单片机控制的恒流源方案设计总结报告

1、单片机控制的恒流源方案设计指导老师：XXX 完成人：XXX一、设计方案性能指标：1、输出电流：0-1A2、输出电压：0-10V3、设计三个按键控制三个档位电流，分别为0.2 A、0.5 A、1.0A，在每个电流档位，在输出电压0-10V范围内变化而电流保持不变。二、设计方案系统框图恒流源电路负载电压采样D/A转换A/D转换+5V、+12V、12V电源键盘输入显示转换单片机8051系统的工作原理如下:在通过键盘设定好需要输出的电流后，8051单片机对设定值按照一定的算法进行处理，然后控制D/ A的输出电压使恒流源电路输出相应的电流值。8051单片机通过采样恒流源电路上串接的采样电阻的电压，计算出

2、此时恒流源电路的输出电流值并与设定值进行比较，来改变D/A的输出从而实现对恒流源愉出电流的闭环调节，使输出电流能实时跟随设定值。采用具有反馈控制的闭环控制系统，提高了反应速度和精度，能够使误差保持在极低的水平。2.1、硬件电路设计压控恒流源原理图恒流源电路由集成运放和达林顿管构成，RL为负载,R1为采样电阻。图中运放工作在深度负反馈状态，运放的同相输人端电压来源于D/A的输出，由于D/A转换输出的模拟信号不稳定，加上C3稳定电压,反向输人端与采样电阻R1相连。由于负反馈的作用，D/A的电压直接决定了采样电阻上通过的电流IR=UD/AR1。利用达林顿管的电流放大特性，可实现大电流的输出，其电流放

3、大倍数为 100015000 倍。Ic = Ib，由于值很大则Ic Ib ，那么Ic Ie。改变达林顿B管脚的电位可改变达林顿管集电极C管脚的电流，把达林顿管的E管脚和OP07 的反相输入端相连，使功率电阻的电位送到OP07，来钳位达林顿管基极B管脚的电位。E管脚电压需要采集送到单片机处理，接电容C2使采集电压更加稳定。E管脚电压U f = I eR，U =UD / A U f当通过达林顿管的集电极C 和发射极E 上的电流变大时，功率电阻上的电压升高，U 为负值，则B 管脚的电位降低，从而使流过达林顿管的集电极C 和发射极电流降低。当通过达林顿管的集电极C和发射极E 上的电流变小时，功率电阻上

4、的电压降低，U 为正值，则B 管脚的电位升高，从而使流过达林顿管的集电极C 和发射极电流升高，当U 为零时电流稳定不变，由此来达到恒流的目的。当输出电流达到一定程度时,R1必然会发热引起自身阻值的变化。这是影响恒流源输出电流值精度的一个关键因素。为此，在设计中采用了温度系数比较小的康铜材料制作的阻值为1的电阻。2.2软件设计单片机负责对DA、AD的控制，以及按键响应和LED的显示。 需要附加外围设备为3个选择开关（0.2A,0.5A与1A输出电流值选择），八段数码管显示。程序流程图系统初始化输入期望电流数值扫描按键D/A转换向运放输入电压采样，A/D转换数码管显示具体控制过程： 启动单片机和恒

5、流源，输入期望的电流数值（目前只能利用开关进行粗选：0.2A，0.5A和1A，改进：可以采用全数字键盘输入。也可利用接在运放同相输入端的滑动变阻器进行微调。） 通过将期望电流值转换为二进制值，同时单片机扫描开关状态，确定输出电流数值，（若都未选择，则默认输出0）然后送至DA转换器向运放输出电压。在该电压下，经过运放和达林顿管组成的恒流源电路，可以输出期望的恒流电源。采样电路将输出电压送回至AD转换芯片ADC0832处理得到8位二进制值，通过单片机内部的BCD码转换程序形成相应的十进制数，再调用显示程序送至八段LED数码管显示出当前的输出电流值。报告后面附程序源码。三、系统仿真本次综合设计我们采

6、用Proteus仿真软件，通过单片机三个按键选择电流档位，变化负载电阻硬件电路的输出电流保持不变。单片机控制恒流源电路图：仿真结果：仿真结果选取每个档位的3欧姆、6欧姆、9欧姆负载时截取系统运行状况。1A电流档负载为3欧姆时仿真结果负载为6欧姆时仿真结果负载为9欧姆时仿真结果0.5A电流档负载为3欧姆时仿真结果负载为6欧姆时仿真结果负载为9欧姆时仿真结果0.2A电流档负载为3欧姆时仿真结果负载为6欧姆时仿真结果负载为9欧姆时仿真结果四、总结与收获这次综合设计，我们的题目是单片机的恒流源设计，分为硬件电路和软件控制两个部分，我和XXX同学分工合作，首先确定好硬件电路，再实现单片机的控制。我主要负

