電子設(shè)計大賽-數(shù)控直流電流源

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1、電賽（數(shù)控直流電流源）摘要:本文設(shè)計了一種數(shù)控直流電流源的方案，給出了硬件組成和軟件流程及源程序。以STC89C52單片機為核心控制電路，利用12位D/A模塊產(chǎn)生穩(wěn)定的控制電壓，12位A/D模塊完成電流測量。輸出電流范圍為20~2000mA，具有“+”“-”步進調(diào)整功能，步進為1mA，紋波電流小，LCD同時顯示預(yù)置電流值和實測電流值，便于操作和進行誤差分析。關(guān)鍵詞：STC89C52數(shù)控電流源NumericalControlDCCurrentSourceAbstract:Thispaperintroducesadesignschemeofnumer

2、icalcontrolDCcurrentsource,andgivesthehardwarecompositionandsoftwareflowaswellasthesourceprogram.UseSTC89C52MCUasthecorecontrolcircuit.12D/AmodulegeneratesAsteadythecontrolvoltageand12A/Dmodulecompletescurrentmeasurements.Thecurrent-outputranges20to2000mA,with"+"and"-"steppin

3、gfor1mAadjustmentfunctionandsmallripplecurrent.LCDcouldshowpresetscurrentvalueandthemeasuredresultatthesametime,foreasyoperationanderroranalysis.Keywords:STC89C52NumericalcontrolCurrentsource141設(shè)計方案的選擇1.1電路綜合設(shè)計流程確定設(shè)計指標擬定電路方案設(shè)定器件參數(shù)進行電路仿真通過仿真電路安裝調(diào)試通過測試設(shè)計實驗結(jié)束修改電路修改電路否否否否圖1.1.1數(shù)控

4、電流源電路設(shè)計流程圖1.2總體設(shè)計方案14經(jīng)初步分析設(shè)計要求，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，顯示模塊。以下就各電路模塊給出設(shè)計方案。1.2.1控制部分方案方案一：采用FPGA作為系統(tǒng)的控制模塊。FPGA可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，穩(wěn)定性強，易于調(diào)試和進行功能擴展。FPGA采用并行輸入輸出方式，處理速度高，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的核心。但由于FPGA集成度高，成本偏高，且由于其引腳較多，加大了硬件設(shè)計和實物制作的難度。方案二：采用單片機作為控制模塊核心。單片機最小系統(tǒng)簡單，容易制作P

5、CB，算術(shù)功能強，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，可用編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，同時其具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點。基于以上分析，選擇方案二,利用STC89C52單片機將電流步進值或設(shè)定值通過換算由D/A轉(zhuǎn)換，驅(qū)動恒流源電路實現(xiàn)電流輸出。輸出電流經(jīng)處理電路作A/D轉(zhuǎn)換反饋到單片機系統(tǒng)，通過補償算法調(diào)整電流的輸出,以此提高輸出的精度和穩(wěn)定性。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，且其輸出電壓能達到參考電壓

6、的兩倍，A/D轉(zhuǎn)換器選用高精度12數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7816。.1.2.2恒流源模塊設(shè)計方案方案一：由三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源。其典型恒流源電路圖如圖1.2.1所示。一旦穩(wěn)壓器選定，則U0是定值。若R固定不變，則I0不變，因此可獲得恒流輸出。若改變R值，可使輸出I0改變。因此將R設(shè)為數(shù)控電位器，則輸出電流可以以某個步長進行改變。此電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，價格便宜，但是精密的大功率數(shù)控電位器難購買。圖1.2.1三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源框圖方案二：由數(shù)控穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源方案一是在U0不變的情況下，通過改變R的數(shù)值獲得輸出電流的變化。如果固定

7、R不變，若能改變U0的數(shù)值，同樣也可以構(gòu)成恒流源，也就是說將上圖中的三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓源改為數(shù)控電壓源，其工作原理和上圖類似。此方案原理清楚，若賽前培訓(xùn)過數(shù)控電壓源的設(shè)計的話，知識、器件有儲備，方案容易實現(xiàn)。但是，由141.2.2圖可知，數(shù)控穩(wěn)壓源的地是浮地，與系統(tǒng)不共地線，對于系統(tǒng)而言，地線不便處理。圖1.2.2數(shù)控電壓源構(gòu)成的恒流源框圖方案三：采用集成運放的線性恒流源該恒流源輸出的電流與負載無關(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反饋電路可以得到穩(wěn)定的恒流輸出和高輸出阻抗，實現(xiàn)了電壓—電流轉(zhuǎn)換

8、。其原理框圖如圖1.2.3所示。圖1.2.3集成運放構(gòu)成的恒流源框圖綜合考慮，采用方案三，使用低噪音、高速寬帶運放OP27BJ和達林頓管