数控直流电源

数控直流电源摘 要基于操作简单，性能稳定，实用性强的目的，采用智能芯片设计的数控直流电流源系统，可预置和显示输出电流，并具有输出电流大、控制精度高、使用范围广等特点。选用高质量的可控稳压集成芯片，完成恒流功能，并且设计输出恒流范围20mA2000mA,具有步进调整功能，最小步进率为1mA,可预置电流给定值或改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，输出电流变化的绝对值给定值的1%+10mA.Abstract Based on the purpose of easy operation, stable performance and strong practicability, we designed the digital control direct current source, it can be input the data beforehand and displayed the output current. Besides, it has the following characters such as large output current value, high control precision and wide use. In order to make current invariable, the system adopts high quality regulated voltage integrated chip to design. And it has the following characters: the output current value range from 20mA to 2000mA, the smallest step gain is 1mA, output current can be input beforehand and displayed it further. 一、方案论证与比较方案一：使用一套计数器完成系统控制功能，一方面完成电流的译码功能，另一方面其输出作为EPROM的地址输入，而由EPROM的输出经D/A变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进，但由于控制数据烧录在EPROM中，使系统设计灵活性降低。步进加步进减十进制计数器译码显示EPROMD/A转换误差放大电流预置电源电路调整单元 图1方案二：单片机通过PWM信号控制恒流源,原理图如图（2）所示。将D/A部分去掉。单片机产生PWM信号较难，所以我们没有选择此方案。键盘显示器接口89c51单片机电流预置D/A转换恒流源A/D转换电流检测电 源数码显示键 盘 图2方案三：通过D/A转换控制恒流源原理图如图2所示。方案三中采用了89C51单片机进行控制部分的功能，同时，89C51作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。AT89C51单片机是一个低功耗、高性能，还采用了键盘/显示器接口控制器8279。不仅简化接口引线，而且减小了软件对键盘/显示器的查询时间，提高了CPU的利用率。二、系统设置与总体流程根据题目的要求，经过仔细分析，充分考虑各种因素，制定了整体的设计方案：使用LM7805自制稳压电源，以单片机89C52为检测控制显示单元，完成处理键盘数据，控制LED显示的功能，使用LM324、LM78H15等专用集成芯片完成恒流功能。 交流220V电压经LM7805稳压后输出15V 控制数据和控制要求都可由键盘输入； 控制数据可进入单片机显示预置值 经D/A转换后，控制电压输出到放大电路并且调节放大电路，使放大电路产生相应的变化，改变放大增益，使之输出恒流源 经A/D574变换后，送入单片机，A/D数字信号经单片机处理后，输出到数码管，显示输出电流有效值。 单片机外围与DAC0832相连，实现将CUP输送的预置数字大小转换成对应的控制电压； 采用A/D574，将整流器整流后的模拟电压信号转换成相应的数字信号； 具体流程图见图（2）三、各功能模块：1、电源部分按题目要求，设计了能输出15V3A直流的稳压电源，其工作原理图如图3所示。这部分电路较为简单，采用常见的电路，包括变压器降压、桥式整流、电容滤波、三端稳压集成电路稳压环节。 图32、主电路恒流源部分的设计：这部分电路中的主要元件为集成稳压芯片LM338，但该芯片在这里是用于可控制电流输出，其基本原理是：对该芯片的调整端ADJ实施数字化控制，结合由运算放大器组成的检测转换、误差放大、输出控制构成闭环自动调节电路，实现了不同直流电流输出的数控恒流源功能。电路原理图见图4，其中由放大器A1及一些元件组成电流检测放大电路，它是一般的同相比例放大电路，A2及其周边元件组成了比例差分放大电路，它的两路输入信号分别为单片机预置信号和流过负载的当前电流的电流信号，其比较结果作为LM338的控制信号，使LM338输出稳定的电流给负载RL。由A3及其周边元件组成了A/D放大电路对其信号进行转换后提供给单片机，作为电流读出信号，在数码管上显示。以上各单元电路中最重要的是A2部分的电路，恒流源的范围为200-2000MA采样电阻为0.15可得A1的输入为0.03-0.3V,经A1放大后输出为0.1-1V，作为A2的一路输入，设单片机输入的信号为0.5-5V,A1输出的电压为0.1-1V，经A2后输出为0.9-9V，控制LM338。图43、控制部分控制部分以AT89C52单片机为核心，一片0832D/A转换和一片574A/D转换及LED数码管组成。增益预置值通过键盘输入之后，经过单片机运算后送至D/A转换器转换成05V的控制电压。具体是将键入的值乘以256再除以1800得到与0-5V相对应的代码（0V对应00H；5V对应FFH）送入运放的一个输入端，控制恒流源，输出值送入A/D具体是将采样的值减去800H乘以1800除以800H再加上200将结果送入P1输出显示。四、软件设计1软件流程程序采用汇编语言来编写 2源程序（略）五、调试：电路的调试采用分级调试方式，即按照信号流程一级一级调试，再统试。由于数字电路部分中要设计和接线正确，一般不会出现什么问题（设计/接线部分故障在分级调试阶段即可解决），故主要调试集中在模拟电路部分。稳压调节部分的调试，空载时，测得电压是稳定的，加5-50欧负载后，调节负载，使输出电流稳定。恒流源部分的调试，手动调节输入电压，负载接入可变线绕阻调节控制部分的调试：先不接放大部分，调试控制部分，使D/A0832输出0.55V电压正常。再用一电压加到A/D574的输入端，调整使电压显示正常。然后接上放大部分进行调试。采用先分别测试单个单元模块，调试通过后再进行整机调试的方法，很好的提高了调试效率。测试仪器：数字电压表、高精度多量程直流电流表、滑线式变阻器数据分析：预置值实际显示值2003213004224005225005766006917007798008209009431000994110011221200125313001321140013851500147016001551170016721800174819001816六、使用方法各按键的功能：09数字键； MON为复位键；A为数据设定键B为执行键C为步进递增10mAD为步进递减10 mA；E为步进递增1 mA；F为步进递减1 mA；键盘按键分布如图所示：BCmADEFF1/LSMON6789AF2/NX012345EXEC按下“复位”键后可显示00-9为数字键，按下后可显示相应数字按“置数”键后可进行置数,结果在前四个数码管上显示，按执行键后可在后四个数码管上显示结果按“10”mA、“1mA”做相应的操作七、作品完成情况在此设计中，我们实现了基本要求的1、2、3、4、5、6。即自制稳压电源输出15V，并且输出电流在200mA2000mA的范围内变化，并可设置和显示输出电流给定值，实现了输出电流与给定值偏差的绝对值给定值的110 mA，并具有“”“”步进调整功能，步进10 mA，通过改变电阻值，输出电压在10V以内变化输出电流变化的绝对值输出值的1%+10mA;（即已经实现）。在发挥的部分，我们实现了要求的1、3和要求2的前半部分，实现了步进1mA的功能，同时显示电流的给定值和实测值，也保证了输出电压在10V内电流的变化的误差值满足发挥部分的要求。八、总结与思考经过四天的努力拼搏，紧张的电子设计大赛结束了，在此次大赛设计中我们完成了题目的基本要求和扩展要求的部分内容。