數(shù)控恒流源論文

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1、目錄山西大學(xué)───基于控制理論的恒流源設(shè)計編號：11題目：數(shù)控恒流源指導(dǎo)教師：趙世平、張玉華學(xué)校專業(yè)：山西大學(xué)電子信息工程系參賽學(xué)生：薛哲、盧紅、解靜1摘要基于反饋控制理論，設(shè)計并制作了一種數(shù)控恒流源。我們將此設(shè)計為以下五個模塊：電源模塊，可逆計數(shù)模塊，顯示和報警電路模塊，DA轉(zhuǎn)換模塊，壓控恒流源模塊?？赡嬗嫈?shù)模塊采用74LS192十進制可逆計數(shù)器作為直流恒流源的輸入控制、74LS48結(jié)合共陰級數(shù)碼管顯示輸入電流。用DAC0832輸出電流模擬量；電流測量運用大功率電阻。硬件電路恒流部分的控制端主要是多個精密運算放大器OP07組成的閉環(huán)反饋控制電路，受控部分采用CMOS管IRF640進行擴流

2、、精確輸出設(shè)定電流。電源部分采用大功率變壓器供電，多級電容濾除紋波干擾；電源輸出采用三端穩(wěn)壓芯片進行穩(wěn)壓.關(guān)鍵詞：可逆計數(shù)，D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換，壓控恒流源Ⅰ一、系統(tǒng)組成與原理概述本文所設(shè)計的數(shù)控直流電源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便、電壓穩(wěn)定度高的特點，其輸出電壓大小采用數(shù)字顯示，原理方框組成圖見圖１。它共由六部分組成。輸出電壓的大小調(diào)節(jié)通過“＋”、“－”兩鍵操作，控制可逆計數(shù)器分別作加、減計數(shù)，可逆計數(shù)器的二進制數(shù)字輸出分兩路運行：一路用于驅(qū)動數(shù)顯電路，指示電源輸出電壓的大小值；另一路進入Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換電路，Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量按比例轉(zhuǎn)換成模擬電壓，然后經(jīng)過壓控電路控制電流。為了實現(xiàn)上述幾部分電

3、路的正常工作，需另制±１５Ｖ和±５Ｖ的穩(wěn)壓直流電源及一組24V的直流電壓。二．方案設(shè)計與論證2.1控制器的選擇方案一：采用飛利浦公司生產(chǎn)的LPC900系列SOC芯片作為控制器，這主要是基于PWM技術(shù)的開關(guān)電源方案。該方案適合要求高功率輸出的交流系統(tǒng)，電源效率高，但需要控制器高頻率輸出PWM波，必然引入紋波噪聲，要經(jīng)過多級濾波才能接入恒流源電路，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，且題目對電流精度及紋波要求很高，該方案難以勝任。Ⅰ方案二：采用AT89C51單片機進行控制。本設(shè)計需要使用的軟件資源比較簡單，采用AT89C51進行控制也就比較簡單，但是51單片機資源有限，集成度比較低，控制輸入輸出，需要外接8279

4、之類的芯片進行I/O擴展，需要的外圍電路比較多，再加上DA、AD等，實現(xiàn)起來就比較復(fù)雜。方案三：通過開關(guān)的斷開與閉合，控制雙時鐘74LS192十進制可逆計數(shù)器的輸入端4、5引腳的高低電位變化，從而使輸出端3號、2號、6號、7號引腳的電位發(fā)生規(guī)律性變化，把輸出的數(shù)字信號經(jīng)譯碼器74LS48的7號、1號、2號、6號引腳，繼而實現(xiàn)了數(shù)碼管從0mA-1000mA的顯示。采用該方案所用的電路原理簡單，所用器材比較實用，實現(xiàn)與操控相對簡單。因此，通過三個方案的比較，我們決定選用方案三。2.2恒流源的選擇方案一：由晶體管構(gòu)成鏡像恒流源。該電路電流的測量精度受到兩個晶體管的匹配程度影響，其中涉及到比較復(fù)雜的

5、工藝參數(shù)。另一缺點，集電極最大輸出電流約為幾百毫安，而題目要求最大輸出電流為1000mA，因此由晶體管構(gòu)成的恒流源不適合采用。方案二：采用電壓電流轉(zhuǎn)換電路。如圖2.1所示，R0為為采樣電阻，負載電流I0=UI/R0，由于運放的輸出電流很小，所以該電路也達不到1000mA的要求，需要加上達林頓對管TIP122和127進行擴流。電路實現(xiàn)起來較復(fù)雜。Ⅰ圖2.1電壓電流轉(zhuǎn)換電路方案三：由集成運放和場效應(yīng)管構(gòu)成的壓控恒流源電路。利用集成運放的電壓跟隨特性以及場效應(yīng)管的自動模擬閉環(huán)調(diào)節(jié)能力，使輸出電流能夠達到要求，且電流易于控制，電路簡單，應(yīng)用廣泛，易于實現(xiàn)。圖2.2壓控恒流源電路方案二加擴流和方案三都

6、可以實現(xiàn)恒流源，輸出電流也能滿足要求，但方案二中的達林頓管的線性度變化較大，控制起來較難，其特性不如場效應(yīng)管，且采樣電路復(fù)雜，故采用了方案三。Ⅰ2.3顯示模塊的選擇方案　　方案一：采用LED數(shù)碼管顯示，簡單，方便　并與前面的譯碼器相互配合，符合要求。　方案二：采用LCD液晶顯示器顯示。采用128×64點陣LCD液晶顯示，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強，調(diào)用方便簡單，而且可以節(jié)省了軟件中斷資源。其缺點在于顯示內(nèi)容需要存儲字模信息，需要一定存儲空間?！　¤b于上面分析，本設(shè)計采用方案一。2.4系統(tǒng)總體思路與框圖兩按鈕開關(guān)作為電壓調(diào)整鍵與可逆計數(shù)器的加計數(shù)和減計數(shù)輸入端相連，可逆計數(shù)器采用三片

7、四位十進制同步加／減計數(shù)集成塊７４ＬＳ１９２級聯(lián)而成，把第一塊的進位和借位輸出端分別接到下一組的加計數(shù)端和減計數(shù)端。數(shù)顯譯碼驅(qū)動采用三塊７４ＬＳ４８集成塊，７４ＬＳ４８為四線－七段譯碼器／驅(qū)動器，內(nèi)部輸出帶上拉電阻，它把從計數(shù)器傳送來的二－十進制的８４２１碼轉(zhuǎn)換成十進制碼，并驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)碼。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用三塊ＤＡＣ０８３２集成塊，它是一個８位數(shù)／模轉(zhuǎn)換器，這里只使用高４位數(shù)字量輸入端。輸出模擬量經(jīng)９0∶