數(shù)控直流電流源的設(shè)計

1、精品資料推薦數(shù)控直流電流源的設(shè)計1 設(shè)計思路本設(shè)計以ATmegal6L為核心，通過A/D、D/A轉(zhuǎn)換、V/I轉(zhuǎn)換及獨特的算法實 現(xiàn)高精度的，電流輸出范圍為20mA2000mA的數(shù)控直流電流源。該電流源具有 電流可預(yù)置，1mA步進(jìn)，同時顯示給定值和實測值等功能。2.方案設(shè)計2. 1控制器模塊方案利用ATmegal6L單片機(jī)將電流步進(jìn)值或設(shè)定值通過換算山D/A轉(zhuǎn)換，驅(qū)動壓控 恒流源電路實現(xiàn)電流輸出。輸岀電流經(jīng)處理電路，作A/D轉(zhuǎn)換反饋到單片機(jī)系統(tǒng)， 通過補(bǔ)償算法調(diào)整電流的輸出，以此提高輸出的精度和穩(wěn)定性。D/A轉(zhuǎn)換器選用12 位優(yōu)質(zhì)D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5618,直接輸出電圧值，且其輸出電壓能達(dá)到參

2、考電壓 的兩倍，A/D轉(zhuǎn)換器選用高精度16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7705o2. 2顯示器模塊方案采用19264D漢字圖形點陣液晶顯示模塊同時顯示電流給定值和實測值。使 用LCD顯示。LCD具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示漢字?jǐn)?shù)字，分辨率高， 抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，且設(shè)計簡單等特點。2. 3鍵盤模塊方案采用標(biāo)準(zhǔn)4X4鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當(dāng)按鍵較 多時可降低占用單片機(jī)的I/O 口數(shù)，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進(jìn)。2. 4壓控電流源模塊方案精密壓控電流源是本數(shù)控電流源的關(guān)鍵之所在，針對設(shè)計要求和使用需求、 結(jié)合設(shè)計思路，精密電流源模塊必須具備以下指標(biāo):紋波小于2mA,

3、誤差小于0. 1%, 具有低的輸出失調(diào)?；诜€(wěn)定性要求和以上考慮，電流源電路選擇了經(jīng)典的壓控 電流源電路，它負(fù)責(zé)與后級擴(kuò)流模塊連接，用電壓控制后者，而使用電流反饋， 這樣可以保證有足夠高的精度。該部分采用了高性能、低溫漂、低失調(diào)的運算放 大器OP77和精密元件組成，保證性能指標(biāo)的良好發(fā)揮。2. 5擴(kuò)流模塊方案為了克服傳統(tǒng)擴(kuò)流電路在高精度、高穩(wěn)定性要求下的缺陷，追求一種精度 高、穩(wěn)定性好、對前級影響小的擴(kuò)流電路，受到S類功率放大器的啟發(fā)，本設(shè)計 率先把S類放大器優(yōu)秀的電壓跟隨器原理引入電流源電路之中。2. 6電源模塊方案系統(tǒng)需要多個電源，單片機(jī)、A/D、D/A、使用5V穩(wěn)壓電源，運放需要

4、7;12V 穩(wěn)壓電源，同時題LI要求最高輸出電流為2000mA,電源需為系統(tǒng)提供足夠大的 穩(wěn)定電流。綜上所述，采用三端穩(wěn)壓集成7805、7812、7912分別得到+5V和土12V的穩(wěn)定電壓，利用該方法實現(xiàn)的電源電路簡單，工作穩(wěn)定可鼎。2. 7總設(shè)計流程圖圖1 總的設(shè)計原理框圖3.單元電路設(shè)計3. 1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計采用ATmegal6L為控制模塊核心。其單片機(jī)最小系統(tǒng)簡單，容易制作PCB, 算術(shù)功能強(qiáng)，軟件編程靈活、可以通過JTAG調(diào)試接口將程序快速下載到芯片， 方便的實現(xiàn)程序的更新，自山度大，較好的發(fā)揮C語言的靈活性，可用編程實現(xiàn) 各種算法和邏輯控制，同時其具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成

