摘 要
目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科，它对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。
本文设计了一种基于单片机控制的高精度数控直流恒流源。该恒流源以AT89C52 为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07 和达林顿管TIP137 构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及12 位D/A 芯片AD5320、16 位A/D 芯片AD7715，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制。人机接口采用4×4 键盘及LED 数码管显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。还具有串口通讯能力，实现了远程控制功能。
本文在软件设计上采用增量式PID 控制算法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了如下的优点：一是算式中不需要累加，控制增量的确定仅与最近三次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；其次是计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程。
文章最后对该恒流源的主要性能参数进行了测定，测试结果表明：该系统已基本达到预期的设计目标，具有精度高、性能可靠、体积小、电路简单的特点，可以应用于需要高稳定度的小功率恒流源领域。
关键词：单片机；数控；恒流源；ID算法
目 录
摘要………………………………………………………………………………………… II
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅲ
目录……………………………………………………………………………………… ……Ⅳ
1绪论…………………………………………………………………………………1
1.1恒流源的应用…………………………………………………………………………1
1.1.1 在计量领域中的应用………………………………………………………1
1.1.2 半导体性能测试中的应用…………………………………………………2
1.1.3 传感器中的应用……………………………………………………………2
1.1.4 现代照明中的应用…………………………………………………………2
1.1.5 现代大型仪器中稳定磁场的产生…………………………………………3
1.1.6 其它领域中的应用…………………………………………………………3
1.2恒流源的发展…………………………………………………………………………3
1.2.1 电真空器件恒流源的产生…………………………………………………3
1.2.2 晶体管恒流源的产生………………………………………………………4
1.2.3 集成电路恒流源的产生……………………………………………………4
1.3国内外现状……………………………………………………………………………4
1.4论文的研究内容………………………………………………………………………4
1.4.1 课题需要解决的主要问题………………………………….………….……5
1.4.2 论文的总体结构………………………………………….……………….…5
2数控恒流源的设计理论和总体方案…………………………………………6
2.1 系统总体方案…………………………………………………………………….…6
2.2 系统性能指标…………………………………………………………………….…6
2.3 恒流源基本设计原理与实现方法…………………………………………….……7
2.3.1 稳定电源输出不稳定的主要原因…………………………………………7
2.3.2 恒流源基本设计原理………………………………………………………7
2.3.3 器件的参数计算及选择……………………………………………………8
3统硬件设计……………………………………………………………….……9
3.1 单片机功能介绍……………………………………………………………………9
3.2 电源模块设计……………………………………………………………………15
3.3 A/D模块设计……………………………………………………………………15
3.3.1 AD7715简介………………………………………………………………15
3.3.2 硬件电路设计……………………………………………….……………19
3.4 D/A模块设计……………………………………………………………………20
3.4.1 AD5320简介………………………………………………………………20
3.4.2 硬件电路设计………………………………………………….…………22
3.5 键盘接口电路设计………………………………………………….……….……22
3.5.1 键盘工作方式……………………………………………….……………22
3.5.2 接口电路设计……………………………………………….……………23
3.5.3 按键抖动及消除…………………………………………….……………24
3.6 显示接口电路设计…………………………………………………….….………24
3.6.1 数码管驱动芯片max7219简介…………………………………………25
3.6.2 硬件电路设计…………………………………………….…….……….…27
3.7 计算机接口电路设计………………………………………………….…….……27
3.8 原理图………………………………………………………………….….………28
3.9 印制板的制作………………………………………………………….…….……29
3.9.1 元器件的布局……………………………………………………………29
3.9.2 电源线、地线的设计 …………………………………………………29
3.9.3 去耦设计和布线设计……………………………………………………30
3.10 电路板……………………………………………………………………………32
4系统的软件设计………………………………………………………….……33
4.1 控制算法…………………………………………………………………………33
4.2 软件流程…………………………………………………………………………35
4.2.1 主程序流程图………………………………………………………….35
4.2.2 键盘中断子程序……………………………………………………….…36
4.2.3 显示中断子程序…………………………………………………….……37
4.3 上位机程序………………………………………………………………………38
5统功能调试、测试与分析……………………………….……………….39
5.1 测试仪器. . . . . . 39
5.2 测试数据及结果分析. .. 39
6总结……………………………………………………………………….…….42
参考文献………………………………………………………………………………….43
致谢………………………………………………………………………….…………….45
附录1 PCB图…………………………………………………….……………………….46
附录2 总电路图…………………………………………………………………………47
