随着电子技术的深入发展，各种智能仪器越来越多，涉及领域越来越广，而仪器对电源的要求也越来越高。现今，电源设备有朝着数字化方向发展的趋势。然而绝大多数数控电源设计是通过高位数的a/d和d/a芯片来实现的，这虽然能获得较高的精度，但也使得成本大为增加。本文介绍一种基于avr单片机pwm功能的低成本高精度数控恒流源，能够精确实现0～2a恒流。

系统框图

　　图1为系统的总体框图。本系统通过小键盘和lcd实现人机交流，小键盘负责接收要实现的电流值，lcd 12864负责显示。avr单片机根据输入的电流值产生对应的pwm波，经过滤波和功放电路后对压控恒流元件进行控制，产生电流，电流再经过采样电阻到达负载。同时，对采样电阻两端信号进行差分和放大，送入adc。单片机根据采集到的值调整pwm输出，从而调整了输出电流。如此反复，直到电流达到设定要求。

图1 数控恒流源系统框图

模块介绍

1 人机接口模块

　　本模块包括小键盘电路和液晶显示电路。键盘设计为3×4键盘，由数字键0～9，功能键“删除”及“确认”组成，采用反转法实现键值识别。显示电路由带中文字库的lcd 12864构成，该液晶可以每行8个汉字显示4行。由于这部分电路比较简单，在此不详述。

2 核心控制模块

　　系统的核心控制模块为avr单片机（atmega 16l）。主要使用了avr的pwm功能和a/d功能。

　　avr单片机片内有一个具有16位pwm功能的定时/计数器。在普通模式下，计数器不停地累加，计到最大值（top=0xffff）后溢出，返回到最小值0x0000重新开始。当启用pwm功能即在单片机的快速pwm模式下，通过调整ocr1a的值可实现输出pwm波的占空比变化。产生pwm波形的机理是：pwm引脚电平在发生匹配时（匹配值为0～0xffff之间的值，如图2中的c），以及在计数器清零（从max变为bottom）的那一个定时器时钟周期内发生跳变，具体实现过程如图2所示。

图2 pwm波产生过程

图2中的c～f为ocr1a匹配值。从图中可见，波形在每个匹配值处以及计数清零时输出发生变化，从而实现了pwm波。由于ocr1a的值可以从0x0000到0xffff，共有65535个值，因此pwm波的最大分辨率为1/65535，满足系统分辨率设计要求。pwm波的频率为：
（1）

　　其中，f_{clk_i/o}为系统时钟频率 （7.3728mhz），n为分频系数（取1、8、64、256或1024）。在n取1时，根据式（1）得pwm波的最大频率为7.3728mhz；当n取1024时，pwm波的最小频率为 7.2khz。本系统n取256，pwm波频率为28.8khz。

单片机内部有1个10位的逐次逼近型adc，当使用片内vcc作为参考电压v_ref，其分辨率为：
（2）

若使用片内的2.56v基准源作为参考电压，依据式（2）可得到其分辨率为0.003v。

当系统需要更高的分辨率时，可以通过软件补偿的方法来实现。具体实现方法可参考相关资料。

3 滤波和功放模块

图3 二阶rc低通滤波电路

　　pwm波产生后不能直接用于控制mosfet，需把其变成能随占空比变化而变化的直流电压。在此，我们选用二阶rc低通无源滤波器，并取得了很好的效果。
二阶rc低通无源滤波器的系统函数为：
（3）

　　其中，a为通带增益，q为品质因素， ω0为截止频率。根据式（1）算出pwm波的频率，取截止频率为30khz，由式（3）可确定对应的电阻、电容值。

　　由于无源滤波器的负载能力差，信号经过二阶无源滤波网络后衰减比较厉害，需要增加一级功率放大电路。功放电路比较简单，也有经典电路，限于篇幅不再赘述。

4 恒流源模块

　　恒流源采用的是压控恒流元件irf540，它的v_gs为20v，id为33a。截止时，最大漏电流为1μa，导通电阻仅有