《数控直流电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控直流电源（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 数控直流电源1、课题目的：学习和掌握数字电子电路和模拟电子电路的接口方法；学习和研究用EDA、MCU等不同的手段、方法来完成本科题的设计任务，并从中逐步学会方案的比较和选择；学习电路的模块化调试和软硬件结合调试方法2、设计要求：输出电压：范围12.0V，步进0.1V，纹波不大于10mV；输出电流：100mA；输出电压和电流值由数码管显示；由“”、“”两键分别控制输出电压步进增减；第1节课题设计原理数控电源的原理示意如，该课题要求通过“+”“-”两个按键来控制输出电压的升降。输出的电压和电流通过采集和标度变换（建立一个算式，使输出量Vo、Io和A/D转换后的数字量建立对应关系）后，一方面
2、闭环控制输出，另一方面通过六位七段显示器显示输出电压和电流。图1.1 数控电源原理框图1、 输出电路输出电路可以有以下几种电路结构供参考：采用运算放大器、可调三端（LM317）电路组成；采用运算放大器、三极管功率放大电路组成；采用运算放大器、MOS管功率放大电路组成。2、 数控部分数控部分可以采用以下方案供参考：用EDA技术，采用大规模可编程器件CPLD/FPGA和D/A转换器实现；用MCU技术，采用单片机、外围逻辑器件和D/A转换器实现，外围逻辑器件主要是用于对A/D，D/A等器件的读写控制和片选控制；用MCU完成课题的控制和计算部分，用EDA技术完成逻辑整合和数字显示的译码，D/A转换器完
3、成数摸转换。3、 数字显示部分显示部分用6个LED数码管，可以采用以下参考方案：动态扫描显示方案1：七段译码用1片4511（或类式芯片），位驱动可用1片MC1413等驱动芯片；动态扫描显示方案2：七段译码由软件查表完成，段驱动可用2片74LS06等芯片，位驱动用1片MC1413等驱动芯片；静态显示方案：采用6片74LS164通过串行口工作方式实现，LED用共阳极显示器可省去位驱动；用CPLD（或FPGA）完成译码，动态扫描显示。4、 输出采集部分输出采集部分有输出电压采集和输出电流采集两块，可以采用以下参考方案：输出电压通过在输出端分压电阻上取样获取，输出电流取样可通过负载中串取样电阻来获取，
4、取样得到的电压值，通过运算放大器隔离后送给A/D转换器，电流取样电阻可取1欧。注意：电压、电流取样要共地；运算放大器输出的电压不要超出A/D的输入范围。第2节课题内容及实施步骤由于课题内容多又有相当的工作量，在完成硬件整体设计后，按先易后难、先小后大，先硬件后软件按功能模块进行实验和调试，建议如下：实验一输出电路模块性能调试实验1、电路原理采用运算放大器、MOS管功率放大电路组成输出电路模块示例如图1.2所示，运放A1构成反向比例电路，输入Vi为0-5V通过R12调节后作为A1的输入信号（采用-5V的目的是和以后的D/A转换器相协调），试分析运放A2和输出MOS管T1构成什么类型的负反馈？它的
5、作用是什么？R6和R7构成输出电压取样电路，其中R7上的电压将通过放大器送往A/D转换；R10为1欧电阻，它和RL串联后构成电流取样，R10上的电压正比于输出电流，该电压通过放大后送往A/D转换。图1.2 输出模块 2、电路参数测试在测试前，先进行满度调整。Vi输入-5.0V，调整电位器R5和电位器R12，使Vo=12.0V，完成满度调整，自己拟定测试方案和步骤。（1）测量RL=表1.1 RL=时Vi和Vo的关系ViVo（2）接入RL=120欧电阻，测试Vi和Vo的关系，填入测试值。建议Vi输入同表1.1，测试后分析对比表1.1和表1.2的值，说明电路负反馈的作用和效果。（3）在完成上述（1）
