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1、（数控加工）数控恒流源的设计与实现学科分类号 0806 本科生毕业论文(设计)题目（中文）： 数控恒流源的设计和实现 （英文）：Design and Implementation of Digital-Controlled Direct Current Source学生姓名： 学号： 系别： 物理和信息工程系 专业： 通信工程 指导教师： 起止日期： 2012年11月2013年5月2013年05月15日怀化学院本科毕业论文（设计）诚信声明作者郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，论文不含任何其
2、他个人或集体已经发表或撰写过的成果。对论文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确的方式标明。本声明的法律结果由作者承担。本科毕业论文（设计）作者签名：年月日目录摘要I关键词IAbstractIKeywordsII1前言11.1恒流电源的概述11.2国内外研究现状及发展趋势21.2.1研究现状31.2.2发展趋势41.3研究的意义52任务分析和方案论证52.1设计任务52.2设计方案62.2.1总体方案设计、比较和论证62.2.2数控模块82.2.3电流源模块83系统硬件设计103.1系统的总体设计103.2单片机控制系统103.2.1单片机基本系统103.2.2单片机串口通信113.3
3、恒流部分133.4电源部分143.5采样电阻143.6误差电压放大器153.7基准电压154系统软件设计154.1程序总体流程图154.2D/A子程序154.3A/D子程序175系统调试175.1测试结果175.2数据分析195.3出现的问题和改进206结论20参考文献21致谢22附录A程序清单23附录B总电原理图32附录C印制电路板图33数控恒流源设计和实现摘要数控恒流源能有效应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。本系统以单片机AT89C52为控制核心，输入键盘为四个独立键盘，数据显示采用LCD1602液晶显示器。采用误差放大器TL082和三极管TIP122形成的恒流控制电路，配以12位T
4、LV2551A/D转换器和TLV5618D/A转换芯片完成单片机对输出电流的实时检测和实时控制，实现50mA500mA范围内步进1mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于2mA的稳定度。关键词恒流源；AT89C52单片机；A/D转换器；D/A转换器DesignandImplementationofDigital-controlledDirectCurrentSourceAbstractThissystemcaneffectivelyapplytothefieldswhichneedhighstabilityofsmallpowerconstant-currentsource.Thisdesi
5、gnusedsinglechipmicrocomputer(AT89C52)asthecorncontrollerandtheinputkeyboardarefourindependentonesanddataisshownonliquidcrystaldisplay(LCD1602).usingtheconstantcurrentcontrolcircuitwhichisconstitutedofanerroramplifier(TL082)andatriode(TIP122).a12-bitA/Dconverter(TLV2551)andaD/Aconverter(TLV5618)toim
6、plementthereal-timedetectionandcontrolonoutputcurrent.Itachievesconstantcurrentoutputfrom50mAto500mAwithstepsize1mAandensuresthestabilityofripplecurrenttobelessthan2mA.KeywordsConstantCurrentSource；SCMAT89C52；A/DConverter；A/DConverter1前言1.1恒流电源的概述电源技术尤其是数控电源技术是壹门实践性很强的工程技术，服务于各个行业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集
7、成、控制理论、材料等诸多科学领域。随着计算机和通讯技术发展而带来的现代信息技术革命，给电源技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源技术提出了更高的要求1。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度，电源在使用时会造成许多不良后果。世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求且制定了壹系列产品精度标准，达标后才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的电源产品才能够获得通行证。数控电流源是从80年代才开始发展起来的产品，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了良好的理论基础，在以后的时间里，数控电源技术开始长足的发展2。当下市场上许多
8、数控电流源存在输出精度不高，功率密度比较低，带负载能力不强，体积大，价格较高，操作繁琐，工作状态不稳定等弊端，因此数控电源的主要发展方向是针对上述缺点不断改善。所以，高精度的数控直流电流源有很大的发展空间。另外，单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电流源的发展提供了有利条件3。新的变化技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，已出现了数控精度达0.05V的数控电源，功率密度已达50W的数控电源。从组成上，数控电源可分为器件、主电路和控制电路三部分。在数控电源的基础上，再发展为数控恒流源。如今，已经广泛地应用在各个领域。目前市面上较成熟的恒流源输
