直流稳流电源设计方案报告.doc

摘要
电流输出、输入电流可预置、可步进调整输入电流、输出电流及设定电流显示等特点。它以STC89C52作为关键控制器包含电源、取样放大、A/D和D/A转换、键盘控制和显示等模块。能够直接经过键盘设置，修改系统输出电流，使用方便；利用A/D、D/A芯片进行检测和控制，控制部分电路简单明了连线较少结构紧凑；电源部分由压控电流源而成，能够大大提升电源稳度和精度，使电流输出较为平稳。
关键字：稳流 压控电流源

目录
引言 1
一、目标要求： 1
1.1任务 1
1.2要求 1
1.2.1基础要求 1
1.2.2发挥部分 1
二、系统方案论证： 2
2.1恒流源部分方案选择和比较： 2
2.2 控制电路方案选择和比较： 2
三、系统硬件设计： 3
3.1系统框架 3
3.2单片机电路 3
3.3 A/D和D/A模块 4
3.4恒流源模块 5
3.5键盘模块 6
3.6 LCD显示模块 7
3.7供电系统模块 7
四、系统软件设计 8
五、总结 8
参考文件 9

引言
恒流源是能够向负载提供恒定电流电源，应用范围很广泛，比如电阻器阻值测量和分级，电缆电阻测量等，且电流越稳定，测量就越正确它既能够为多种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点，又能够作为其有源负载，以提升放大倍数，而且在差动放大电路脉冲产生电路中得到广泛应用，针对恒流源系统内部和外部四个方面原因引发输出电流不够稳定和精度不高缺点，设计了数字控制恒流源系统，不过共同特点就是系统比较复杂，或精度不够高，所以本文设计基于单片机STC89C51为控制关键简易数控恒流源系统，实现了电流2A以内数字控制任意可调恒流源系统。

一、目标要求：
1.1任务
设计并制作直流稳流电源。输入直流电压15～30V；输出直流电压≤10V。
1.2要求
1.2.1基础要求
（1） 输出电流范围：200mA～1A；
（2） 输出电流稳定度：设置输出电流为1A，输出电压10V，改变输入电压 15～30V内，要求输出电流改变绝对值≤20mA；
（3） 设置输出电流为1A，改变负载电阻，输出电压在10V以内改变时，要求输出电流改变绝对值≤15 mA；
（4） 可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流和给定值偏差绝对值≤给定值1％+10 mA；
（5） 纹波电流≤1mA；
（6） 自制电源。
1.2.2发挥部分
（1） 含有“+”、“-”步进调整功效，步进≤10mA；输出电流范围为20mA～1000mA，步进1mA；
（2） 设计、制作测量并显示输出电流装置 (可同时或交替显示电流给定值和实测值)，测量误差绝对值≤测量值0.1％+3个字；
（3）纹波电流≤0.2mA；
（4）其它创新。

二、系统方案论证：
2.1恒流源部分方案选择和比较：
方案一：采取恒流二极管或恒流三极管，其精度比较高，但能能实现恒流范围很小，只能够达成十几毫安，不能满足设计要求。
方案二：利用三端可调直流稳压集成芯片，经过调整其输出电压来实现负载恒流特征。其特点就是直接利用稳压片提供所需功率，只需要提供对应控制电路即可实现设计大部分要求，不过其电流调整率指标只能够达成0.5%——0.15%，不能够满足设计要求。
方案三：用“运放+场效应管”结构组成由电压控制恒流源。其特点是性能满足设计要求，同时能够经过选择场效应管不用容量来满足不一样应用要求。该方案在确保运放处于线性放大状态，输出电压小于10v条件输出电流能够达成1000mA,能满足设计要求，所以本设计采取此方案。
2.2 控制电路方案选择和比较：
方案一：采取各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选择CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统扩展，且信号处理比较困难。
方案二：采取89C52系列单片机作为整体机制单元，经过改变输入数字量经过模数转换电路输出电压值，从而使输出功率管基级电压发生改变，间接改变输出电流大小。利用采样元件检测电流改变经模数转换器送给单片机，实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采取软件方法来处理数据预制及电流步进控制，使得系统硬件愈加简练，各类功效易于实现，能更高地满足设计要求。
比较以上两种方案优缺点，因为方案二间接、灵活、可扩展性好，能达成设计要求，所以这里采取方案二。
三、系统硬件设计：
3.1系统框架
本系统输出电流范围较大，而且输出电流和给定偏差绝对值及纹波电流较小。系统总体框图图1，它关键分为以下多个组成部分：单片机电路、A/D和D/A模块、恒流源模块、键盘模块、LCD显示模块、供电系统模块。

