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数控直流电流源实践设计文档.doc

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数控直流电流源实践设计文档.doc

电子综合实践设计文档选题数控直流电流源组员指导老师目录一、设计任务与要求3一、任务3二、要求31、基本要求32、发挥部分3三、说明4二、总体设计方案4一、方案比较、设计与论证41数控模块42电流源部分43供电电源部分5三、总体设计6主要单元电路设计、分析与计算61、供电模块62、数控模块和测量模块73、A/D转换器ADC0809接口94、恒流源模块115、软件设计121、软件流程图122、软件模块分析12四、系统测试及整机指标14五、总结与心得14六、参考文献15附录1主要软件清单151、端口、地址初始化152、按键处理函数163、INT0中断初始化及中断函数18附录2总原理图19附录3元器件清单20一、设计任务与要求一、任务设计并制作数控直流电流源。输入交流200~240V,50HZ;输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。二、要求1、基本要求(1)输出电流范围200MA~2000MA;(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≤给定值的1%10MA;(3)具有“”、“”步进调整功能,步进≤10MA;(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≤输出电流值的1%10MA;(5)纹波电流≤2MA;(6)自制电源。2、发挥部分(1)输出电流范围为20MA~2000MA,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,测量误差的绝对值≤测量值的01%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≤输出电流值的01%1MA;(4)纹波电流≤02MA;(5)其他。键盘控制器电流源负载显示器电源三、说明1、需留出输出电流和电压测量端子;2、输出电流可用高精度电流表测量;如果没有高精度电流表,可在采样电阻上测量电压换算成电流;3、纹波电流的测量可用低频毫伏表测量输出纹波电压,换算成纹波电流。二、总体设计方案一、方案比较、设计与论证根据题目要求,数控直流电源应该包括如下模块电流源模块、测量模块、供电模块和数控模块等。1数控模块数控模块可采用传统逻辑电路组成,如采用数字电路和FPGA门阵列等,也可以采用单片机系统。单片机系统具有灵活的接口和在线编程能力,容易实现体重有关键盘设置、显示以及测量功能等。故本方案采用了以AT89S52单片机为核心的单片机习题完成对整个电路的控制。2电流源部分在小电流输出的电流源中,可采用晶体管构成的镜像电流源、微电流源等。本设计中要求的输出电流为2002000MA,输出电流较大,在实现方案上常用如下三中方案。方案一以可调直流稳压电源为基础,如图1所示。当R2固定时,可保证流过负载的电流恒定,通过调节R2的大小,即可以实现改变负载电流的目的。该方案可以输出较大的电流,但难于实现数控要求。方案二采用基于PWM控制的电流源,该方案采用脉冲宽度调制技术,通过改变控制脉冲的占空比实现输出电流的控制,该方案的有点是效率高,可输出的电流大。但由于功率管工作在开关状态,因此交流纹波较高。方案三采用基于运算放大器和晶体管构成的电流深度反馈电路。该方案在电路中引入了深度电流负反馈,因此可以保证输出电流具有很高的稳定性。电流源所需要的控制电压由高精度D/A转换器提供,易实现输出电流的小步进调节。该方案如图2所示。综合上述分析,电流源部分采用方案三。3供电电源部分根据设计的要求,需要一个具有20V电压、2A以上电流输出的电流电源,对电源没有VINVOUTRR2R1RLADJVIN图1可调稳压管实现恒流源D/A转换器带有电流负反馈的直流电流源VC单片机输出RL电源图2电流负反馈的直流电流源特别的要求。本设计采用了机遇可调三端稳压器的线性直流稳压电源。综上所述,整个系统的硬件组成框图如图3所示。三、总体设计主要单元电路设计、分析与计算1、供电模块线性电源虽然简单,但在整个系统中有非常重要的作用。电路中在输出端并联了大电容、串联了电感确保输出电流纹波小。本电源先通过变压器电压变换隔离、桥式全波整流、电容滤波,再通过三端固定输出集成稳压器产生稳定电压12V、12V、5V、5V,稳压器内部电路由恒流源、基准电压、取样电阻、比较放大、调整管、保护电路、温度补偿电路等组成,如图4所示。为了改善纹波特性,在输入端加接电容;为了改善负载的瞬态响应,在输出端加接电容。输入电压选择原则是VIMAXVIVO2V。VIMAX为产品允许的最大输入电压,VO为输出电压,2V为最小输出电压。MCUAT89S52单片机D/A转换电路I/V转换电路输出直流电源调整电路取样电路A/D转换电路液晶显示电路键盘控制电路电源模块图3系统组成框图图4直流电源电路20V电压、2A以上电流输出的直流电源,我们采用LM338可变输出稳压芯片。交流输入经过电容滤波后送到三端稳压集成电路LM338的VIN端,输出端VOUTVREF1RW1/R1IADJR2。在LM338的ADJ短加一个接地滤波电容,会使纹波抑制比大幅提高,进而提供非常稳定的电源。2、数控模块和测量模块1键盘与显示电路键盘显示电路如图5所示。用单片机作为这一控制系统的核心,单片机与键盘相连,采用44矩阵式键盘,用查询方式,由键盘控制输入电流值,同时也由键盘进行控制其步进调整功能。显示器LCD选用JHD1602B,具有体积小、质量轻、功耗低等优点,单片机四条数据线与其相连,数据分两次传送;两条控制线E、R/S控制LCD的显示。图5(1)44的矩阵键盘连接到P1口图5(2)LCD1602显示电路,数据口连接到P2口,1602的控制口由P33P35控制2D/A、A/D机器接口电路1、根基题目要求输出电流范围为202000MA、步进10MA,需要至少198个状态,2N198,N≥8,为了达到系统的控制精度,选取8位D/A。具体电路接口如图5所示。D/A转换器选用DAC0832,它是并行输入可编程双路8位D/A转换器。该器件仅有20个引脚,本系统采用DAC0832的直通工作方式。AT89S52单片机控制它只需要9个引脚,分别是8个数据口和一个片选端,非常方便。5V单电源工作。选典型参考电压5V,输出电压公式为V0VREFN/256其输出电压范围为05V。图6DAC0832与MCU的连接电路电路说明单片机执行指令DAC0832P0(DAC0832为DAC0832的地址)时在ALE产生一个地址锁存信号,将P0口的数据输出到DAC0832的输入端,由于DAC0832是采用直通的方式对输入的数据进行转换,故执行完该指令后直接将P0口给定的数字量进行转换,由于DAC0832输出的是电流,且内部自带反馈电阻,故在其输出端采用LM358对电流转换成电压信号并进行放大,放大后的信号直接控制恒流源电路使其输出指定恒定的电流值。3、A/D转换器ADC0809接口ADC0809由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成,其逻辑框图如图6所示图7ADC0809逻辑框图

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