據(jù)恒流源模塊電路，用低頻交流毫伏表測采樣電阻（康銅絲繞制而成，由于該電路為直流電路沒交流成分，所以不會產(chǎn)生感抗）兩端的電壓，通過公式：紋波電流（Iw） = 紋波電壓(Uw)/采樣電阻（100歐），通過測試，列表如下：表5.2 紋波系數(shù)測量電流值(mA)交流毫伏表測量結(jié)果示波器讀數(shù)（Vpp）(mV)100mA0.1mA0.1mA500mA0.1mA0.1m

35、A10000.2mA0.25mA 注：交流毫伏表型號為： CALTEK CA2171 示波器的型號為： CALTEK CA8022圖5.2示波器測量結(jié)果圖5.2交流毫伏表測試結(jié)果5.3. 誤差分析從上面的測試結(jié)果可以看出系統(tǒng)輸出具有很高的準(zhǔn)確性，這得益于有源慮波的所提供的高穩(wěn)定電源，以及雙D/A所帶來的高分辨率的參考電壓值,但是在電路設(shè)計初期沒有充分考慮地線的干擾，對系統(tǒng)的控制精度產(chǎn)生了一定的不利影響，在今后的設(shè)計中需要進(jìn)一步改進(jìn)6. 結(jié)論在參考傳統(tǒng)電流源以及普通數(shù)控電流源的基礎(chǔ)上，在充分考慮性價比的同時極大的提高了數(shù)控電流源的準(zhǔn)確性，在采用軟件修正以后在使用普通元件的情況下電流源的性能也達(dá)到

36、了比較高的水平，同時高分辨率的參考電壓源也為系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)展提供了一個良好的硬件平臺。但是也應(yīng)為采用軟件修正的緣故，該設(shè)計在軟件編寫的時候需要測量大量的數(shù)據(jù)，給批量生產(chǎn)帶來了一定的不便，在今后的設(shè)計中將考慮設(shè)計該款電流源的數(shù)據(jù)自動生成系統(tǒng)，以利于批量生產(chǎn)同時在條件允許的情況下，加入溫度探頭在不同的溫度下采用不同的修正方案使得該系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性將進(jìn)一步提高。 參考文獻(xiàn)1 曲學(xué)基.穩(wěn)定電源電路設(shè)計手冊.北京：電子工業(yè)出版社，20032 張立科·單片機(jī)通信技術(shù)與工程實踐·北京：人民郵電出版社，20053 王新賢.通用集成電路速查手冊.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，20024 朱宇光編著

37、·單片機(jī)應(yīng)用新技術(shù)教程·北京：電子工業(yè)出版社，20005 余永權(quán)·89系列FLASH單片機(jī)原理與應(yīng)用·北京：電子工業(yè)出版社，20006 樓然苗，李光飛·51系列單片機(jī)設(shè)計實例·北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20037 李東生·PROTEL 99SE電路設(shè)計技術(shù)入門與應(yīng)用·北京：電子工業(yè)出版社，20028 張有順編著·MCS-51/96系列單片機(jī)簡明教程·北京：中國脊梁出版社，1998附錄1源程序 PORT EQU 0FE00H PORTA EQU 0FE01H PORTB EQU 0FE02H

38、PORTC EQU 0FE03H DISP0 EQU 30H DISP1 EQU 31H DISP2 EQU 32H DISP3 EQU 33H DISP4 EQU 34H DISP5 EQU 35H DISP6 EQU 36H DISP7 EQU 37H WEI EQU 38H ;位碼 DATB1 EQU 27 ;乘 0.54 DATB EQU 50 ;除 PPPP EQU 85 ;想少數(shù)響要增大數(shù)值 ADADH EQU 0FB00H ;AD地址 DAADH EQU 0F700H ;DA地址 DBUFH EQU 3CH ;DA高四位 DBUFL EQU 3DH ;DA低八位 LENG1 EQ

39、U 24 ;雙字節(jié)二進(jìn)制變BCD,40H44H LENG2 EQU 4 LENG3 EQU 3 NUMB1 EQU 40H NUMB2 EQU 43H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP LED ORG 0013H AJMP KEYSCANMAIN: CLR P1.1 SETB P1.1 CLR P1.1 MOV R0,#00H MOV R1,#00H MOV SP,#50H SETB PT0 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0F8H ;2MS,顯示掃描間隔 MOV TL0,#30H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 SETB

40、IT1 SETB EX1 CLR 00H ;電流千位合法位 CLR 01H ;顯示閃爍 MOV 3EH,#00H ;顯示數(shù)據(jù) MOV 3FH,#00H MOV 39H,#00H ;合字暫存 MOV 3CH,#00H MOV 3DH,#00H MOV 45H,#00H ;拆字暫存 SETB P1.0 ;過載 MOV DPTR,#PORT ;AB出C口入 MOV A,#03H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#PORTA ;列掃描輸出低電平 MOV A,#0H MOVX DPTR,A MOV 3AH,#00H MOV 3BH,#00H MOV 30H,#0 MOV 31H,#0 MOV

41、32H,#0 MOV 33H,#0 MOV 34H,#0 MOV 35H,#0 MOV 36H,#0 MOV 37H,#0 MOV WEI,#00H SETB RS0 SETB RS1 MOV R0,#DISP0 ;顯示指針 一定要用倆組 MOV R6,#8 ;顯示位數(shù) MOV R1,#DISP0 ;鍵盤指針 MOV R7,#4 ;鍵盤位數(shù) CLR RS0 CLR RS1LOOP: ACALL LOOPP ACALL DTOA ACALL ATOD AJMP LOOP;*電流設(shè)置子程序*LOOPP: MOV A,3AH CJNE A,#15,PASS1 ACALL SETONEPASS1: C

42、JNE A,#10,PASS2 ACALL JIAPASS2: CJNE A,#11,PASS3 ACALL JIANPASS3: RET;*DA轉(zhuǎn)換子程序*DTOA: PUSH PSW SETB RS0 MOV R2,3CH MOV R3,3DH ;MOV R2,#00H ;MOV R3,#00H CLR P3.5 SETB P3.5 SETB P2.3 CLR C CLR A MOV A,R2 MOV R7,#4LOOP11: RLC A DJNZ R7,LOOP11 MOV R7,#4LOOP22: LCALL PRD DJNZ R7,LOOP22 CLR C CLR A MOV A,R

43、3 MOV R7,#8LOOP34: LCALL PRD DJNZ R7,LOOP34 CPL P2.3 POP PSW RETPRD: RLC A MOV P3.0,C SETB P3.1 CPL P3.1 RET;*AD采樣子程序*ATOD:HUMID: MOV DPTR,#0FB00H CLR A MOVX DPTR,AWAIT: JNB P3.4,READ ;轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 SJMP WAITREAD: MOVX A,DPTR MOV B,#8 MUL AB MOV 40H,A ;低位 MOV 41H,B ;高位 ;MOV 40H,#0F8H ;MOV 41H,#07H MOV 42H,#00H;雙字節(jié)二進(jìn)制變BCD;入口二進(jìn)制42H,41H,40H高到低;出口44H43H,高到低MUBTD: MOV R0,#NUMB2 MOV R7,#LENG2 CLR A