数控直流恒流源3

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1、第8章数控直流恒流源（F题）8.1题目要求8.1.1任务设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如图8.1所示。8.1.2要求1、基本要求（1）输出电流范围：200mA～2000mA；（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的1％+10mA；（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10mA；（5）纹波电流≤2mA；（

2、6）自制电源。2、发挥部分（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA；（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1mA；（4）纹波电流≤0.2mA；（5）其他。8.1.3评分标准8.1.4说明1、需留出输出电流和电压测量端子；2、输出电流可用高精度电流表测量；如果没有高精度电流表，可在采样电阻上测量电压换算成电流；3、纹

3、波电流的测量可用低频毫伏表测量输出纹波电压，换算成纹波电流。8.2二等奖作品（华侨大学张维纬叶媲舟刘灿）本系统是以凌阳SPCE061A单片机为核心控制器，具有电流可预置、可步进调整、输出的电流信号和预置的电流信号可同时显示的数控直流电流源。系统主要包括：凌阳SPCE061A精简开发板、键盘与显示电路、压控恒流源电路、校正电路、电源电路等。系统中通过键盘按键对电流值进行预置，凌阳SPCE061A单片机送出相应的数字信号，经过D/A转换、信号放大、电平转换、压控恒流源，再输出所需电流；实际输出的电流经过精密电阻变

4、成取样电压信号，经高输入阻抗放大器、A/D转换器，将信号反馈到凌阳SPCE061A单片机中构成闭环控制；通过液晶显示器显示此信号的值。8.2.1方案论证根据题目要求，本系统主要是控制核心的选择，所以只进行控制核心的选择论证。方案一：采用目前比较通用的51系列单片机。此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大。虽然该系统采用单片机为核心，能够实现对外围电路的智能控制，但核心控制部件使用89C51时，为达到设计精度的要求，外围电路必须加上12位的A/D和D/A，这就使得整个系统硬件电路变得复杂，而且12位的A/

5、D和D/A器件价格较高,使得系统的性价比偏低。如图8.2。方案二：采用凌阳16位SPCE061A单片机。此单片机功能较强、兼容性好、性价比高；具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗小以及具有较高的数据处理和运算能力，系统最高时钟频率可达49MHz，运行速度快；而且由于凌阳SPCE061A单片机内部集成了A/D、D/A转换器，不需外加A/D、D/A器件。通过采样取样，结合内部A/D、D/A，构成闭环反馈调整控制。此种方案既能实现智能化的特点，简化硬件电路，提高测量精度，同时也能利用软件对测量误差进行补偿，

6、这给调试、维护和功能的扩展、性能的提高，带来了极大的方便。鉴于上面考虑，我们采用方案二。8.2.2详细软硬件设计根据题目要求和论证结果，本系统的系统框图如图8.3，系统工作原理为：当有键盘按键对电流值进行预置时，SPCE061A单片机把所预置的数值送到液晶显示器显示，同时作为电流源的给定值，并输出相应的数字信号，通过D/A转换，使数字信号变成模拟电流信号，此电流信号经I/V模块转换成相应的电压信号，此电压信号经过压控恒流元件场效应管IRF640来产生相应的电流值，场效应管的漏极电流即为恒流源的实际输出电流。场

7、效应管的漏极电流近似于源极电流，源极电流经过采样电阻后转化为电压信号，凌阳SPCE061A单片机采集此信号,作出相应的调整处理后输出显示，作为电流源的自测表的输出值。系统的硬件连接图如图8.4。1、硬件设计如图8.3，本系统硬件电路主要包括：凌阳SPCE061A单片机最小系统、键盘与显示电路、I-V模块、压控恒流源电路、电源电路等。下面分别说明各个电路模块。（1）数模、模数转换器设计根据系统要求计算，D/A最少必须达到11位。凌阳单片机SPCE061A内部集成有两个10位D/A和七路10位A/D可供使用。10

8、位D/A的精度是1/1024，而题目要求输出电流2A的时候步进值为1mA,即精度至少为1/2000。考虑到SPCE061A有两个内部集成的10位电流型输出D/A，若把两个10位D/A并联使用，步进时交替加1或减1，则精度可达到1/2048，即相当于一个11位D/A的精度，完全满足要求，又节约了外部硬件资源，可大大提高整个系统的性价比。（2）压控恒流源电路设计压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是