5、本低等優(yōu)點。在本設(shè)計系統(tǒng)中的主要作用是：通過鍵盤模塊輸入給定的電流值或是步進(jìn)調(diào) 整信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)在接受到信號后進(jìn)行處理運算，并顯示其給定的電 流值，然后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換以輸出電壓，驅(qū)動壓控電流源電路實現(xiàn)電流輸出，并將采 樣電阻上的電流經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)系統(tǒng)，通過補(bǔ)償算法進(jìn)行數(shù)值補(bǔ)償處理, 調(diào)整電流輸岀，并驅(qū)動顯示器顯示當(dāng)前的電流值。其電路如圖2所示： ui- ADU OCO 卷 SS 5 ftSCKCDB5 -rxq打DB1TXT彩DB2 -DB.i INTI莖DB； OC：矇DB5OC哮DB5 TCP 瞪DB7 - - - OC雀:ixdc孫： * T * AINC g PBOC

6、XCKJO)PB1 (Tl)PB2(AIN0.INT2)PBS (AKI OCO)PB4(SS)PBi (MOSI)PB6QvaSO)(SCK)PDO(RXD)PD1CTXD)PD20NTO)PD5ONTD PD4(OC1B) PD5 (OC1A) PD6dCP) PD" (OC2)hgCR 咤 rbset M)pr I I I 二 _ .：912-ii：; is - C7： I XTAL2XT.U1 AiTmecs/L，弦 A PAOCADCO) ?A1 (ADC1) PA2(ADC2) PAS (ADCS) PA4(ADC4) ?A5(ADC5) PA6(ADC6) PA7(AD

7、C7)PCO(SCL)PCI (SDA)PC2(TCK) PC3 (TN1S)PC4(TDO)PC5(TDD PC6CTOSCD PC7 (TOSC2)VCCAVCCAREF7 6VCC5-.22 5CL -3 - 1 2 3 d j 6 7 9 丙S SDA<21 TCK -TMS-"5 TOO，專RLTOSC l型 TOSC2 VCC10；Q AVCC CS:SCL. . :;bour7 DRD:;&:dinF":;k：LK4"L1GNDGNDzvxy_ 4 (kun=C4 -二半 cio,O.luF 二二：OiuF * O.luF : :;:-

8、ra-|l,r:：.：03：.：圖2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3. 2鍵盤電路設(shè)計在本設(shè)計中，使用標(biāo)準(zhǔn)的4x4鍵盤，可以實現(xiàn)09數(shù)字輸入,“ + ”、“-”、“設(shè)置”。 其電路如圖3所示：4氣7Y.YHTK2逹K£遠(yuǎn):圖3鍵盤的電路圖3. 3液晶顯示器電路設(shè)計本設(shè)計采用RT19264D STN型漢字圖形點陣液晶顯示模塊，與單片機(jī)接口采 用8位并行接法，用于顯示設(shè)定值與當(dāng)前測量值。其電路如圖4所示：3. 4. A/D與D/A轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器選用雙通道16位AD轉(zhuǎn)換器AD7705o其串行數(shù)據(jù)接口包括5個: 片選輸入口，串行施密特邏輯輸入時鐘SCLK,數(shù)據(jù)輸入口 DIN,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出

9、口 DOUT,指示數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒的狀態(tài)信號輸出口。對于D/A轉(zhuǎn)換器，山于設(shè)計基 本要求，電流的輸出范圍為20mA2000mA,將最高輸出電流2000mA進(jìn)行十進(jìn)制 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換有：(2OOO)1o=(11111O1OOOO)2,要滿足步進(jìn)為1mA的要求，需選用十二位的D/A轉(zhuǎn)換器，TLC5618是較好的選擇。其電路如圖3所示:圖5 A/D與D/A轉(zhuǎn)換器電路圖3. 5.壓控電流源電路設(shè)計通過該電路把電爪轉(zhuǎn)換成恒定電流輸出。其電路如圖6所示:舊WW4般3. 6.擴(kuò)流單元電路設(shè)計其電路圖如圖7所示:T 8LM3 886TF1 WVz R7* | R4 . R5-+12 -123_ 6 .N1UT 4-V4-VCC V NN "eg -XZGr-T: nupL - nnw圖7擴(kuò)流單元電路圖3. 7穩(wěn)壓電源電路設(shè)計在本設(shè)計中,運放需±12V供電，單片機(jī)和A/D、D/A需5V供電，采用三端穩(wěn)壓 器7805、7812、7912構(gòu)成一穩(wěn)壓電源。電路如圖8所示：圖8穩(wěn)圧電源電路圖4.小結(jié)本系統(tǒng)以單片機(jī)ATmegalGL為核心部件，利用A/D進(jìn)行數(shù)值采集，D/A補(bǔ)償 等技術(shù)結(jié)合并配合補(bǔ)償算法實現(xiàn)了題口中要求的精度。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，力求 硬件電路參數(shù)合理，線路簡單，發(fā)揮軟件編程靈活的特點，可以通