數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)

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1、測(cè)控電路設(shè)計(jì)專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)：08050343X15姓名：趙飛學(xué)號(hào)：46數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)思路通過鍵盤模塊輸入給定的電流值或是步進(jìn)調(diào)整信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)在接受到信號(hào)后進(jìn)行處理運(yùn)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(dòng)恒流源電路實(shí)現(xiàn)電流輸出，并將采樣電阻上的電壓經(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)整電流輸出，并驅(qū)動(dòng)顯示器顯示當(dāng)前的電流值。2方案設(shè)計(jì)經(jīng)初步分析設(shè)計(jì)要求，得出總體電路由以下幾部分組成：電源模塊，控制模塊（包括AD、DA轉(zhuǎn)換）恒流源模塊，鍵盤模塊，顯

2、示模塊。以下就各電路模塊給出設(shè)計(jì)方案。2.1控制部分方案15采用單片機(jī)作為控制模塊核心。單片機(jī)最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單，容易制作PCB，算術(shù)功能強(qiáng)，軟件編程靈活、可以通過ISP方式將程序快速下載到芯片，方便的實(shí)現(xiàn)程序的更新，自由度大，較好的發(fā)揮C語言的靈活性，可用編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，同時(shí)其具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)。利用STC89C52單片機(jī)將電流步進(jìn)值或設(shè)定值通過換算由D/A轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)恒流源電路實(shí)現(xiàn)電流輸出。輸出電流經(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

3、。在器件的選取中，D/A轉(zhuǎn)換器選用12位優(yōu)質(zhì)D/A轉(zhuǎn)換芯片TLV5618，直接輸出電壓值，且其輸出電壓能達(dá)到參考電壓的兩倍，A/D轉(zhuǎn)換器選用高精度12數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7816。.2.2恒流源模塊設(shè)計(jì)方案采用集成運(yùn)放的線性恒流源該恒流源輸出的電流與負(fù)載無關(guān),通過使用兩塊構(gòu)成比較放大環(huán)節(jié)，功率管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)，利用晶體管平坦的輸出特性和深度的負(fù)反饋電路可以得到穩(wěn)定的恒流輸出和高輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)了電壓—電流轉(zhuǎn)換。其原理框圖如圖1所示。圖1集成運(yùn)放構(gòu)成的恒流源框圖2.3顯示模塊設(shè)計(jì)方案使用LCD顯示。LCD具有輕薄短小，可視面積大，方

4、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(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。故采用12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊同時(shí)顯示電流給定值和實(shí)測(cè)值。2.4鍵盤模塊設(shè)計(jì)方案15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(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進(jìn)。方便進(jìn)行擴(kuò)展。2.5電壓源模塊設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)需要多個(gè)電源，單片機(jī)、A/D、D/A使用+5V穩(wěn)壓電源，運(yùn)放需要±18V穩(wěn)壓電源，同時(shí)題目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7

5、805、78H15、79H15分別得+5V和±12V的穩(wěn)定電壓，78H、79H系列穩(wěn)壓器輸出電流可以達(dá)到5A，能為系統(tǒng)提供足夠大的穩(wěn)定電流。利用該方法實(shí)現(xiàn)的電源電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠。3系統(tǒng)組成經(jīng)過方案比較與論證，最終確定系統(tǒng)的組成框圖如圖2所示。ST89C52單片機(jī)系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換12864液晶顯示器恒流源穩(wěn)壓電源負(fù)載V/I轉(zhuǎn)換DA轉(zhuǎn)換4*4鍵盤15圖2系統(tǒng)組成框圖4單元電路的設(shè)計(jì)4.1控制模塊電路設(shè)計(jì)4.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)通過鍵盤模塊輸入給定的電流值或是步進(jìn)調(diào)整信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)在接受到信號(hào)后進(jìn)行處理運(yùn)算，并顯示其

6、給定的電流值，然后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換以輸出電壓，驅(qū)動(dòng)恒流源電路實(shí)現(xiàn)電流輸出，并將采樣電阻上的電壓經(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)整電流輸出，并驅(qū)動(dòng)顯示器顯示當(dāng)前的電流值。最小系統(tǒng)的核心為STC89C52，為了方便單片機(jī)引腳的使用，我們將單片機(jī)的引腳用接口引出，電路如圖3所示：P0口和P3.0～P3.3是LCD接口；P1口作為A/D與D/A轉(zhuǎn)換接口；P2口為鍵盤接口。15圖3最小系統(tǒng)原理圖4.2D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)基本要求，電流的輸出范圍為20mA～2000mA，將最高輸出電流2000mA進(jìn)行十

7、進(jìn)制～二進(jìn)制轉(zhuǎn)換有要滿足步進(jìn)為1mA的要求，需選用十二位的D/A轉(zhuǎn)換器，TLV5618是較好的選擇。TLV5618是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入(高阻抗)的雙路12位電壓輸出DAC。DAC輸出電壓范圍可編程為基準(zhǔn)電壓的兩倍，其輸出電壓Vout=2×Vref×D/4096有兩個(gè)輸出端口A和B，且它們可以同步刷新。此外，該器件還包含上電復(fù)位功能。通過3線串行總線可對(duì)TLV5618實(shí)現(xiàn)控制，可采用單5V電源進(jìn)行供電。在快速、慢速模式下功耗分別為8mW和3mW，輸入數(shù)據(jù)的刷新率可達(dá)1.21MHz。電路圖如圖4所示。Vo=(D)12=(d112

8、11+d10210+...........+d121+d020)(4-1)例如：B1T1-B1T12為（111111111111）且Vrey為-5V，則：V0=(211+210+29+......+21+20)5V（4-2）當(dāng)B1T1-B1T12為（100000000000）且Very為-5V，則：V0