A20数控电流源.doc

设 计 报 告 课题名称： 数控电流源 设计人： 程鸿达、林利冰、邢松松 时间： 2010/8/5 摘要 本系统是以PIC16F877A单片机为核心控制器，具有电流可预置、可步进调整、输出的电流信号和预置的电流信号可同时显示的数控直流电流源。系统中通过PIC单片机系统板上的键盘按键对电流值进行预置，PIC16F877A单片机送出相应的数字信号，同时在数码管显示此预置的电流值，经过D/A转换、电平校正、压控恒流源、电流放大，再输出所需电流；实际输出的电流经过差分放大电路变成取样电压信号，经A/D转换器，将信号反馈到PIC16F877A单片机中构成闭环控制，通过数码管显示器显示此信号的值。 关键词：PIC16F877A单片机 D/A转换 A/D转换 直流电流源 目录 摘要 2 1、 系统设计 4 1.1、 设计要求 4 1.2、 系统工作原理框图 4 1.3、 方案比较与论证 4 2、 单元电路设计 5 2.1、 单片机控制单元 5 2.2、 D/A转换电路单元 6 2.2.1、原理图 6 2.2.2、原理分析 6 2.2.3、参数选择 6 2.3、 直流电流源和电流采样电路单元 7 2.3.1、原理图 7 2.4、 A/D采样电路单元 8 2.4.1：原理图如下： 8 3、 软件设计 8 3.1 实现的功能 8 3.2 软件平台，开发工具 8 3.3主程序的设计 9 3.3.1 软件算法 9 3.3.2 流程图： 9 3.4 输出调整子程序的设计 10 流程图： 10 4、 系统测试 10 5、 结论 12 6、 参考文献 12 7、 附录 12 附录1 工作原理图 12 附录2 PCB版图 13 附录3 元器件清单 13 附录4 测试仪器清单 13 附录5 源程序清单 13 1、 系统设计 1.1、 设计要求 （1）输出电流范围:200mA~1000mA； （2）可显示设置及输出电流值,要求输出电流与设置值偏差的绝对值≤给定值的1﹪+5mA； （3）具有实时 “+”、“-”步进调整功能，≤5mA； （4）改变负载电阻(1~5Ω)，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1﹪+5mA； （5）纹波电流≤2mA。 发挥部分 要有自动跟踪电流变化的反馈系统。 1.2、 系统工作原理框图 1.3、 方案比较与论证 1、控制模块的选择方案 方案一：采用目前比较通用的51系列单片机。此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大。虽然该系统采用单片机为核心，能够实现对外围电路的智能控制，但核心控制部件使用89C51时，外围电路必须加上A/D和D/A，这就使得整个系统硬件电路变得复杂，而且A/D和D/A器件价格较高,使得系统的性价比偏低。 方案二：采用单片机。此单片机功能较强、兼容性好、性价比高；具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗小以及具有较高的数据处理和运算能力，运行速度快；而且由于单片机内部集成了A/D、D/A转换器，不需外加A/D、D/A器件。通过采样取样，结合内部A/D、D/A，构成闭环反馈调整控制。此种方案既能实现智能化的特点，简化硬件电路，提高测量精度，同时也能利用软件对测量误差进行补偿，这给调试、维护和功能的扩展、性能的提高，带来了极大的方便。 鉴于，我们采用方案二 、流源模块的选择方案 方案一：由晶体管构成镜像恒流源 　　该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。另一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为200～000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 　　方案二：由运算放大器构成恒流电路 　　运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路，输出电流同样只能达到几十毫安，远远不能满足设计要求，因此必须加上扩流电路。 　　方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路 　　采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。采用高精度运算放大器OP07，更能增加其准确的性能；采用达林顿管TP12进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。 　　鉴于上面分析，本设计采用方案三。 　　、电流取样电阻的选择方案 　　产生电流可以采用在电阻两端加电压的方法，测量电流一般采用的方法是测量电流流经电阻两端的电压进行间接计算得到的。因此在产生电流或者测量电流值时，取样电阻的选择非常重要。 　　方案一：采用普通电阻。 　　在电流比较小的情况下，普通的1/4W或者1/8W的电阻可以被用作电流测量，但是本题需要测量的是电流源的输出电流，最大需要达到A。因此即使是比较小的电阻，