恒流源开题报告.doc

沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目： 基于单片机的恒流源设计 学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 电子信息工程 0701班 学生姓名： 曲 艺 超 指导教师： 朱 建 光 年 月 日一 课题研究的目的和意义1. 课题研究的目的和意义 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用。整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使设计的直流稳压电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/ A 转换电路、直流稳压电路等几部分组成,直流稳压电源是最常用的仪器设备, 在科研及实验中都是必不可少的。数控电源采用按键盘，可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置, 输出由单片机通过D/A,控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机控制, 单片机通过A/D 采样输出电压, 与设定值进行比较, 若有偏差则调整输出, 越限则输出报警信号并截流。工作过程中, 稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态) 均由单片机输出驱动LED显示, 由键盘控制进行动态逻辑切换。当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流源方面特别是数控恒流源的技术菜刚刚起步有待发展，高性能的数控横流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。数控直流恒流源系统输出电流稳定，不随负载和环境变化，并且有很高的精度，输出电流误差范围很小，输出电流可在一定范围内任意设定，因而可实际应用于需要稳定度小功率横流源的领域。二 课题研究的主要任务和预期目标1.主要任务及目标 设计制作一个可控的数字恒流源，输入电压为220V，50HZ，输出电压24V。研究其步进最小值的设计方法，减小载波电流的方法，以单片机为核心，配以必要的外围电路来实现。2.预期目标 .电流输出范围在2002000mA .可以设定电流的输出值 .具有调节功能 .设计出电路原理图，编写相应的程序三 设计方案与论证1.方案设计方案一:通过编码开关来控制存储器的地址,根据地址输出对应的数字量送数模（D/A）进行转换,再根据输出的电压量来控制电流的变化,同时,通过四个编码开关的BCD码送给数码管显，系统框图如图3.1所示。 图3.1方案二:此方案采用EPROM和D/A转换器等数字器件完成的控制。使用计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其输出作为EOROM的地址输入，而由EPROM得输出经D/A变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进。但由于此方案使用开环控制策略，电路简单，成本低，对最后的输出结果不能进寻根建好的调整和修正，使得输出电流精度不高，且控制数据烧录在EPROM中，使系统设计灵活降低，子适应能力差。系统框图如图3.2所示。图3.2方案三:以单片机为核心构建控制器，通过对电流值进行预置，单片机输出相应数字信号，经过D/A转换、信号放大、电平转换、压控恒流源，输出电信号。实际输出的电流再利用精密采样电阻转换成电压信号，经过高输入阻抗差动放大器、D/A转换，将信号反馈到单片机中，再将输出反馈信号与设定值比较，送出调整信号，最后输出新的电流值，这样就形成了闭环调节，锁定输出电流，提高了输出电流的精度和稳定度。本方案采用单片机进行控制、显示、预置，使得系统灵活方便，电流输出精度和稳定度较高。系统框图如图3.3所示。图3.32.方案论证与确定方案一:此方案的优点是电路简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限，而且编码开关不稳定，实际操作结果不能很理想，所以不宜采用。方案二:采用恒流二极管或者恒流三极管，精度比较高，但这种电路能实现的恒流源范围很小，只能达到几十毫安，不能达到设计的要求，故不采用。方案三:采用四端可调恒流源，这种器件考改变外围电阻元件参数，从而使电流达到可调的目的，这种器件能够满足20-2000毫安的电流输出要求。改变输出电流，通常有两种方法：一是通过手动调节来改变输出电流，这种方法不能满足数控调节的要求；二是通过数字电位器来改变需要的电阻参数，可以达到数控的目的.方案确定:方案三的设计是采用以单片机为核心构建器，通过键盘对电流值进行预置或按键逐步微调，单片机输出相应的数字信号，经过D/A转换、信号放大、压控恒流源，输出电流信号。实际输出的电压值利用精密电阻进行分析采样后，经过高输入阻抗放大器构成的电压跟随器、D/A转换，将信号反馈到单片机，将输出反馈信号再与预置限流值比较，构成实时监控的功能。因为在电流源方案中大功率三极管采用了场效应管，而且采样电阻使用了基本上没有温漂的康铜丝作为采样电阻，从而使整个系统工作在最佳状态。即使不用对输出电流进行采样形成闭环控制回路也可以达到预期的目的。恒流源模块的选择:运放的反相端输入端与输出端同样采用负反馈电路，但是由于在反馈电路中加入了可调电阻，使得取样电阻上的电流可以微调，实现输出电流与理论值相同，大大提高了输出电流的精度，又由于运放的同相输入端的信号来自与数模转换模块的运放输出，稳定度很高。