《数控直流恒流源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控直流恒流源（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数控恒流源设计与总结报告摘要： 本设计以 89C52 为主控器件，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器 OP07和大功率场效应管IRF640构成恒流源，通过12位A/D、D/A转换芯片，完 成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，控制界面直观、简洁，具有良好 的人机交互性能，人机接口采用4*4键盘及LCD液晶显示器。该系统电流输出范 围为20mA2000mA的数控直流电流源。该电流源具有电流可预置，1mA步进， 同时显示给定值和实测值等功能。关键词：89C52恒流源AD DA1 系统设计设计并制作数控直流电流源。输入交流200240V, 50Hz；输出直流电压W10V。其原理示意图如下所示。
2、题目要求设计并制作数控直流电流源。输入交流200240V, 50Hz；输出直流电压W10V。 其要求如下:1 根本要求1输出电流范围：200mA2000mA；2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W给定值的1% +10 mA；3具有“+、“-步进调整功能，步进W10mA；4改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值W输出电 流值的1%+10 mA； 纹波电流W2mA； 6自制电源。1.1.2 发挥局部1输出电流范围为20mA2000mA，步进1mA； 2设计、制作测量并显示输出电流的装置 （可同时或交替显示电流的给定值和实测值）， 测量误差的绝对
3、值W测量值的0.1 %+3个字；3改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值W输出电 流值的0.1%+1 mA； 纹波电流W0.2mA； 5其他。1.2 总体设计方案本设计要设计的基于单片机控制的直流恒流源，以直流稳压电源和稳流电源 为核心,结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。首先采用了单片集成稳压芯 片实现直流稳压,然后采用了分立元件实现稳流。为实现对输出电流的控制:一方面, 通过 D/A 输出实现电流的预置,再通过运算放大器控制晶体管的输出电流;另一方 面,运用 A/D 转换器件将输出电流的采样值送入单片机,与预置值进行比拟,将误差 值通过D/A转换芯片添加到调
4、整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。该系统输出电流范围较大，并且输出电流与给定值偏差的绝对值及纹波电流 较小，具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点，分为以下几个组成局 部：单片机控制系统、A/D和D/A转换模块、恒流源模块、负载、键盘及显示模 块。恒流源模块：方案一：采用恒流二极管或者恒流三极管，精度比拟高，但这种电路能实现 的恒流范围很小，只能到达十几毫安，不能到达题目的要求。方案二：利用三端可调直流稳压集成芯片，通过调整其输出电压来实现负载 的恒流特性。特点：直接利用稳压片提供所需功率，只需要添加相应控制电路即 可实现此题的大局部要求，但是，其电流调整率指标只能到达0.5%0.
5、15%，不满 足题目要求，方案三： 用“运放场效应管的结构构成恒流源。特点：性能满足此题要求 同时可以通过选用场效应管的不同容量来满足不同的应用要求。在保证运放处于 线性放大状态，输出电压小于10V的条件，输出电流能够到达2000mA能满足题目 的要求.故本设计采用此方案。电源模块：本系统需要多个电源，运放、D/A转换芯片的15V，单片机系统用+5V。电 源虽简单，但在高精度的系统中，尤其有纹波要求此题目纹波电流 0.2mA时, 有着非常重要的作用。方案一：采用升压型稳压电路。该电源减小了系统体积重量，但该电路供电 电流小，供电时间短，无法使相对庞大的系统稳定运作。方案二：采用线性稳压电路。交
6、流市电经桥式全波整流，电容滤波，三端稳 压器件稳压产生各种直流电压。运放、D/A转换芯片的15V分别用法LM7815、 LM7915稳压输出，单片机系统用+5V由LM7805稳压得到。电流源局部由于需求 功率较大，故采用输出电流为3A的可调三端稳压器。采样模块：方案一：采用电流传感器读取。试用专用传感器将使电路接线简单可靠，且 精确，但费用昂贵，不宜采用。方案二：利用STC89C52单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换， 驱动恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反应到单片机系 统，通过补偿算法调整电流的输出，以此提高输出的精度和稳定性。为了到达输 出电流步进1mA,
