基于ATMEGA16单片机闭环控制的数控直流电流源设计.doc

【基于ATMEGA16单片机闭环控制的数控直流电流源设计】 数控直流电流源是一种广泛应用在电子测量、仪器仪表以及教学实验中的设备，它能提供稳定的电流，且具有直流电阻小、交流电阻大的特性，常作为放大级的有源负载。本设计基于高性能的ATMEGA16单片机，构建了一个闭环控制的数字电流源，能够实现对输出电流的精确控制。 设计要求主要包括以下几个方面： 1. 输出电流范围：200mA至2000mA。 2. 给定电流值与实际输出电流偏差不超过给定值的1%+10mA。 3. 提供“+”、“-”步进调整功能，步进精度≤10mA。 4. 当负载电阻变化时，输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1%+10mA。 5. 纹波电流限制在2mA以内。 工作原理上，电流源采用集成运放工作在深度负反馈状态，实现压控电流源。通过单片机控制D/A转换器调整电压输出，进而控制电流大小。通过电流检测和负反馈机制，结合PID控制，进一步提高了电流输出的精度和稳定性。 系统设计方案包括以下模块： 1. 控制模块：ATMEGA16单片机为核心，负责电流检测、反馈控制和电压参数输出。 2. 电流源模块：使用精密集成运放实现恒流源，配合功率放大电路驱动大电流。 3. 开关电源模块：利用LM2576-ADJ产生15V稳压电源，提供3A电流。 4. 显示模块：采用CF128*64-3液晶显示器，显示输出电流、设定值等信息。 5. 键盘模块：4个独立按键，用于电流调整、模式切换和步进大小设置。 6. 系统稳压电源：线性集成稳压器产生+5V、+12V、-12V电源。 软件设计上，系统主程序在上电初始化后，根据模式选择本地或远程控制。在本地模式下，程序会进行LCD初始化，按键扫描，以及PID算法的调用，产生控制电压，并在LCD上实时显示设定值和实际值。 控制算法采用电流闭环控制，单片机通过ADS774采集电流，经过PID运算生成控制电压，以实现精确的电流调节。PID控制包括比例、积分和微分三个部分，其中积分运算在单片机中采用离散增量实现，以达到平滑电流变化的效果。 总结而言，这个设计通过ATMEGA16单片机的智能控制，实现了高精度、宽范围的数控直流电流源，具备良好的负载适应性和稳定性。其核心在于利用闭环控制策略和PID算法，确保了电流输出的准确性和动态响应，适用于各种精密测量和实验应用。