7、责硬件电路的仿真和原理说明，在这个过程中，遇到的第一个问题是仿真时当负载电阻变化时电路失稳，达林顿管不能工作在放大区，基极电压不能控制集电极和发射极电流并且基极电流较大不满足设计要求。为了解决这个问题，我详细测量电路中每个节点的电压和电流，分析工作原理，通过仿真实践和阅读文献，我得知我们采用的这种电路输出电压受到集电极电压限制，而考虑到我们实验室只能提供十二伏直流电压，我确定了我们电路的输出电压范围为0-10V，在这个范围内，硬件电路实现恒流源。这样我们的硬件电路实现了我们的设计要求，通过单片机的控制和现实，我们实现了该电路的人机交互。这个综合设计受到了时间的限制，我们并没有到实验室实际连接出

8、电路，但是我们完成了整个系统的仿真，了解了整个设计过程，为进一步的实验室实践打下了良好的基础，当然现实实现还会有很多问题，希望在以后的学习过程中不断完善。最后感谢XXX老师在整个综合设计过程中的指导和帮助。附程序代码： ;/变量声明/ CS2 BIT P3.3 ;ADC0832使能接口 CLK BIT P3.2 ;ADC0832时钟接口 DO BIT P3.1 ;ADC0832数据输出接口 DI BIT P3.0 ;ADC0832数据输入接口 DAT DATA 40H ;读取ADC0832数据暂存区 LED_1 DATA 70H LED_2 DATA 71H LED_3 DATA 73H CS

9、1 BIT P1.3 ;DAC的片选端口 KEY1 BIT P1.0 ;0.2A按键选择端口 KEY2 BIT P1.1 ;0.5A按键选择端口 KEY3 BIT P1.2 ;1A按键选择端口;/主程序开始/ ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0030HMAIN: MOV SP,#60H ;压栈 MOV DAT,#00H ;清零暂存区 MOV LED_1,#00H ;清空显示缓冲区 MOV LED_2,#00H MOV LED_3,#00H MOV P2,#00H ;将P2口置低电平，恒流源输出为0 SETB CS1 SETB CS2 SETB P3.6 LCALL DELAY

10、LCALL DELAYLOOP: LCALL KEY_JUDGE LCALL DACONV LCALL ADCONV LCALL DISPLAY LJMP LOOP;/按键判断/KEY_JUDGE: JNB KEY1,KEY_1 JNB KEY2,KEY_2 JNB KEY3,KEY_3 MOV P2,#00H SJMP RETURN1KEY_1:MOV P2,#33H SJMP RETURN1KEY_2:MOV P2,#7FH SJMP RETURN1KEY_3:MOV P2,#0FFH SJMP RETURN1RETURN1:RET;/DA转换/DACONV: CLR CS1 CLR P3

11、.6 RET;/读ADC0832转换数据/ADCONV: SETB CS2 NOP CLR CLK NOP CLR CS2 NOP SETB DI NOP SETB CLK NOP CLR DI CLR CLK NOP MOV A,#02H MOV C,ACC.1 MOV DI,C ;输出控制位1 SETB CLK NOP CLR DI CLR CLK MOV C,ACC.0 MOV DI,C SETB CLK NOP SETB DI CLR CLK ;到此clk输出了三个脉冲，输入模式和通道号已经选择 SETB CLK CLR A MOV R2,#08HLOOP1:CLR CLK RL A

12、MOV C,DO MOV ACC.0,C SETB CLK DJNZ R2,LOOP1 SETB CS2 MOV DAT,A ;将ADC0832转换的数据存入DAT中;/BCD码转换/BCDCON: MOV A,DAT MOV B,#32H DIV AB ;得到实际电压值对应的二进制码 MOV R1,A ADD A,#0AH ;显示小数点 MOV LED_1,A ;得到电压实际值最高位，放入缓冲区 MOV A,B MOV B,#05H DIV AB MOV LED_2,A ;得到电压实际值次高位，放入缓冲区 MOV LED_3,#00H ;得到电压实际值最低位，放入缓区RET;/显示程序/DI

13、SPLAY: MOV P0,#00H MOV DPTR,#DISTAB MOV A,LED_1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P1.7 SETB P1.6 CLR P1.5 LCALL DELAY MOV P0,#00H MOV DPTR,#DISTAB MOV A,LED_2 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P1.7 SETB P1.5 CLR P1.6 LCALL DELAY MOV P0,#00H MOV DPTR,#DISTAB MOV A,LED_3 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P1.6 SETB P1.5 CLR P1.7