从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术和产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重的作用.在电源种类繁多和技术的多样化中，不断地提出更多.更高.更先进的要求来迎合当今社会时代的步伐.电源设备是电子仪器的一个重要组成部分，通常有直流电压源.电流源.交流电压源，电压源等.随着信息时代的飞速发展，电源设备也逐渐向数字化方向发展，便有了数控直流电流源的研究方向.
数控直流电流源是一种低纹波.高精度并当负载在一定范围内变化时具有良好的稳定性.输出可预置的数控直流电流源，它是现代科学研究和生产的需要，也代表着直流电流源发展的方向，而且得到了越来越广泛的应用。
1 设计任务要求
在此设计并制作出一款数控直流电流源.其原理示意图如图1所示.
具体要达到的技术指标为：
(1)输入交流为200~240 V,50 Hz;输出直流电压≤10 V.
(2)输出电流范围：20~2 000 mA;
(3)可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的2%+1 mA;
(4)具有“+”.“-”步进调整功能，步进≤2 mA;
(5)改变负载电阻，输出电压在10 V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的2%+1 mA;
(6)纹波电流≤1 mA.
`2 系统总体设计
本系统采用STC89C52单片机作为整机的控制部分，通过键盘改变或设定数字量，经D/A 转换后产生相应的电压值，从而控制恒流源电路;为了能够使系统具备检测实际输出电流值的功能，可以在输出回路上串联取样电阻，将实际输出电流转换成电压，并经过A/D 进行模数转换，用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，采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁.灵活，各类功能易于实现，能很好地满足性能指标的要求.具体框图如图2所示.
3 各部分模块电路设计
3.1 键盘与显示电路
键盘电路和显示电路由8255 驱动，如图3 所示.
显示部分采用共阳数码管动态扫描方式，在程序控制下，可以显示输出电流和采样电流;键盘采用矩阵结构，有：显示切换键.后退键.加1键.减1键.确认键.0~9数字键入键等.
3.2 电源电路
±15 V 电源电路由输出电压极性不同的集成稳压器MC7815,MC7915构成，如图4所示.
图4(a)中4 个1N5408 组成整流桥，可以把交流电转换为直流电，C1,C2,C3,C4 为大容量滤波电容，C5,C6,C7,C8为高频滤波电容，它们用于抑制芯片自激，减小高频噪声.
两种芯片输入端分别加上18 V 以上的输入电压，输出端便能输出±15 V 的电压，R1,R2,R3 用于调整集成稳压器MC7815输出端的电流平衡.图4(b)所示，+5 V电源电路由MC7805 芯片构成，C9 为大电容用于滤波，C11,C12用于抑制输出噪声.
3.3 电流源电路
电流源电路由OP07 运算放大器和输出三极管组成，如图5所示.
其基本控制原理是：
式中：k是 k = (R1 + W1)/ W1 ;Va 是单片机内部数字量所对应的模拟电压;Io 是输出的电流.由此可见，当R1 ,W1 ,R0 ,R3 ,W1 ,R2 都确定后，那么Io 由Va 惟一的决定，与输入电压和负载都无关.也就是说，Io 由单片机的数字量决定.这样，就实现了数控恒流电源.
3.4 电流采样电路
为了能够对输出电流的进行实时的观察，必须在输出回路上要有采样电路，图5中Rx就是采样电阻，Vx 就是采样得到的电压，经过OP07 放大以后的电压为Vc,此电压经A/D转换后送到单片机，经处理后进行显示，这样就实现了对输出电流的显示.由图可知：
4 软件系统设计
软件部分是实现系统功能的核心，软件的设计要兼顾功能的实现，同时也要考虑操作的方便性，体现人性化操作，要提示尽量详细的信息，并要有适当的保护功能，如规定输出电流最大2 000 mA,则键盘输入的数字量不要超过2 000 mA,以免过载烧掉功率管等，软件部分由以下几个大的模块组成.
主程序要完成中断系统.定时器.用户单元的初始化工作，其主要任务是进行键盘扫描和完成显示.其具体流程如图6所示.定时器中断程序的任务是完成A/D 的采样(采样频率)，同时完成闪烁等功能，中断程序流程如图7所示.
5 系统测试
由表1 测试结果可看出，本系统达到了以下两项指标：
(1)输出电流范围：20~2 000 mA,并且线性良好.
(2)可设置并显示输出电流给定值，输出电流与给定值偏差的绝对值不大于给定值的2%+1 mA;
由表2 测试结果可看出，本系统达到了下面的指标：具有“+”.“-”步进调整功能，步进≤2 mA;
由表3 测试结果可看出，本系统达到以下的指标：改变负载电阻，输出电压在10 V 以内变化时，输出电流变化的绝对值不大于输出电流值的2%+1 mA;由表4测试可看出，本系统达到了以下的指标：纹波电流≤1 mA.
通过表1~表4可知，该系统各项指标都达到了预定的要求，并且在软件管理上本系统实现了人性化.智能化管理，具体如下：键盘输入均有短音提示，数据采用移位输入，符合人们操作习惯;输入数据时，处于闪烁状态，可以用退格键取消刚输入的数据，按下“确认”键后，数据输出，同时停止闪烁;数据输入最多4位，输入第5位后，会有长音提示，提醒操作人员;按下“确认”键时，如果输入数据超过20~2 000 mA(系统指标规定)，会有长音提示，提醒操作人员，同时数据无效(不会输出).
当+1,-1操作时，当数据超过20~2 000 mA,同样会有长音提示，以提示操作人员，此时数据无效(不会输出).
6 结论
系统输出实际测试结果表明，本系统输出电流稳定，不随负载和环境温度变化，输出电流误差范围±5 mA,输出电流可在20~2 000 mA 范围内任意设定.
经测试，本系统稳定性好.精度较高.操作简单.人机界面友好.在科学研究和设备生产中，能够广泛应用到这种可靠性高.操作简单的数控电流源，不仅能够提高设备的性能，同时能够缩短研发周期，本系统具有较高实用性.