图1
3.2单片机电路
本设计采取STC企业STC89C51单片机作为控制系统关键。STC89C51在指令系统、硬件结构和片内资源上和标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列和8051为pin-to-pin兼容。STC89系列单片机高速(最高时钟频率90MHz)，低功耗，在系统/在应用可编程(ISP，IAP),不占用户资源。 
另外，STC89C51设计和配置了振荡频率。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中止系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保留RAM数据，停止芯片其它功效直至外中止激活或硬件复位。同时该芯片还含有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。STC89C52单片机综合了微型处理器基础功效。根据实际需要，同时也考虑到设计成本和整个系统精巧性，所以在本系统中就选择价格较低、工作稳定STC89C52RD单片机作为整个系统控制器。

图2 最小系统板
3.3 A/D和D/A模块
A/D模块采取TLC2543芯片来设计，她是12位串行模数转换器，使用开关电容逐次迫近技术完成A/D转换过程。因为它是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源，且价格适中，分辨率较高，所以在一起仪表中有较为广泛应用。
TLC2543特点是：有12位分辨率；在工作温度范围类转换时间为10us;有11个模拟输入通道；采取三路内置自测试方法；有转换结束（EOC）输出；含有单、双极性输出；有可编程MSB或LSB前导；输出数据长度能够变成设定为8位，12位或16位。在本系统中采取输出长度设定为12位。另外，TLC2543和外围电路连线简单。她有三个控制输入端，11路输入信号输入，这11路信号由内部多路器宣统，这里选择了AIN0模拟输入端；系统时钟由片内产生并由I/O CLOCK同时；正、负基准电压（REF+、REF-）由外部电路提供，二者差值决定了输入范围。在本系统中，输入模拟信号为4——10mA电流模拟量，也就是转换输入范围电压是0——5V。
本设计中采取12位D/A转换芯片MAX531来实现数模转换。MAX531是Maxim企业推出性能优越、高分辨率D/A转换集成电路。它含有功耗低、转换频率快、内部带基准电压等特点，即可和MCS51、Z80单片机接口，也能够和80X86系列危机经过系统总线接口组成微机数据处理系统。MAX531含有内部参考电压，即10脚（REFOUT）可输出2.048V参考电压，所以D/A转换全程量为2.048V。而输出信号通常要求是标准0——5V，所以要加一级运放把MAX531输出0——2.048信号转换成0——5V信号。
MAX531D/A转换数据经过DIN端口进行串行输入，然后经过D/A转换和运放从VOUT输出多种范围电压信号。

图3

3.4恒流源模块
压控恒流源电路原理图4所表示。该电路中调整管采取N沟道大功率场效应管，时期工作在饱和区，既能满足输出电流达成2A要求，也能很好地实现电压近似线性地控制电流。在图4中采取活儿电流感应元件采样电流，运算放大器采取OP07，作为电压跟随器使用。因为运算放大器虚短标准，所以能够实现经过电压控制输出电流Io不随负载RL改变而改变。

