摘要：本系統設計了以stc89c51為控制核心，整合運算放大器構成的具有深度負反饋的數字可控直流電流源。採用12為高精度a/d轉換晶元tl5618和高精度d/a轉換晶元tl2543以提高控制精度。
系統由微控制器控制，具有鍵盤設定、步進，液晶顯示設定值和測量值等功能，實現了在200~2000ma的電流範圍內任意設定電流，多步長步進，最小步進值為1ma。
關鍵詞：數控直流電流源 tlv2543 深度負反饋
目錄一、方案比較與論證 1
1.1總體方案比較與論證 1
1.2. 系統框圖 2
1.2.1 控制器模組 2
1.2.2 電流源模組 2
1.2.3 電壓轉換模組 3
1.2.4 測量電路的設計 4
1.2.5電源模組 4
1.2.6 顯示模組模組 4
1.2.7 精密基準源模組 4
1.2.8 鍵盤模組 4
二、單元電路設計 4
2.1 電流源電路設計 4
2.2 d/a轉換電路的設計 5
2.3 測量電路的設計 5
四、系統測試和誤差分析 7
1．測試儀器及裝置 7
2. 測試方法 8
3. 測試資料 8
3.1 輸出電流和紋波電流的測試 8
3.3 步進電流的測試： 8
3.4 直流電流源的負載特性測試 8
4. 誤差分析 9
一、方案比較與論證
方案一：pwm訊號控制的恆流源。pwm輸出到rc濾波電路消除諧波分量，然後經過分壓電路進行分壓，再到v-i轉換電路實現恆流源功能。
採用pwm脈衝方式來實現的恆流源可以簡化硬體電路，易於控制和調節、廉價，而且具有效率高的優點。但是該方案也存在精度不高、電流調節範圍較小的缺點。受紋波和穩定性等因素的限制，採用pwm調節方式的電路其波形的占空比調節範圍其實相當有限，難以應用在大電流調節範圍的應用之下。
方案二：採用整合穩壓器件構成的開關恆流源。開關恆流源電路雖然能實現題目的基本要求，但存在主要問題是對電流的程式控制步進通過改變滑阻來實現，只能採用數字電位器，但數字電位器**昂貴，電流的控制精度也達不到要求。
方案三：整合運放恆流源。整合運算放大器是一種高增益的直流放大器，一般工作在閉環狀態，只要外界少數幾個電阻，就可以構成具有深度負反饋的放大器，因而可用做恆流源。
通過負反饋作用，使加到比較放大器兩個輸入端的電壓相等，從而保持輸出電流的恆定.
鑑於以上比較和論證，最終選擇方案三。
整個系統包括控制器模組、da轉換模組、電流源模組、電源模組、顯示模組、鍵盤模組、測量模組。系統框圖如圖2-1所示。
圖2-1 系統框圖
為實現各模組的功能設計了幾種不同的方案並進行了論證。
方案一：採用可程式設計邏輯器件fpga作為控制器。fpga可以實現各種複雜的邏輯功能，規模大，密度高，體積小，穩定性高，io資源豐富，處理速度快，易於進行功能擴充套件。
但本系統不需複雜的邏輯功能，對資料的處理熟讀要求也不高。因此放棄了這個方案。
方案二：採用微控制器作為控制器。選擇了stc89c51作為控制晶元，它具有價效比高、高速、低功耗、抗干擾能力強，滿足本系統的要求的特點。所以選擇該方案。
方案一：單運放反饋型恆流源。整合運算放大器是一種高增益的直流放大器，一般工作在閉環狀態，只需要外部接少數的電阻，就可以構成具有深度負反饋的放大器，因而可用作恆流源。
本電路設計的時候採用的op07是雙電源供電，通過負反饋作用，使加到比較放大器的兩個輸入端的電壓相等，從而保持輸出電流的恆定，如圖2-2所示。
方案二：雙運放反饋負載接地型恆流源。通過兩個整合運放的閉環系統，外圍適當的接電阻，構成負載接地的恆流源。這種方法外圍電路較為複雜，功耗相對較高。電路圖如圖2-3所示。
單運放反饋型恆流源可以達到題目要求的指標，功耗相對較低，所以選擇方
案一。圖2-2 單運放反饋型恆流源
圖 2-3雙運放反饋負載接地型恆流源
要程式控制電流的變化，必須改變電壓。我們選擇電壓型d/a轉換期間。d/a的精度決定於題目的要求。
