本數控直流恆流源系統輸出電流穩定，輸出電流可在20ma~2000ma範圍內任意設定，不隨負載和環境溫度變化，並具有很高的精度，輸出電流誤差範圍±4ma，因而可實際應用於需要高穩定度小功率直流恆流源的領域。
1 系統原理及理論分析
1.1微控制器最小系統組成
微控制器系統是整個數控系統的核心部分，它主要用於鍵盤按鍵管理、資料處理、實時取樣分析系統引數及對各部分反饋環節進行整體調整。主要包括at89s52微控制器、模數轉換晶元adc0809、12位數模轉換晶元ad7543、數碼管顯示解碼晶元74ls47與74ls138等器件。
1.2系統效能
本系統的效能指標主要由兩大關係所決定，設定值與ａ/ｄ取樣顯示值（系統內部測量值）的關係。內部測量值與實際測量值的關係，而後者是所有儀表所存在的誤差。
1.3恆流原理
數模轉換晶元ad7543是12位電流輸出型，其中out1和out2是電流的輸出端。為了實現數控的目的，可以通過微處理器控制ad7543的模擬量輸出，從而間接改變電流源的輸出電流。從理論上來說，通過控制ad7543的輸出等級，可以達到1ma的輸出精度。
但是本系統恆流源要求輸出電流範圍是20ma~2000ma，而當器件處於2000ma的工作電流時，屬於工作在大電流狀態，電晶體長時間工作在這種狀態，集電結發熱嚴重，導致晶管值下降，從而導致電流不能維持恆定。為了克服大電流工作時電流的波動，在輸出部分增加了乙個反饋環節來控制電流穩定，減小電流的波動，此反饋迴路採用數字形式反饋，通過微處理器的實時取樣分析後，根據實際輸出對電流源進行實時調節。經測試表明，採用常用的大功率電阻作為取樣電阻r0，輸出電流波動比較大，而選用錳銅電阻絲製作取樣電阻，電流穩定性得到了改善。
電路反饋原理如下圖所示。
2 總體方案論證與比較
方案一：採用各類數位電路來組成鍵盤控制系統，進行訊號處理，如選用cpld等可程式設計邏輯器件。本方案電路複雜，靈活性不高，效率低，不利於系統的擴充套件，對訊號處理比較困難。
方案二：採用at89s52微控制器作為整機的控制單元，通過改變ad7543的輸入數字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發生變化，間接地改變輸出電流的大小。為了能夠使系統具備檢測實際輸出電流值的大小，可以將電流轉換成電壓，並經過adc0809進行模數轉換，間接用微控制器實時對電壓進行取樣，然後進行資料處理及顯示。
此系統比較靈活，採用軟體方法來解決資料的預置以及電流的步進控制，使系統硬體更加簡潔，各類功能易於實現，能很好地滿足題目的要求。本方案的基本原理如圖2所示。
3 模組電路設計與比較
3.1恆流源方案選擇
方案一：採用恆流二極體或者恆流三極體，精度比較高，但這種電路能實現的恆流範圍很小，只能達到十幾毫安，不能達到題目的要求。
方案二：採用四端可調恆流源，這種器件靠改變外圍電阻元件引數，從而使電流達到可調的目的，這種器件能夠達到1~2000毫安的輸出電流。改變輸出電流，通常有兩種方法：
一是通過手動調節來改變輸出電流，這種方法不能滿足題目的數控調節要求；二是通過數字電位器來改變需要的電阻引數，雖然可以達到數控的目的，但數字電位器的每一級步進電阻比較大，所以很難調節輸出電流。
方案三：壓控恆流源，通過改變恆流源的外圍電壓，利用電壓的大小來控制輸出電流的大小。電壓控制電路採用數控的方式，利用微控制器送出數字量，經過d/a轉換轉變成模擬訊號，再送到大功率三極體進行放大。
微控制器系統實時對輸出電流進行監控，採用數字方式作為反饋調整環節，由程式控制調節功率管的輸出電流恆定。當改變負載大小時，基本上不影響電流的輸出，採用這樣乙個閉路環節使得系統一直在設定值維持電流恆定。該方案通過軟體方法實現輸出電流穩定，易於功能的實現，便於操作，故選擇此方案。
電路原理圖如圖3所示。
3.2反饋閉環方案選擇
方案一：取樣電阻上的電壓，可知輸出電流與取樣電阻存在近似線性關係，因此可以從檢測電阻上電壓的大小來直接增減反饋深度。
方案二：從取樣電阻上得到乙個反饋電壓，由於取樣電阻阻值比較小，在該電阻上的壓降相應也小，為了提高系統控制的靈敏度，採用一級運算放大器對取樣電壓進行放大，再送到adc0809進行a/d轉換。資料由微控制器系統進行相應處理，為了達到1ma步進，選用12位序列d/a轉換器件ad7543可以滿足題目要求，而且該晶元是採用序列資料傳送方式，硬體電路簡單。
同時反饋系統控制靈活，易於達到1ma的步進要求。
3.3控制單元方案選擇
由於要實現人機對話，至少要有10個數字按鍵和兩個步進按鍵，考慮到還要實現其它的功能鍵，選用16按鍵的鍵盤來完成整個系統控制。顯示部分採用8位led數碼管，而且**便宜，易於實現。考慮到微控制器的i/o埠有限，為了充分優化系統，採用外部擴充套件一片8155來實現鍵盤介面與顯示功能。
