数控直流电流源设计报告 电信1006

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1、题号：C武汉理工大学第四届电工电子创新设计大赛设计报告题目：数控直流电流源参赛者：王扬学院班级：信息工程学院电信1006班联系方式：***********评分标准：项目满分得分基本要求论文结构完整性10理论分析与计算20硬件电路设计与器件选择45分析及结论20创新特色5总分-18-数控直流电流源设计报告摘要：本系统采用常见的AT89S52单片机为主控制器，通过键盘设置所需要的电流值来设置直流输出，由1602液晶屏显示电流设定值和实际输出电流值，经过D/A转换器输出模拟量，再经运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变

2、化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源的实时监控，输出电流经过电流/电压转换后，通过A/D转换芯片，把模拟量转化为数据量，经单片机分析处理，通过数字量形式的反馈环节，使得电流更加稳定。经过测试后，大部分指标达到了题目发挥部分的要求。关键词：直流电流源，数控，单片机，闭环控制-18-一、系统方案论证根据设计题目要求，经过分析和论证，本数控直流电源设计包括了数控模块、电流源模块、供电模块、测量模块等几大重要模块。1.1数控模块的方案论证方案一：可采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。但是本方案

3、电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案二：也可采用单片机系统，通过改变A/D的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。因为单片机系统具有灵活的接口和在线编程能力，容易实现有关键盘的设置、液晶显示以及测量等功能。故本设计采用了方案二的以AT89s52单片机为核心的单片机来实现对整个电路的控制。1.2电流源模块的方案论证本设计中要求的输出电流为200~2000mA，输出电流较大，不能像采用晶体管构成的镜像电流源、微电流源等实现的小电流输出的电流源。本设计实现方

4、案上有如下三种：方案一：采用基于PWM控制的电流源，该方案采用脉冲宽度调制技术，通过改变控制脉冲的占空比实现输出电流的控制，方案的优点是效率高，可输出的电流大。但由于功率管工作在开关状态，因此交流纹波较高，不符合设计要求。方案二：以可调直流稳压电源为基础，如图1所示。当R固定时，可保证流过负载的电流恒定，通过调节R的大小，即可以实现改变负载电流的目的。虽然该方案可以实现输出较大的电流，但难于实现数控要求。-18-图1可调稳压管实现恒流源方案三：采用基于运算放大器和晶体管构成的电流深度反馈电路。此方案在电路中引入了深度电流负反馈，因此可以保

5、证输出电流具有很高的稳定性。电流源所需要的控制电压由高精度D/A转换器提供，可以实现输出电流的要求的步进调节。该方案如图2所示。D/A直流电流源（含电流负反馈）RR单片机电源图2含负反馈的直流电流源综上述三种方案论证后，选取第三种易实现且符合设计要求的方案来实现电流源模块的设计。1.3供电模块的方案论证本设计中需要一个20V电压、2A以上电流输出电源，所以采用了基于可调三端稳压器的线性直流稳压电源。综合上述各组成模块的的方案论证，最终确定了系统详细的方框图3如下：MCUAT89S52单片机矩阵键盘1602液晶屏D/AA/DI/V转换取样电

6、路调整电路电源输出端供电模块-18-图3系统详细框图一、系统各模块电路设计、分析与计算2.1数控模块2.1.1键盘电路键盘电路如图4所示。本设计以AT89S52单片机作为控制器，采用4*4矩阵式键盘与单片机相连，用查询的方式，由键盘控制电流值的输入以及控制电流源步进调整功能。图44*4矩阵键盘2.1.2显示模块显示器选用LCD液晶显示，原因是由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。而且液晶显示器都是数字式的，和单片机系统

7、的接口更加简单可靠，操作更加方便。液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。因此，本设计采用了LCD1602显示屏。原理图如图5所示。-18-图5LCD1602显示电路2.2测量模块2.2.1D/A的选取以及连接电路因为输出电流范围为20~2000mA、步进10mA，所以需要至少198个状态，由2n>198，得n≥8，为了满足设计要求决定选取8位的D/A转换器DAC0832，它是并行

8、输入可编程双路8位D/A转换器，具有20个引脚，本设计方案决定采用DAC0832的直通工作方式。连接电路时DAC0832需外接基准电压。基准电压的性能决定了输出电压的性能，要求基准电压具有较高