系统原理图如图3.4所示。图中输出端取样电阻为1大功率电阻，康铜丝具有功率大，受热情况下其阻值改变不大，所以采用康铜丝代替。图3.4四 软件设计1.主程序模块主程序负责与各子程序模块的接口和检查键盘功能,框图如图4.1开始初始化调用闭环比较子程序D/A子程序A/D子程序取键号是设置键是+键是-键调用电流设定子程序调用电流加1子程序调用电流减1子程序YYYNNN图4.1 主程序流程框图2. 闭环比较子程序模块NN保护现场实际设定（结果为负）置负标志位并求补码差值大于4负标志位为/入口数+差值把结果装入/入口地址恢复现场返回双字节二进制数转换为BCD码调用拆字程序将实际值装入显示暂存/入口数-差值NYYY通过调用闭环比较子程序得出实际值与设定值的差值，如果是实际值大于设定值则将原来的/的入口数值减去这个差值再送去D/A转换，如果是实际值小于设定值则把原来的/的入口数值加上这个差值再送去转换。如果输出值与设定值仍然不一致，再将差值和设定值相加送D/A转换，以逐步逼近的形式使实际值和设定值相一致后通过LED把稳定的实际值显示出来。图4.2闭环比较子程序模块框图3.电流设置子程序模块通过键盘设置电流的大小，因为本系统最大输出电流是2000m，所以该子程序兼有电流设置合法性，也就是说设置电流不能大于2000m，框图如图4.3。保护现场取键号键号小于10电流千位位0刷新显示缓冲区显示暂存指针加1清空键号暂存循环次数减1循环次数到恢复现场返回送2000给显示缓冲区键号等于2键号大于2置电流千位位NNNNNYYYYY图4.3电流子程序流程框图4.键盘中断子程序模块本系统采用外部中断1来实现实时扫描，使程序及时响应按键请求而无需顾虑其它程序模块运行情况，框图如图4.4.键盘中断保护现场消抖延时有键按下求取键号恢复现场中断返回 图4.4 键盘中断模块框图5. 显示中断子程序模块本系统采用定时中断0来实现逐位动态显示，每位显示间隔固定为2ms，使LED输示非常稳定，无法考虑定时刷新显示，使得该显示子程序简单灵活，适用性广，框图如图4.5。显示中断保护现场送显示显示暂存指针加1显示完八位清空显示指针恢复现场中断返回 图4.5 显示中断子程序流程框图6.设计的不足与出现的问题 设计中缺少了过压报警装置。为了使本数控直流电流源进一步智能化，考虑到题目要求输出电压不大于24V，因此系统测试部分应该设计一个过压报警电路，用于对电压的实时监测，一旦有过压现象，控制器响应后会发出报警控制信号。五 课题进度安排1、 第一周：熟悉课题、查找资料2、 第二周：查找资料、外文翻译3、 第三周：方案论证、开题报告4、 第四周：完成开题报告5、 第五周：硬件电路设计、采样电路设计6、 第六周：单片机选取及外围电路设计7、 第七周：反馈电路设计8、 第八周：键盘、显示电路设计9、 第九周：恒流源器件设计10、 第十周：画电路原理图11、 第十一周：编写控制程序12、 第十二周：编写采样程序13、 第十三周：编写D/A程序14、 第十四周：编写键盘显示程序15、 第十五周：程序合成、整理资料16、 第十六周：整理资料、撰写论文17、 第十七周：修改论文、准备答辩参考文献【1】 阎石 数字电子技术基础 高教出版社 2004年【2】 童诗白、华成英 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2003年【3】 胡汉才单片机原理及接口技术 北京清华大学出版社 2004.1【4】 何燕飞 恒流源综述 益阳师专学报 2002.11 【5】 付启刚 吴九辅 串行A/D转换器的应用 现代电子技术 2004年【6】 邵康、周静、高自强 高精度数控直流恒流源的设计无锡轻工大 学学报1997.（1）：1-4【7】 曲学基、王增福、曲敬铠 稳定电源实用电路选编 北京电子工业 出版社【8】 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程（模拟电子线路设 计）北京电子工业出版社，2007.5 【9】 刘树棠、朱茂林、荣玫译 基于运算放大器和模拟集成电路的电路 设计西安交通大学出版社,2009.2【10】 湖南大学电气与信息工程学院 仪器仪表学报2008.12 第29卷 第12期【11】 南京航天航空大学 电力电子技术2009.07 第43卷第7期 【12】 宋亮 基于DAC7512的数字恒流源设计 电子设计工程 2010.12【13】 Wei Yongqin,Gao Jianfeng.Artful design of a constant current source circuit.college of Infor. & Elec. Eng, SUST, Qingdao266510 , China【14】 HE Yan-fei. Constant Current Source Analysis. Department of Physics and Electronic Science,Hunan City University, Yiyang, Hunan 413049,China【15】 邓亚诺、余宁梅 电子器件 西安理工大学 电子工程系 2005.12 第28卷 第4期指导教师评语： 指导教师签字：年 月 日方案确定:方案三的设计是采用以单片机为核心构建器，通过键盘对电流值进行预置或按键逐步微调，单片机输出相应的数字信号，经过D/A转换、信号放大、压控恒流源，输出电流信号。实际输出的电压值利用精密电阻进行分析采样后，经过高输入阻抗放大器构成的电压跟随器、D/A转换，将信号反馈到单片机，将输出反馈信号再与预置限流值比较，构成实时监控的功能。因为在电流源方案中大功率三极管采用了场效应管，而且采样电阻使用了