9、出或者在mA量级，或者在百安培量级，不能满足所有输出段位的需求。许多输出电流不是很大、要求稳定度和输出精度较高的恒流源仍是由使用者自行研制的。恒流源在现代化工农业及科研生产的运用中正朝着体积小、精度高、稳定性好、使用灵活的方向发展4。基于功率运算放大器的恒流源在理论上具有体积小、精度高、稳定性好、可扩展等优点，输出电流范围在安培量级适用于小型电动机、线圈等的驱动。但仍需要通过实验做进壹步深入的研究，这对于恒流源的发展具有相当现实的意义。而且数字化智能电流源模块是针对传统智能电流源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参和的环节，有效的解决了电流源模块中诸如可靠性、智能化和
10、产品壹致性等工程问题，极大的提高了生产效率和产品的可维护性5。电能变换技术是壹种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术。电能变换技术是实现电能变换和功率传递的关键技术，能够对电能变换过程的参数实现精确的控制和高效率的处理，特别是能够实现大功率电能的频率变换，从而为现代通信、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源支持6。1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1研究现状在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成，到了90年代以来，随着对系统更高效率和更低功耗的要求，电信和数
11、据通信设备的技术更新推动电源行业中电压/电流转换器向更高灵活性和智能化的发展方向，电源产业进入快速发展期。壹方面，电源产业规模的发展在加快；另壹方面，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和壹般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业涌现了壹些技术难度较大，具有国际先进水平的产品而且仍生产了壹大批具有代表性的研究成果和产品。目前国内仍开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。可是我国电源产业和发达国家相比，存在着很大的差距和不足。在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为1015
12、年，尤其在实现直流恒流的智能化、网络化方面的研究不是很多7。目前国内在这俩方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件来控制数控直流电流源或数字化电流单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，仍存在很大的差距和不足。现今，随着数控直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分路原件和集成电路发展为微机控制，从而使直流电流源智能化，具有遥测、遥信和遥控的三遥功能。目前，全国的电流源及其配件的生产销售企业有4000家之上，产值由300400亿元，但国内企业销售的数控直流电流源大多是代理日本和台湾的产品，国内厂家生产的直流电流源虽然也在向数字化方向
13、发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体来说，国内直流恒流源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。1.2.2发展趋势数控直流源是电子技术常用的仪器设备，广泛的应用于教学、工业和科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验作和科学研究所不可缺少的电子仪器。恒流源是模拟系统中广泛使用的壹种单元电路或测试平台，在实际工程中也有广泛的用途，是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、
14、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。目前市面上较成熟的恒流源输出或者在mA量级，或者在百安培量级，不能满足所有输出段位的需求。许多输出电流不是很大、要求稳定度和输出精度较高的恒流源仍是由使用者自行研制的。恒流源在现代化工农业及科研生产的运用中正朝着体积小、精度高、稳定性好、使用灵活的方向发展。急于功率运算放大器的恒流源在理论上具有体积小、精度高、稳定性好、可扩展等优点，输出电流范围在安培量级适用于小型电动机、线圈等的驱动8。但仍需要通过实验做进壹步深入的研究，这对于恒流源的发展具有相当现实的意义。而且数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程
15、中的不确定因素和人为参和的环节，有效的解决了电源模块中诸如可靠性、智能化和产品壹致性等工程问题，极大的提高了生产效率和产品的可维护性9。1.3研究的意义数控恒流源是电子技术常用的仪器设备，广泛的应用于教学、工业和科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验作和科学研究所不可缺少的电子仪器。恒流源是模拟系统中广泛使用的壹种单元电路或测试平台，在实际工程中也有广泛的用途，是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成10。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的壹种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。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，设备和外围条件越优越，那么设备
