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基于PID控制的数字恒流源报告

天津工业大学

测控仪器设计报告

组号2组

组员吴东航1110340108

章一林1110340114

郭伍昌1110340109

学院机械工程学院

天津工业大学11级测控仪器设计报告

专业测控技术与仪器

指导教师隋修武

2015年1月16日

目录

1课程设计的目的和意义4

2设计任务5

3设计背景5

4总体设计方案5

5硬件电路设计6

5.1采样模块6

5.2滤波模块错误!未定义书签。

5.3运算放大模块8

5.4A/D转换模块9

5.5显示模块11

6软件电路设计13

6.1流程图13

6.2PID控制算法15

6.3PWM输出16

6.4A/D转换16

7调试与仿真结果分析16

8心得体会17

9参考文献18

附录一电路图19

附录二程序20

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天津工业大学11级测控仪器设计报告

针对各种低压电器校验及性能测试过程中需

摘要：

要高稳定、高精度的恒流源要求,在对现有主要

恒流源产品设计仔细分析的基础上,设计了一

种以AT89C51为核心的高稳定数控恒流源。整个

系统采用闭环PID控制,输出PWM波控制恒流源

的电流。经实际应用测试,该恒流源输出电流可

在10mA左右恒定,当电源电压变化、负载电

路变化时，恒流源的精度在±1mA以内。

1课程设计的目的和意义

测控系统设计是测控技术与仪器专业实践教学环节的重要组成部分，是“测

控系统原理与设计”课程理论教学的有益补充，“测控系统原理与设计”是测控

技术与仪器专业的一门综合性专业课，在理论教学的同时，要求学生掌握传感

器的选型，测控电路的分析、设计、调试，微处理器的电路与程序设计、控制

算法设计、计算机的综合应用等，以便对测控系统形成完整的认识。

通过本课程设计，完成基于PID控制的数字恒流源的设计，熟悉和掌握工

业生产和科学研究中的测量和控制系统的组成原理及设计方法，学会运用所学

的单片机、测控电路、控制算法等方面的知识，进行综合应用，设计出完整的

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天津工业大学11级测控仪器设计报告

测控系统，实现预期功能，培养自学能力、动手能力、分析问题能力和应用理

论知识解决实际问题的能力。

2设计任务

设计基于PID控制的数字恒流源，设计要求如下

1、采用8051系列单片机输出PWM波控制恒流源的电流。

2、采用PID控制算法，实现对恒流源的闭环控制。

3、恒流源的电压为5V，恒流输出10mA。

4、采用LCD液晶1602显示电流值。

5、当电源电压变化、负载电路变化时，恒流源的精度在±1mA以内。

3设计背景

相对于电压源,电流源具有抗干扰能力强,信号传输不受距离影响等。电

流源是一种能向负载提供恒定电流的电路。它既可以为各种放大电路提供偏流

以稳定其静态工作点,又可以作为其有源负载以提高放大倍数,在差动放大电

路、脉冲产生电路中得到了广泛应用。一般的恒流电流源往往是固定的一种输

出电流值,或仅有几挡电流值,往往存在调节范围小、稳定性差等缺点,不便

于通用,且所设定的输出电流值是否准确不经测试无法知道。低纹波、高精度稳

定直流电流源是一种非常重要的特种电源,在现代科学研究和工业生产中得到

了越来越广泛的应用