1、题目名称：数控直流电流源设计与总结报告摘要：本系统以 MSP430 单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达 2mA，并可由数码管显示实际输出电流值和电流设定值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过 D/A 转换器（AD7543）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，通过 A/D 转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理， 通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。关键词：MSP430 压控电流源
2、A/D D/A Abstract: in this system MSP430 microcomputer (SCM) is main controller, output current of DC power can be set by a keyboard which step level reaches 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LED. In the system, the digitally programmable signal from SCM is conv
3、erted to analog value by DAC (AD7543), then the analog value which is isolated and amplified by operational amplifiers, is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. On the other hand, The cons
4、tant current source can be monitored by the SCM system real-timely, its work process is that output current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by ADC, finally the digital value as a feedback loop is processed by SCM so that output current is more stable, so a s
5、table voltage-controlled constant current power is designed. Keywords: MSP430 voltage-controlled constant current source AD DA1.方案设计与论证系统框图如图 1 所示，它由控制部分、键盘、DA 转换器、AD 转换器、电流源模块、数码管显示模块组成；控制部分电流测量电流源键盘数码管显示D A 转换器 负载A D 转换器图 1.直流恒流源系统方框图1.1 控制部分方案 1：采用中小规模集成电路构成控制部分；缺点：外围器件多，容易出现故障；优点：价格便宜；方案 2：采用以单片
6、机为核心的单片机最小系统；优点：价格便宜，外围器件少，可靠性高；缺点：没有 FPGA 灵活；方案 3：采用可编程逻辑器件如(FPGA)构成 控制部分；优点：灵活方便操作；缺点：价格太昂贵；方案选定：由于单片机价格便宜且可靠性高，易控制，所以我们选择了第二种方案； 1.2 恒流源部分方案 1：由三端式集成稳压源构成恒流源；RC稳压源R LI图 1.2.1 稳压源构成恒流源说明：此方案是根据稳压源输出恒定电压，如果采样电阻 R 不变，则输出为恒定电压，从而达到了恒流的功能；优点：若稳压源为精密稳压源，则输出恒定的电流，电路清晰简单；外围元件少，价格便宜；缺点：精密的数控电位器 R 难以购买；方案
7、2：由数控稳压源构成恒流源；R数控稳压源R LI来自 C P U 电压控制字图 1.2.2 数控稳压源构成恒流源说明：稳压源由控制部分控制，让数控稳压源输出恒定电压，精密电位器 R不变时，则获得恒定电流； 优点：原理清楚；缺点：数控稳压源的地是浮地，系统不共地，不好处理；方案 3：采用电流串联负反馈构成恒流源；说明：此方案采取的是电流串联反馈的形式，根据反馈原理达到恒流的目的；优点：原理清楚，价格便宜；缺点：对运放的要求高，由于 OP07CP 有很好的效果，所以此方案有很好的效果；方案选定：根据以上分析和优缺点的比较，我们选择方案 3；2.系统设计 2.1 总体设计 键盘A / DD / AM
8、 S P 4 3 0数码管显示恒流源2.2 单元模块功能介绍及电路设计2.2.1 MSP430 核心控制模块说明：MSP430 内部嵌有 12 位高精度 AD 转换器；2.2.2 键盘模块说明：此键盘为 4*4 矩阵键盘模式；2.2.3 数码管显示模块说明：此模块为电流显示模块；2.2.4 DA 转换模块说明：此模块为 DA 转换模块，它的输出控制恒流源；2.2.5 直流恒流源模块说明：此模块的功能是将通过 DA 的调节作用，运放的反馈调节使输出的电流达到稳定功能；2.3 电路参数的计算及元器件的选择2.3.1 运放同相输入端电压的确定分析：由于采样电阻是四个 1 的电阻并联；当电流达到最大时