图4 恒流源模块

3.5键盘模块
键盘是单片机应用系统最常见输入设备，操作人员能够她用过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单人机通信。键盘和单片机接口包含硬件和软件两部分。硬件是指键盘组织，即键盘机构及其和主机连接方法。软件是指对案件操作识别和分析陈伟键盘管理程序。不一样键盘组织，其键盘管理程序存在很大差异，单键盘管理程序答题能够分为以下几项：
①识键，判定是否有案件按下。若有则进行译码；若无，则等候或专做别工作；
②译键，识别出哪一个按键被按下并求出被按下按键键值。
③按键分析，依据键值找出对应处理程序入口键值。
在单片机应用系统中，扫描键盘只是CPU工作任务之一，在实际应用中，要想做到既能立即响应按键操作，又不过多占用CPU能够采取程序控制随机方法和中止扫描方法两种。
①编程扫描方法：CPU能够采取程序控制随机方法调用键盘自从程序来响应按键输入要求；也能够采取定时控制方法，即每个一定时间调用键盘扫面子程序来响应按键输入要求。
②中止扫描当初：采取编程扫描工作方法能够立即响应输入命令或数据，不过这种方法不管键盘上面有没有按键按下，CPU总要定时扫描键盘，而应用系统工作是并不需要用键盘输入，所以键盘常常属于空扫描状态。
为了提升CPU工作效率，本系统采取中止扫描方法，即只有在键盘上有按键按下时候才发出中止请求，CPU响应中止请求以后，转中止服务程序，进行按键扫描，识别键码。本设计要求可惊醒电流给定值设置和布景调整，
3.6 LCD显示模块
这里使用LCD显示模块来显示电流预设值和实测值。LCD含有轻薄短小，可视面积大，方便地显示汉字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，设计简单等特点。LCD12864是一个含有4位/8位并行、2线或3线串行多个接口方法，内部含有国家标准一级、二级简体汉字字库点阵图形液晶显示模块，器显示分辨率为128*64，内置8192个16*16，点阵汉字，也可完成图形显示。低电压、低功耗是其又一特点，该模块组成液晶点阵显示方案相比不管硬件电路结构或显示程序全部要间接多，且该模块价格也略低于相同点阵图形液晶模块。
3.7供电系统模块
本设计需要电压值为直流+10V，+12V和—12V3种稳定电源为各个模块供电。本设计支持交流220V市电和6V电池组两种供电方法，要求确保在6V电池组供电情况下让恒流源稳定运行，为各个模块提供达成设计多个不一样电压值电源。能够利用一个6V直流继电器切换两种供电模式。将电池组接到继电器常闭触点上，当220V市电经变压整流后触发继电器线圈，使其常闭触点开关，即系统接通220V市电时，电池组为非供电断开状态，而当没有220V市电时，由电池组为系统供电。图 5所表示为供电系统电路图。

图5
四、系统软件设计
系统软件关键有设置模块、比较处理模块、显示模块组成。本设计软件设计采取是C语言 。C语言是一个高级程序设计语言，它提供了十分完备规范化步骤设计控制结构。所以，采取C语言设计单片机应用系统程序时，要尽可能采取结构化程序设计方法，这么可使整个应用系统结构清楚，易于调试和维护。
4.1程序框图

五、总结
经过这次比赛，让我们对直流稳流电源愈加了解，同时也意识到自己有很多知识方面不足。在这过程中，我们碰到了很多困难，不过在团体努力合作交流 ，查阅资料和学长学姐帮助下，克服了困难。一次比赛，不仅能让我们学到知识，也锻炼了我们动手能力，培养了我们团体意识。我们相信，在以后学习过程中，不管碰到任何困难，我们全部不会退缩。这是我们成长过程中一部分，对我们以后生活也有很大帮助。

参考文件
[1] 陈纯锴.开关电源原理、设计及实例[M].北京：电子工业出版社，.5（电源系列）.
[2] 康华光.电子技术基础.模拟部分[M].北京：高等教育出版社，.1。
[3] 郭天祥.51单片机C语言教程：入门、提升、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，.1.
[5]康华光.模拟电子技术基础：第5版[M].北京：高等教育出版社,.
[6]康华光.数字电子技术基础：第5版[M].北京：高等教育出版社,.