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作者：湖北师范学院 李永旭 曹晴雯 孙智斌
指导教师：梅斌

　　作品简介

　　性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备的工作条件和寿命更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切。当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步且有待发展，高性能的数控恒流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。
　　本作品是以IAP15F2K61S2单片机为核心控制器的数控直流源。系统主要包括：IAP15F2K61S2单片机开发板、键盘与显示电路、压控恒流源电路、校正电路等。系统中通过键盘按键对电流值进行预置，单片机送出相应的数字信号，经过D/A转换、电压跟随、压控恒流源，再输出所需电流;实际输出的电流经过精密电阻变成取样电压信号，经过A/D转换器，将信号反馈到单片机中构成闭环控制;通过LCD1602显示器显示此电流的值。

　　平台选型说明

　　系统以单片机进行控制，通过D/A输出控制信号并通过A/D收集反馈信号，开发平台选择以STC15F2K61S2芯片为控制核心的单片机开发板，A/D和D/A电路及电源驱动电路自己搭建

　　设计说明

　　该设计想要达到的效果：无论负载如何变化，系统能输出稳定大小的电流，输出精度为1mA，电流设定值为0—2A。

　　1总体方案设计
　　本设计是基于单片机控制的直流恒流源，以压控恒流源为核心,结合单片机系统实现对输出电流的控制。
　　先键盘上输入设定的输出电流值，通过控制芯片使DA转换成对应电压，然后经过电容的滤波输入到OP07以及IRF640构成的压控恒流源部分，从而对电流进行控制。
　　同时利用AD对采样电阻两端的电压进行采样，将其反馈到控制器，构成闭合反馈系统，并利用逐次逼近式的算法控制AD的输出，从而达到精确控制的效果。当电流值设定后，利用IRF640工作在饱和状态下电流值不受漏极和源极电压的变化而变化的特性，不管负载的阻值如何变换，其电流值的输出不受影响。同时设计过载保护功能，当输入超过设定值大小后，系统报警同时输出0A的电流。
　　该系统输出电流范围较大，并且输出电流与给定值偏差的绝对值及纹波电流较小，具有功能强、性能可靠、电路简单的特点，分为以下几个组成部分：单片机控制系统、A/D和D/A转换模块、压控恒流源模块、负载、键盘及显示模块，系统框图如图1所示。　　

　　2 单元电路设计
　　对于开发板上已有按键电路、LCD1602电路、蜂鸣器电路直接利用。输入电源采用外接15V和5V的直流电源。

　　2.1压控恒流源电路设计　　

　　电路中采用大功率场效应管IRF640, 采用场效应管, 更易于实现电压线性控制电流, 既能满足输出电流最大达到2A的要求, 也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时, 漏电流Id 近似为电压Ugs控制的电流, 即当Ud 为常数时, 满足:Id = f(U gs) , 只要Ugs不变, Id就不变。在此电路中, R2 为取样电阻(温漂小), 阻值为1欧。运放采用OP 07作为电压跟随器, UI = Up = Un, 场效应管Id = Is (栅极电流相对很小, 可忽略不计) 所以I0 = Is = Un /R2 = UI /R2。正因为I0 = U I /R2, 电路输入电压U I控制电流I0, 即I0 不随R1 的变化而变化,从而实现压控恒流。

　　2.2 A\D、D\A电路设计　　

　　A/D电路采用MAX1241，其电路原理图如图3所示，与MAX531使用同一个基准源。因此，A/D的分辨率为0.5mV，当取样电阻为1欧时，测量电流的分辨率为0.5mA。因为MAX1241的转换精度很高(达到1LSB)，因此，可以完全达到设计分辨率为1mA的要求。
　　D/A电路以采用MAX531，使用其内部自带的2.048V基准源。其电路原理图如图4所示。D/A转换的分辨率为：VD=Vref / (4096) = 2048 / 4096=0.5mV，加在1欧的取样电阻上是，就可以输出分辨率为0.5mA的电流。

　　3. 软件设计
　　主程序流程图如图4，算法流程图如图5。　　

　　作品特色

　　现在的直流电流源设备太过于笨重，精度也不够高，价格十分昂贵。我们开发出的这种系统利用单片机的最小模块以及较少外围电路就可以实现。同时其使用范围也十分宽广，当其负载的电压控制在10V以内时，其阻值可以随意改变。加上人性化的设计，对于输入错误时的纠正以及过载时候的自动报警，确保了安全以及精准的输出。
　　所以该作品具有功能强、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的领域。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2485