9、反馈到运放反相端的电压最大为 500Mv,所以同相端的最大电压为 500Mv ,我们可以根据此电压来确定前向电阻和电位器的阻值；2.3.2 运放的选择分析：运放的 Vin+=Vin-，在任何正常工作状态下，误差都应小，温度引起的 Vin+-Vin-应该越小越好；并且要求低噪声，带宽比较宽，综合分析应该选择 OP07CP;2.3.3 采样电阻的选择分析：如果采用电阻过大，则会导致采样功率过高，对采样温度要求高，所以为了达到稳定性，采样电阻上的功率不能太大，所以我们选择了 4 个 1 的 0.25W 功率的电阻并联；利用并联来分担功率；2.3.4 电流放大器三极管的选择由于经过三极管的电流很大，所
10、以要选择大功率的三极管，大功率三极管又需要基极驱动，所以我们选择了复合管的形式，利用9013 作为 TIP3055 的驱动；如下图所示：2.4 特殊器件的介绍本次测量最关键的是三极管和负载的选择，由于本次设计的功率很大，所以我们要慎重选择好元器件，要分析好每块的功率，负载的功率一般也很大，所以我们选择的是镍铬合金，它的承受的功率比较大；负载：镍铬合金三极管：大功率的三极管3.软件设计流程图如下所示：开始初始化键盘扫描是否有键按下确认设置减少键是否有键按下增加键显示结束显示显示电流显 04.系统测试4.1 测试方法硬件测试：将学习板的 DA 的电压提供给运放的前级，通过改变电压来测试输出端的电流
11、； 记录下输入的 DA 的数字量与输出的电流值； 软件测试：通过键盘设置电流，并由精密电流表测试电流，通过改变负载，来测试分析此设计是否正确；4.2 测试结果键盘设定值(mv)实际测量值(mv) 负载（欧姆）键盘设定值（mv)实际测量值(mv) 负载(欧姆）52 52.3 10.3 200 200.3 10.352 52.4 8.6 200 200.2 8.652 52.4 5 200 200.01 554 54.2 10.3 250 250.33 10.354 54.3 8.6 250 250.2 8.654 54.2 5 250 250.4 556 55.99 10.3 300 300.8
12、9 10.356 55.98 8.6 300 300.56 8.656 55.99 5 300 300.45 558 57.9 10.3 320 320.3 10.358 57.8 8.6 320 320.23 8.658 57.6 5 320 320.67 566 65.55 10.3 410 410.34 10.366 65.44 8.6 410 410.23 8.666 65.55 5 410 410.15 5100 100.09 10.3 450 450.21 10.3100 100.08 8.6 450 450.34 8.6100 100.08 5 450 450.33 5112 1
13、11.59 10.3 500 500 10.3112 111.59 8.6 500 500 8.6112 111.59 5 500 500.01 54.3 结果分析此结果经过软件修正，基本符合要求，达到了预定的精度值，但仍然存在误差，基本误差原因如下：1. DA 转换的量化误差；2. 取样电阻 R 上因温度影响而引起的量化误差；3. DA 转换器的精度不够而引起的误差；4. 精密电位器滑动头接触不良而引起的误差；5.总结在设计制作数控直流恒流源的过程中，我们深切体会到，实践是理论运用的最好检验。本次设计是对我们三年所学知识的一次综合性检测和考验，无论是动手能力还是理论知识运用能力都得到了提高，
14、同时加深了我们对网络资源认识，大大提高了查阅资料的效率，使我们有充足的时间投入到电路设计当中。本系统的研制主要应用到了模拟电子技术、数字电子技术、单片机控制技术、大功率电源设计、电子工艺等多方面的知识，所设计的基于单片机程序控制的压控恒流源，达到了题目基本要求。由于我们 DA 芯片的精度不高，我们的测量范围只能达到 500MA，但实际的输出电流是可以达到 2A 的，只是在数控的部分 DA 器件的限制导致我们不能达到要求；在数据测试和调试方面，由于仪表存在误差和电路器件因工作时间过长温度升高而产生的误差，使得测量数据不是很精确，本系统就此通过软件设计，减少误差的存在，使输出电流的误差范围减小到5
15、mA，大大提高了系统的精度。参考文献： 洪利MSP430 单片原理与应用实例.北京航空航天大学出版社.2010 徐向民Altium Designer 快速入门.北京航空航天大学出版社.2008 曾 波数控恒流源电子世界，第九期，2005 何希才电子电路北京：北京航空航天大学出版社，2003 李义府模拟电子技术基础长沙：国防科技大学出版社，2004 李朝青单片机原理及接口技术北京：北京航空航天大学出版社，1994附录： 附 1：元器件明细表附 2：仪器 设备清单 数字信号发生器 数字万用表 模拟示波器 稳压电源 精密电流测量表附 3：电路图图纸 附 3.1 PCB 电路图如下：名称 型号 规格 数量电阻 1 金属膜电阻 4电阻 3 金属膜电阻 1电阻 22K 金属膜电阻 1电阻 3.3K 金属膜电阻 1电位器 2K 10 圈精密微调电位器 1电位器 5K 10 圈精密微调电位器 2电位器 10K 10 圈精密微调电位器 1电位器 500 10 圈精密微调电位器 1电容 1UF 以下 50V 耐压 CBB 电容 1电容 1UF 极性电容 1UF/35V 10运放 OP07CP 集成运放 1场效应管 IRF530 MOSFET 场效应管 1附 3.2 实物原理图如下：