6、（2）项目测试后，适当更改电路，加入D/A转换器如图1.3所示，参照数字电子技术实验中D/A转换部分，通过DIP开关输入数字量，测试数字量Di和 带D/A的输出模块 输出电压和Vo的关系，填入给定数字量Di和Vo的测试值。实验二数控模块和输出模块的软、硬件联合调试实验1、电路原理 单片机和D/A的连接 单片机89C51为D/A转换器提供数字量，经DAC0832转换后在IOUT1和IOUT2给出电流信号，由运放A1转换成模拟电压信号电路。思考该电路采用何种选址方法？该方法有什么优缺点？还可以采用何种选址方法？2、电路调整和参数测试（1）画出该部分的软件流程图，通过编程和软件调试，测试运放A1输出
7、和D/A输入的数值量对应关系，自己制订测试步骤，自己制表1.4。（2）在实验（1）的基础上，改变89C51的输出数值量，在负载RL端测试输出电压并进行测试记录，自己制订测试步骤，自己制表1.5。实验三加入数字显示模块后软、硬件联合调试实验1、电路原理利用单片机串行口的数字显示电路示例如图1.6所示，单片机89C51具有异步串行口，利用该接口的工作方式0（移位寄存器方式）能适应多位七段码的数据显示.P3.0（RXD端）串行发送显示数据，P3.1（TXD端）输出同步脉冲信号。采用这种静态显示方式的优点是显示亮度高、稳定性好、编程方便占用软件资源少。 串行数字显示电路2、电路调整和参数测试（1）编制
8、89C51的显示软件（建议显示为一个独立的子程序），通过串行口初始化、设置显示缓冲区、七段码表、发送中断程序等。（2）通过设置显示参数（自定），调整显示电路的软、硬件，确定该模块工作的正确性。自己制订测试步骤。（3）试考虑一种其它显示方案的电路和软件流程。实验四加入输出采集模块和键控输入模块进行的整机联合调试实验1、电路原理整机电路原理如图1.7，输出采集电路是通过ADC0809对来自于输出电流和电压的两路信号进行模数转换，转换结束后，EOC端给出的结束信号通过INT1脚，向单片机发出中图1.7 整机电路原理 断信号，单片机接受中断后，读取A/D转换后的数据。同向放大器的电路形式和放大倍数由同
9、学预先设计，其原则是放大器的满度输出不要超出+5V！两个按键“UP”和“DOWN”通过P1.0和P1.1送入单片机，“UP”键的作用是使输出电压按步进上升（步距0.1V），当按住该键不放时，电压连续上升；“DOWN”键的作用是使输出下降。2、电路调整和整机参数测试（1）首先进行采集模块的硬件调试，为了能获取样电压和电流，可以通过另接一个分压电路来做，当然可以利用实验一、实验二和实验三的成果进行采集模块的调试；编写数据采集中断程序和键控子程序，键控子程序要考虑防抖动问题；成功后进行整机硬件、软件调试。（2）整机参数测试：精度测试。用万用表对输出电压和显示电压、输出电流和显示电流进行对比测试，自己
10、制订测试步骤，测试数据自己制表1.6。功能测试。分别按“UP”、“DOWN”键，观察输出电压步进数值是否满足要求。第3节 实验要求1、预习要求由于课题涉及多门课程内容，在预习时要注意有关内容的查阅和研读，通过对各模块电路原理的理解，选定芯片、画出硬件原理图、软件流程图和编制相关软件。根据自己情况，预先设计好实验步骤，画出各种测试数据表格。2、实验报告要求（1）课题总体设计思想和总体方案，方案的选择与比较。（2）硬件部分：阐述自己硬件设计思想，有总体硬件原理图和各次实验的原理图、原理说明和参数设计并附计算过程。（3）软件部分：有总的和各次实验的软件流程图（包括子程序和中断程序）及程序清单，程序要
11、有注释。用EDA的要有波形仿真图。（4）有各次实验的测试结果并做相关分析和误差分析。（5）自己创新点的论述。（6）做本课题的体会。3、扩展内容（1）有连续步进功能。当连续按住“UP”或“DOWN”键超过2秒时，产生连续步进。（2）有短路保护和报警功能。当输出发生短路时，能自动关闭输出并用灯光报警；短路故障解除后，通过“复位”按键恢复输出。第二章 简易音阶发生器设计1、课题目的：学习和掌握振荡电路设计和滤波器的设计方法；学习和研究用EDA、MCU等不同的手段、方法来完成本科题的设计任务，并从中逐步学会方案的比较和选择；学习电路的模块化调试和软硬件结合调试方法2、设计要求：产生C调八个音阶的振荡频
12、率(见表2.1)，它分别由1、2、3、4、5、7、0号数字键控制。表2.1 音阶的振荡频率和周期表C调123456709频率f(HZ)523周期T(ms)同时按下两个数字键号时，只发出一个音阶频率信号。模拟通道的频宽为30Hz10kHz。功率放大器的负载电阻RL=8，最大功率输出Pomax0.5W、效率50%。能按1-2秒的定时间隔单次和重复发出8个音阶。能自动演奏简单的曲子（选做）。第1节课题原理和课题方案 简易音阶发生器的实现有多种方案，参考方案1如图21所示。它包括按键输入、频率控制器、正弦波振荡器、衰减器和功率放大器五个部分组成。图21 简易电子琴参考方案1框图其中正弦波振荡器电路是产
13、生C调八个音阶的信号源，音调效果取决于准确和稳定的振荡频率，因此，频率控制器是整个系统的关键部分；按键输入是控制频率控制器给出适当的频率控制字，调节振荡器的输出频率；衰减器的目的是调节输出音量，最后由功率放大器推动扬声器发出声音。 参考方案2如图22所示。该方案通过用电子开关切换多谐振荡器的频率，多谐振荡器输出的方波通过有源低通滤波器对信号作进一步的处理，滤出高频信号以获得较好的音质效果；用EDA技术，通过对CPLD/FPGA的编程控制按键输入的译码、定时、演奏方式控制和自动演奏。1、音频功率放大器音频功率放大器可以有以下几种电路结构供参考（1） 采用集成功率放大器构成的电路；（2） 采用互补
14、对称OCL或OTL电路构成功率放大电路；2、多谐振荡器方案2采用多谐振荡器可以考虑以下参考方案：（1） 用非门电路构或555电路构成多谐振荡器。（2） 用运算放大器构成多谐振荡器，此时注意运算放大器的电源电压用5V，不要太高。（3） 用EDA技术，采用大规模可编程器件CPLD/FPGA，用其中的部分资源来构成多谐振荡器。（4） 用MCU技术，采用单片机、外围逻辑器件和D/A转换器实现，外围逻辑器件主要是用于对A/D，D/A等器件的读写控制和片选控制；（5） 用MCU完成课题的控制和计算部分，用EDA技术完成逻辑整合和数字显示的译码，D/A转换器完成数摸转换。3、频率控制和正弦波发生器方案1采用
15、频率控制和正弦波发生器以下方案可供参考：（1） 考虑EDA技术，用CPD/FPGA和D/A芯片进行直接数字频率合成（DDFS）产生正弦波，频率控制精确，切换速度快。（2） 通过MCU控制MAX038构成压控振荡器，直接产生正弦波。这种方式编程方便，但频率控制精度稍差一些。（3） 用MCU控制DDS芯片AD9850，通过低通滤波器直接产生正弦波。这种方式由MCU向AD9850发出频率控制字，频率控制精确，切换速度快，且比（1）容易实现。第2节课题实施内容及实验步骤（以方案2为例）由于课题内容比较多，工作量比较大，在完成硬件整体设计后，按先易后难、先小后大，先硬件后软件按功能模块进行实验和调试，建议如下：实验一频率可切换的多谐振荡器该
