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200240V，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：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)，测量误差的绝对值测量值的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输出电流值的0.1+1mA；（4）纹波电流0.2mA；（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：VimaxViVo+2V。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Vout=VREF(1+RW1/R1)+IADJR2。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4*4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JHD1602-B，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）4*4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P3.3P3.5控制(2)D/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，n8，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：V0=VREF(n/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dac0832=P0（dac0832为DAC0832的地址）时在A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