題目基本要求中電流的變化為200~2000ma，步進10ma，解析度是（2000-200）/10=180,普通的八位d/a轉換為解析度是255，已經滿足要求。發揮部分要求是200~2000ma，步進1ma，解析度為（2000-20）/1=1980, 10位a/d轉換為解析度1023，達不到如此高的精度，12位a/d轉換為解析度4095，滿足要求。
採用a/d轉換測量電流。對取樣電阻進行電壓取樣，把資料傳送給微控制器處理並送顯示模組顯示。
提供輸出電流的電源部分。題目要求輸出200~2000ma電流，電壓≤10v，因此需要較大的電壓功率。
採用帶字型檔的lcd12864。為了避免占用大量的i/o口，我們採用序列傳送，減少硬體電路的製作。lcd12864可以採用中文顯示介面，顯示內容豐富，人機互動介面好。
採用穩壓元件提供精密基準電壓，電路如圖所示。
圖 2-4精密基準源
採用4x4矩陣鍵盤。根據題目要求，需要較多的按鍵，採用矩陣鍵盤，提高i/o口的利用率。
二、單元電路設計
採用整合運放構成的深度負反饋恆流源電路如圖2-5
圖2-5 恆流源電路
d/a輸出後作為輸入電壓vin，運放與三極體組成恆流源電路。r是取樣電阻，在這裡取為1ω。由虛短和虛斷的原則可知，流過取樣電阻的電流的為：。
根據三極體的特性，流過負載的電流，，所以。負載電流只與固定引數有關，適合電路的設計要求。
根據原理，其中的範圍是200~2000ma，為d/a轉換後的電壓，因為最大電流為2a，考慮功率的問題，取取樣電阻。電路中取樣電阻採用高精度、低溫漂的康銅絲電阻。整合運放選擇了低失調整合運放op07 ，它的失調電壓為10，溫漂，偏置電流700pa，雜訊為（1khz），能滿足要求。
因為電流將會達到2a，所以採用達林頓復合管結構，前級用三極體s8050，后級採用達林頓管tip122。
在實際電路中，因為電流較大時，三極體易發燙，所以為其加散熱片。
我們選擇了12位電壓型d/a晶元tlv5618,其外圍電路如圖所示。d/a能達到的精度：
可以達到步進1ma的要求。
基本要求中電流的變化為200~2000ma，步進10ma，解析度是（2000-200）/10=180,普通的八位a/d轉換為解析度是255，已經滿足要求。發揮部分要求是200~2000ma，步進1ma，解析度為（2000-20）/1=1980,12位a/d轉換為解析度4095，因此我們選擇了12位的a/d晶元tlc2543。
為保證數控恆流器件的高穩定性，器件內部應有反饋單元電路。較簡單的辦法是通過取樣電阻rs與負載串聯實現取樣反饋，但rs的選擇直接影響io的穩定性和器件自身功耗。若rs過大，將導致功率損耗增加；若rs過小，則反饋訊號太弱，不利於對電壓的控制。
採用放大分壓電路增大反饋，是降低功耗，確保反饋訊號有效控制的理想辦法。
實際電路中取樣進入a/d前加了一級跟隨作為隔離。電路如圖2-5、2-6所示.
如圖2-5電壓跟隨器
三、軟體主程式流程圖
軟體主程式流程圖如圖1-5所示。
圖1-5 主程式流程圖
四、系統測試和誤差分析
表1-6測試儀器及裝置
系統測試以可調電阻為負載，測試分以下幾個步驟：
步驟一：設定負載電阻是50ω、100ω、200ω，保持負載不變，選擇步進量「1ma」、「0.5ma」測試「+」、「-」步進功能。
步驟二：分別另輸出電流是3ma、5.5ma、18ma，保持電流不變，改變負載電阻在50ω-250ω之間變化，用萬用表測量輸出電流，並記錄不同負載時的輸出電流。
負載為時，輸出電流和紋波電流的測試如表3-1
表3-1輸出電流和紋波電流的測試
表3-2輸出電流和紋波電流的測試
分析：運用實測查表的方法使步進值能夠達到設定的步長，並且比較穩定。
表3-3輸出電流和紋波電流的測試
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...
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