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基于MSP430F149单片机的数控恒流源
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更新于2023-05-26
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基于MSP430F149单片机的数控恒流源的设计与程序代码。此数控恒流源在0~100mA时可适用负载的电阻范围为0~69.Ω。在50mA时相对误差为0,在10mA时显示电流比电流表小1.5mA,在100mA时显示电流比电流表大1.5mA。
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背 景
数控恒流源是单片机运用数字控制技术控制恒流源的一种设计方案。
当前,数字化数控恒流源的应用,随着电子技术的发展使用范围越来越广,在
电子测量仪器、激光、传感技术、超导、现代通信等高新技术领域,恒流源都
被广泛应用,且发展前景较为良好。同时,也不仅局限于此。电子领域,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是有待发展,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。所以设计一个数控恒流
源方案来提高恒流源的稳定性、适用范围以及精度很有必要。
目 录
第一章 设计方案
第二章 恒流电路
第三章 MSP430F149 单片机及电源
第四章 AD 模块
第五章 DA 模块
第六章 键盘模块和显示模块
第七章 软件设计
第八章 实验总结

第一章 设计方案
本设计本设计是基于单片机控制的直流恒流源, 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、 电源模块、恒流源模块、负载及键盘液晶显示模块, 系统
框图如图所示。
系统框图
用 430 单片机作为整机的控制单元,通过改变D/A 转换器的输入数字量来改变输出
电压值,从而间接地改变压控恒流源的输出电流大小。为了能够使系统具备检测实际输
出电流值的大小,可以将电流转换成电压,并经过 A/D 转换器进行模数转换,用单片机
实时对电压进行采样,与输入预期值比较,并通过 430 单片机进行进行数据处理微调输
出,提高精度实时显示。
第二章 恒流电路
数控直流电流源可以采用电流输出型 D/A 转换器来实现,单由于其输出电流的幅值一般在
uA 数量级,因此需要进行电流放大若干倍才能达到所需要的要求电流值,电路实现很困难。
若选择电压输出型 DAC,再通过 V-I 转换电路变成与之成比例的电流信号,则电路实现相
对简单,因此设计直流电源时常采用该种方案实现,在这种方案中,V/I 转换电路设计是关

键。通常的 V/I 转换有两种方式,一种是负载共地的方式,一种是负载共电源的方式。我
们选用的是负载共地的方式,因为有很多电路负载在连接的时候需要进行共地。
R6 为电流反馈采样电阻,R5 为限流电阻,RL 为负载电阻。R7 为 A/D 转换采样电阻,
R6 采样到的电流信号加到电路的输入端,构成电流并联负反馈电路。
由虚断知,运算放大器输入端没有电流流过,
则 (Vi – V2)/R1= (V1 – V4)/R2 ……a
同理 (V3 – V2)/R3 = V2/R4 ……b
由虚短知 V1 = V2 ……c
如果 R1=R2=R4=R3,则由 abc 式得 V3-V4=Vi
上式说明 R6 两端的电压和输入电压 Vi 相等,则通过 R7 和 RL 的电流 I=Vi/R6。如果
负载 RL<<100KΩ,且运算放大器的放大增益足够大时,通过负载 RL 的电流仅有输入电压
Vi 决定,并且 I=Vi/R6。所以 R1、R2、R3、R4 选用 100kΩ。为了方便采样,我们选择 R6
为 1Ω 电阻。Vi 为 0~1V,我们做的恒流源输出电流在 0~100mA,R6=1/0.1=10Ω。为了扩大
电流的输出能力,在上电路的负反馈没有通过电阻直接反馈,而是串联了三极管的发射结,
进行电流放大。
因为在恒流源电路中,MOSFET 管的输入电容太大,而一般运放的输出 电阻都在几十欧
姆以上,会造成闭环的延迟,而高增益的闭环负反馈中的迟延很容易振荡,三极管的放大倍数

选大些,也可以用复合管,实际上电阻的误差比三极管 基极电流的影响可能要大,还可以通过
调节电阻的值来调节.所以我们选用的是三级管而不是 MOSFET 管。
第三章 MSP430F149 单片机及电源
3.1 MSP430F149 单片机
MSP430F149 单片机是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。由于
它具有极低的功耗、达到 60KB 的 FLASH 容量、丰富的片内外设和相对较小的体积及方便
灵活的开发环境,已成为众多单片机系列中一颗耀眼的“芯星”。

开发板资源描述:
【1】.板载 MSP430F149 芯片
【2】.集成 USB 型 BSL 编程器(对自身或其他板子进行 bsl 编程)
【3】.提供 32.768KHZ 和 8MHZ 两种晶振连接方式
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