7、 D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片AD5320，直接输出电压值, A/D转换器选用高精度12位模数转换芯片MAX1241。而且该芯片是采用串行数据 传送方式，硬件电路简单。同时反应系统控制灵活，易于到达1 mA的步进要求。 采用此方法。显示器模块：方案一：使用 LED 数码管显示。数码管采用 BCD 编码显示数字，对外界环 境要求低，易于维护。但根据题目要求，如果需要同时显示给定值和测量值，需 显示的内容较多，要使用多个数码管动态显示，使电路变得复杂，加大了编程工 作量。不宜采用。方案二：使用LCD显示。LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示汉字 数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗
8、小，且设计简单等特点。综上所述，选择方案二。采用 1602液晶显示器，同时显示电流给定值和实测 值。键盘模块方案方案一 ：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根 I/O 接口线,每个 I/O 口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时 占用单片机的 I/O 口数目较多。方案二 ：采用标准4*4键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当 按键较多时可降低占用单片机的 I/O 口数目，而且可以做到直接输入电流值而不必 步进。题目要求可进行电流给定值的设置和步进调整，需要的按键比拟多。综合考虑 两种方案及题目要求，采用方案二。2单元电路设计21恒流源电路设计如下图，
9、电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管，更易于 实现电压线性控制电流，既能满足输出电流最大到达2A的要求，也能较好地实现 电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时，漏电流Id近似为电 压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时，满足：Id=fUgs，只要Ugs不变， Id就不变。在此电路中，R2为取样电阻，采用康铜丝绕制阻值随温度的变化较 小，阻值为0.35欧。运放采用OP27作为电压跟随器，UI = Up=Un,场效应 管Id = Is（栅极电流相对很小，可忽略不计）所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因 为Io=UI/R2，电路输入电压UI控制电流Io,即
10、Io不随RL的变化而变化，从 而实现压控恒流。同时，由设计要求可知：由于输出电压变化的范围U = 10V, Iomax=2A, 可以得出负载电阻RLmax=5欧。图简易恒流源22控制器电路设计最小系统的核心为STC89C52, P1 口接上拉电阻，P2.2为。J1pi 口1P1.12F123P1J*pi .+fP15bP1 .67-ms-h.TS&J&ZkXTALIp 口 nAi 口 PD.i/AC-1P03A&2kduzFnJVAUlPD.-HACtpp DjaAbSRBTP 1*1 7 h7PXJASPZp? Ainn 县 UliAl fP7ET(3*7 咛盹-1*1P2SAH4.pi r
11、vrrpt rpRHnp 1 liTTZEXp 3 1 rrstfDP1pnIH illmPTlTnTTPi 4.P3 */THP1P1.5F3.SWP1.TP3_TrKir2575Hl11壬PDH2FU.1J37P 口左+手m353SPD.+63+PBJ733PD.hsJ2FLIJb11R.EE：FACK-ETE：-iT=-图2.2单片机模块电路23 AD、DA电路设计本设计中采用了 12位的DAC模块，提供高精度的基准电压，即通过CPU发 出的二进制转换为010V的模拟电压，送给误差放大器，实现步进要求。根据题目扩展功能要求输出20 2000mA，以1mA为步进，需要的级数为：(2000
12、- 20)mA 二 19801mA因2i0=1024v1980v2ii=2048,由此可见采用11位的D/A转换芯片即可满足要求, 但市场上并没有11位转换器，所以系统中采用了 AD5320，它是一种适合与微处理 器接口的12位D/A转换芯片，直接输出电压值，且其输出电压能到达参考电压的两 倍。A/D转换器选用高精度12位模数转换芯片MAX1241。其中MAX1241,所用的 +2.5V基准电压，由LM336提供。如图2.2所示为A/D,D/A接线图及与单片机和恒流源电路的连接图，2.4键盘电路设计在设计中，使用标准的4x4键盘，可以实现“09数字输入，“+、“-步 进设置，“确认处理，“重置处理，“数字处理，等功能，其电路图如图2.3 所示。图键盘电路图2.5显示器电路设计本设计采用LCD1602液晶显示器，与单片机接口，采用8位并行接法，显示电流预置值及实测值，电路连接如下图。zkl-cr讨.-i6r-i6n.tep 1j.p 1曲i -n 1p 1(. 41耳P 1图2.5液晶显示电路图LCD1vss voo VEERS RW E:
