數(shù)控直流電流源實(shí)踐設(shè)計(jì)文檔.doc

電子綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)文檔選題：數(shù)控直流電流源組員：*指導(dǎo)老師：*目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.3一、任務(wù).3二、要求.31、基本要求.32、發(fā)揮部分.3三、說明.4二、總體設(shè)計(jì)方案.4一、方案比較、設(shè)計(jì)與論證.41.數(shù)控模塊.42.電流源部分.43.供電電源部分.5三、總體設(shè)計(jì).6主要單元電路設(shè)計(jì)、分析與計(jì)算.61、供電模塊.62、數(shù)控模塊和測量模塊.73、A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809接口.94、恒流源模塊.115、軟件設(shè)計(jì).121、軟件流程圖.122、軟件模塊分析.12四、系統(tǒng)測試及整機(jī)指標(biāo).14五、總結(jié)與心得.14六、參考文獻(xiàn).15附錄1主要軟件清單.151、端口、地址初始化.152、按鍵處理函數(shù).163、INT0中斷初始化及中斷函數(shù).18附錄2總原理圖.19附錄3元器件清單.20一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求一、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作數(shù)控直流電流源。輸入交流200240V，50Hz；輸出直流電壓10V。其原理示意圖如下所示。二、要求1、基本要求（1）輸出電流范圍：200mA2000mA；（2）可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值給定值的1+10mA；（3）具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)10mA；（4）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的1+10mA；（5）紋波電流2mA；（6）自制電源。2、發(fā)揮部分（1）輸出電流范圍為20mA2000mA，步進(jìn)1mA；（2）設(shè)計(jì)、制作測量并顯示輸出電流的裝置(可同時(shí)或交替顯示電流的給定值和實(shí)測值)，測量誤差的絕對值測量值的0.1+3個(gè)字；（3）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的0.1+1mA；（4）紋波電流0.2mA；（5）其他。鍵盤控制器電流源負(fù)載顯示器電源三、說明1、需留出輸出電流和電壓測量端子；2、輸出電流可用高精度電流表測量；如果沒有高精度電流表，可在采樣電阻上測量電壓換算成電流；3、紋波電流的測量可用低頻毫伏表測量輸出紋波電壓，換算成紋波電流。二、總體設(shè)計(jì)方案一、方案比較、設(shè)計(jì)與論證根據(jù)題目要求，數(shù)控直流電源應(yīng)該包括如下模塊：電流源模塊、測量模塊、供電模塊和數(shù)控模塊等。1.數(shù)控模塊數(shù)控模塊可采用傳統(tǒng)邏輯電路組成，如采用數(shù)字電路和FPGA門陣列等，也可以采用單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)具有靈活的接口和在線編程能力，容易實(shí)現(xiàn)體重有關(guān)鍵盤設(shè)置、顯示以及測量功能等。故本方案采用了以AT89s52單片機(jī)為核心的單片機(jī)習(xí)題完成對整個(gè)電路的控制。2.電流源部分在小電流輸出的電流源中，可采用晶體管構(gòu)成的鏡像電流源、微電流源等。本設(shè)計(jì)中要求的輸出電流為2002000mA，輸出電流較大，在實(shí)現(xiàn)方案上常用如下三中方案。方案一：以可調(diào)直流穩(wěn)壓電源為基礎(chǔ)，如圖1所示。當(dāng)R2固定時(shí)，可保證流過負(fù)載的電流恒定，通過調(diào)節(jié)R2的大小，即可以實(shí)現(xiàn)改變負(fù)載電流的目的。該方案可以輸出較大的電流，但難于實(shí)現(xiàn)數(shù)控要求。方案二：采用基于PWM控制的電流源，該方案采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過改變控制脈沖的占空比實(shí)現(xiàn)輸出電流的控制，該方案的有點(diǎn)是效率高，可輸出的電流大。但由于功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，因此交流紋波較高。方案三：采用基于運(yùn)算放大器和晶體管構(gòu)成的電流深度反饋電路。該方案在電路中引入了深度電流負(fù)反饋，因此可以保證輸出電流具有很高的穩(wěn)定性。電流源所需要的控制電壓由高精度D/A轉(zhuǎn)換器提供，易實(shí)現(xiàn)輸出電流的小步進(jìn)調(diào)節(jié)。該方案如圖2所示。綜合上述分析，電流源部分采用方案三。3.供電電源部分根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，需要一個(gè)具有20V電壓、2A以上電流輸出的電流電源，對電源沒有VinVoutRR2R1RlADJVin圖1可調(diào)穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)恒流源D/A轉(zhuǎn)換器帶有電流負(fù)反饋的直流電流源Vc單片機(jī)輸出Rl電源圖2電流負(fù)反饋的直流電流源特別的要求。本設(shè)計(jì)采用了機(jī)遇可調(diào)三端穩(wěn)壓器的線性直流穩(wěn)壓電源。綜上所述，整個(gè)系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖3所示。三、總體設(shè)計(jì)主要單元電路設(shè)計(jì)、分析與計(jì)算1、供電模塊線性電源雖然簡單，但在整個(gè)系統(tǒng)中有非常重要的作用。電路中在輸出端并聯(lián)了大電容、串聯(lián)了電感確保輸出電流紋波小。本電源先通過變壓器電壓變換隔離、橋式全波整流、電容濾波，再通過三端固定輸出集成穩(wěn)壓器產(chǎn)生穩(wěn)定電壓+12V、-12V、+5V、-5V，穩(wěn)壓器內(nèi)部電路由恒流源、基準(zhǔn)電壓、取樣電阻、比較放大、調(diào)整管、保護(hù)電路、溫度補(bǔ)償電路等組成，如圖4所示。為了改善紋波特性，在輸入端加接電容；為了改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，在輸出端加接電容。輸入電壓選擇原則是：VimaxViVo+2V。Vimax為產(chǎn)品允許的最大輸入電壓，Vo為輸出電壓，2V為最小輸出電壓。MCUAT89s52單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換電路I/V轉(zhuǎn)換電路輸出直流電源調(diào)整電路取樣電路A/D轉(zhuǎn)換電路液晶顯示電路鍵盤控制電路電源模塊圖3系統(tǒng)組成框圖圖4直流電源電路20V電壓、2A以上電流輸出的直流電源，我們采用LM338可變輸出穩(wěn)壓芯片。交流輸入經(jīng)過電容濾波后送到三端穩(wěn)壓集成電路LM338的Vin端，輸出端Vout=VREF(1+RW1/R1)+IADJR2。在LM338的ADJ短加一個(gè)接地濾波電容，會(huì)使紋波抑制比大幅提高，進(jìn)而提供非常穩(wěn)定的電源。2、數(shù)控模塊和測量模塊(1)鍵盤與顯示電路鍵盤顯示電路如圖5所示。用單片機(jī)作為這一控制系統(tǒng)的核心，單片機(jī)與鍵盤相連，采用4*4矩陣式鍵盤，用查詢方式，由鍵盤控制輸入電流值，同時(shí)也由鍵盤進(jìn)行控制其步進(jìn)調(diào)整功能。顯示器LCD選用JHD1602-B，具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)四條數(shù)據(jù)線與其相連，數(shù)據(jù)分兩次傳送；兩條控制線E、R/S控制LCD的顯示。圖5（1）4*4的矩陣鍵盤連接到P1口圖5（2）LCD1602顯示電路，數(shù)據(jù)口連接到P2口，1602的控制口由P3.3P3.5控制(2)D/A、A/D機(jī)器接口電路1、根基題目要求輸出電流范圍為202000mA、步進(jìn)10mA，需要至少198個(gè)狀態(tài)，2n198，n8，為了達(dá)到系統(tǒng)的控制精度，選取8位D/A。具體電路接口如圖5所示。D/A轉(zhuǎn)換器選用DAC0832，它是并行輸入可編程雙路8位D/A轉(zhuǎn)換器。該器件僅有20個(gè)引腳，本系統(tǒng)采用DAC0832的直通工作方式。AT89s52單片機(jī)控制它只需要9個(gè)引腳，分別是8個(gè)數(shù)據(jù)口和一個(gè)片選端，非常方便。+5V單電源工作。選典型參考電壓+5V，輸出電壓公式為：V0=VREF(n/256)其輸出電壓范圍為：05V。圖6DAC0832與MCU的連接電路電路說明：單片機(jī)執(zhí)行指令dac0832=P0（dac0832為DAC0832的地址）時(shí)在A產(chǎn)生一個(gè)地址鎖存信號，將P0口的數(shù)據(jù)輸出到DAC0832的輸入端，由于DAC0832是采用直通的方式對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，故執(zhí)行完該指令后直接將P0口給定的數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于DAC0832輸出的是電流，且內(nèi)部自帶反饋電阻，故在其輸出端采用LM358對電流轉(zhuǎn)換