電路原理如圖4所示。
圖3 壓控恆流源電路原理
圖4鍵盤及顯示電路
3.4電源方案選擇
方案一：用開關穩壓電源給整機供電，此方案能夠完成本作品電流源的供電，但開關電源比較複雜，而且體積也比較大，製作不便，因而此方案難以實現。
方案二：微控制器控制系統以及外圍晶元供電採用78系列三端穩壓器件，通過全波整流，然後進行濾波穩壓。電流源部分由於要給外圍測試電路提供比較大的功率，因此必須採用大功率器件。
考慮到該電流源輸出電壓在10v以內，最大輸出電流不大於2000ma，由公式p=u*i可以粗略估算電流源的功耗為20w。同時考慮到恆流源功率管部分的功耗，需要預留功率餘量，因此供電電源要求能輸出30w以上。為了儘量減少輸出電流的紋波，要求供電源要穩定，因此採用隔離電源，選用由lm338構成的高精度大電流穩壓電源。
此方案輸出電流精度高，能滿足題目要求，而且簡單實用，易於自製，故選用方案二。穩壓電源原理如圖5所示。
3.5過壓報警功能設計
為了使本數控直流電流源進一步智慧型化，考慮到要求輸出電壓不大於10v，因此系統測試部分設計了乙個過壓報警電路，用於對電壓的實時監測，一旦有過壓現象，控制器響應後會發出報警控制訊號。電路原理參見圖3。
4 軟體設計
根據實際的硬體電路，為了有效地減小紋波電流，用軟體方法實現去峰值數值濾波，以減小環境引數對輸出控制量的影響。軟體設計主程式流程圖和閉環比較子程式流程圖；電流設定子程式流程圖；鍵盤中斷子程式流程圖；顯示中斷子程式流程圖。分別如下圖所示。
根據本系統的實際要求軟體設計可分為以下幾個功能模組：
4.1主程式模組main：流程圖如圖6所示。主程式負責與各子程式模組的介面和檢查鍵盤功能號。
4.2閉環比較子程式模組bihuan：流程圖如圖7所示。
通過呼叫閉環比較子程式得出實際值與設定值的差值，如果是實際值大於設定值則將原來的ｄ/ａ的入口數值減去這個差值再送去d/a轉換，如果是實際值小於設定值則把原來的ｄ/ａ的入口數值加上這個差值再送去轉換。如果輸出值與設定值仍然不一致，再將差值和設定值相加送d/a轉換，以逐步逼近的形式使實際值和設定值相一致後通過led把穩定的實際值顯示出來。而逐步逼近過程中的實際值不送顯示因此減少了實際顯示值的不穩定。
這也是結構化程式的要點（合理設定程式的順序結構）。
4.3電流設定子程式模組setup：流程圖如圖8所示。
通過鍵盤設定電流的大小，因為本系統最大輸出電流是2000mａ，所以該子程式兼有電流設定合法性，也就是說設定電流不能大於2000mａ。
4.4鍵盤中斷子程式模組keyscan：流程圖如圖9所示。
本系統採用外部中斷1來實現實時掃瞄，使程式及時響應按鍵請求而無需顧慮其它程式模組運**況。
4.5顯示中斷子程式模組led：流程圖如圖10所示。
本系統採用定時中斷0來實現逐位動態顯示，每位顯示間隔固定為2ms，使led輸示非常穩定，無法考慮定時重新整理顯示，使得該顯示子程式簡單靈活，適用性廣。
5 資料測試及分析
資料測試是反映系統效能的重要指標。因此對本系統進行了全面的測試，分別為輸出電流測試、步進電流測試、工作時間測試、負載阻值變化測試、紋波電流測試。本系統測試採用的儀表如下：
當測試系統電流分別0～200ｍａ和200ｍａ~2000ｍａ時，分別採用數字表ｄｔ9801的200ｍａ檔和10ａ檔。測試電壓採用數字表ｘｂ－9208ｂ的2ｖ檔和20ｖ檔。測試紋波電流採用低頻毫伏表da—16d來測試紋波電壓，但當測量值與對應量程相差較大時，會有一定的誤差。
圖2 系統原理框圖
比較以上兩種方案的優缺點，方案二簡潔、靈活、可擴充套件性好，能達到題目的設計要求，因此採用方案二來實現。
圖5 穩壓電源原理
圖8 電流設定子程式模組
數控直流穩壓電源的設計與製作
一 設計任務 1 題目 設計出乙個有一定電壓調節範圍和功能的數控電源 2 效能引數要求 1 輸出電壓 範圍5 15v，紋波小於10mv。2 輸出電流 500ma。3 輸出電壓用數碼管led顯示。4 輸出電壓能步進調節，步進值為0.1v。5 用 兩鍵分別控制步進的加和減。6 紋壓係數小於0.2。7 直...
簡易數控直流源製作報告
鄭冰環 0805070134 趙晨 0805070116 陳兵 0805070127 指導老師 張為堂幹開峰 摘要 本課題設計在穩壓直流電源的基礎上，通過at89s52微控制器作為主控制器對穩壓直流源進行簡單易操作的數字控制。設計通過鍵盤輸入進行電壓預置，經由微控制器處理輸出數碼訊號，通過dac08...
數控直流電源製作
一 系統組成與原理概述 本文所設計的數控直流電源與傳統穩壓電源相比，具有操作方便 電壓穩定度高的特點，其輸出電壓大小採用數字顯示，原理方框組成圖見圖 它共由六部分組成。輸出電壓的大小調節通過 兩鍵操作，控制可逆計數器分別作加 減計數，可逆計數器的二進位制數字輸出分兩路執行 一路用於驅動數顯電路，指示...