数控电流源的设计【毕业设计】.doc-资料库

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目录一、设计任务与要求 ............................................................................................................. 1 一、设计任务与要求 ............................................................................................................. 2 一、任务 .........................................................................................................................2 二、要求 .........................................................................................................................2 1、基本要求 ............................................................................................................2 2、发挥部分 ............................................................................................................2 三、说明 .........................................................................................................................3 二、总体设计方案 ................................................................................................................. 3 一、方案比较、设计与论证 ........................................................................................... 3 1. 数控模块 ............................................................................................................ 3 2. 电流源部分 .........................................................................................................3 3.供电电源部分 .......................................................................................................4 三、总体设计 .........................................................................................................................5 一、主要单元电路设计、分析与计算 ............................................................................ 5 1、数控模块和测量模块 .........................................................................................5 2、A/D 转换器 ADC0809 接口 ............................................................................... 7 3、电流源模块 ........................................................................................................9 附录 1.................................................................................................................................. 12 主要软件清单 ............................................................................................................... 12 附录 2.................................................................................................................................. 12 总原理图 ...................................................................................................................... 12 附录 3.................................................................................................................................. 13

一、设计任务与要求一、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。其原理示意图如下所示。显示器键盘控制器电流源负载电源二、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％+10 mA；（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％+10 mA；（5）纹波电流≤2mA；（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％+1 mA；（4）纹波电流≤0.2mA；（5）其他。

三、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。二、总体设计方案一、方案比较、设计与论证根据题目要求，数控直流电源应该包括如下模块：电流源模块、测量模块、供电模块和数控模块等。 1. 数控模块数控模块可采用传统逻辑电路组成，如采用数字电路和 FPGA 门阵列等，也可以采用单片机系统。单片机系统具有灵活的接口和在线编程能力，容易实现体重有关键盘设置、显示以及测量功能等。故本方案采用了以 AT89s52 单片机为核心的单片机习题完成对整个电路的控制。 2. 电流源部分在小电流输出的电流源中，可采用晶体管构成的镜像电流源、微电流源等。本设计中要求的输出电流为 200~2000mA，输出电流较大，在实现方案上常用如下三中方案。方案一：以可调直流稳压电源为基础，如图 1 所示。当 R2 固定时，可保证流过负载的电流恒定，通过调节 R2 的大小，即可以实现改变负载电流的目的。该方案可以输出较大的电流，但难于实现数控要求。

Vin Vin Vout ADJ R R2 R1 Rl 图 1 可调稳压管实现恒流源方案二：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，该方案的有点是效率高，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。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。该方案在电路中引入了深度电流负反馈，因此可以保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，易实现输出电流的小步进调节。该方案如图 2 所示。电源 Rl 单片机输出 D/A 转换器 Vc 带有电流负反馈的直流电流源图 2 电流负反馈的直流电流源综合上述分析，电流源部分采用方案三。 3.供电电源部分根据设计的要求，需要一个具有 20V 电压、2A 以上电流输出的电流电源，对电源没有特别的要求。本设计采用了机遇可调三端稳压器的线性直流稳压电源。综上所述，整个系统的硬件组成框图如图 3 所示。

MCU AT89s52 单片机直流电源输出 D/A 转换电路 I/V 转换电路 A/D 转换电路液晶显示电路键盘控制电路图 3 系统组成框图调整电路取样电路电源模块三、总体设计一、主要单元电路设计、分析与计算 1、数控模块和测量模块 ( 1 ) 键盘与显示电路键盘显示电路如图 4 所示。用单片机作为这一控制系统的核心，单片机与键盘相连，采用 4*4 矩阵式键盘，用查询方式，由键盘控制输入电流值，同时也由键盘进行控制其步进调整功能。显示器 LCD 选用 JHD1602-B，具有体积小、质量轻、功耗低等优点，单片机四条数据线与其相连，数据分两次传送；两条控制线 E、R/S 控制 LCD 的显示。

图 4（1） 4 * 4 的矩阵键盘连接到 P1 口图 4（2）LCD1602 显示电路，数据口连接到 P2 口，1602 的控制口由 P3.3~P3.5 控制 ( 2 ) D/A、A/D 机器接口电路 1、根基题目要求输出电流范围为 20~2000mA、步进 10mA，需要至少 198 个状态， 2n>198，n≥8，为了达到系统的控制精度，选取 8 位 D/A。具体电路接口如图 5 所示。D/A 转换器选用 DAC0832，它是并行输入可编程双路 8 位 D/A 转换器。该器件仅有 20 个引脚，本系统采用 DAC0832 的直通工作方式。AT89s52 单片机控制它只需要 9 个引脚，分别是 8 个数据口和一个片选端，非常方便。+5V 单电源工作。选典型参考电压+5V，输出电压公式为： V0=V REF×(n/256) 其输出电压范围为：0~5V。

电路说明：图 5 DAC0832 与 MCU 的连接电路单片机执行指令 dac0832=P0（dac0832 为 DAC0832 的地址）时在 AＬＥ产生一个地址锁存信号，将 P0 口的数据输出到 DAC0832 的输入端，由于 DAC0832 是采用直通的方式对输入的数据进行转换，故执行完该指令后直接将 P0 口给定的数字量进行转换，由于 DAC0832 输出的是电流，且内部自带反馈电阻，故在其输出端采用 LM358 对电流转换成电压信号并进行放大，放大后的信号直接控制恒流源电路使其输出指定恒定的电流值。 2、A/D 转换器 ADC0809 接口 ADC0809 由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256 电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器 SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成，其逻辑框图如图 6 所示：图 6 ADC0809 逻辑框图

ADC0809 主要信号引脚的功能说明如下： 1、IN 7 ～IN ——模拟量输入通道 0 2、ALE——地址锁存允许信号。对应 ALE 上跳沿，A、B、C 地址状态送入地址锁存器中。 3、START——转换启动信号。START 上升沿时，复位 ADC0809；START 下降沿时启动芯片，开始进行 A/D 转换；在 A/D 转换期间，START 应保持低电平。本信号有时简写为 ST. 4、A、B、C——地址线。通道端口选择线，A 为低地址，C 为高地址，引脚图中为 ADDA，ADDB 和 ADDC 5、CLK——时钟信号。ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为 500KHz 的时钟信号 6、EOC——转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。 ——数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D 0 为最低位，D 7 0 为最 7、D 7 ～D 高 8、OE——输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。 9、Vcc—— +5V电源。 10、Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为 +5V(Vref (+) =+5V, Vref =-5V). (-) 电路说明： ADC0809 内部有一个 8 位“三态输出锁存器”可以锁存 A/D 转换后的数字量，故本身既可以看做一种输入设备，也可以认为是并行 I/O 接口芯片。因此 ADC0809 可以直接和 AT89s52 相连。由图可见 START 和 ALE 互连可使 ADC0809 在接收模拟量路数地址时启动工作。START 启动信号由 AT89s52 单片机 WR 和译码器输出端经过或门产生。平时 START 因译码器输出高电平而封锁，当单片机执行指令 adc0809= P0（adc0809 为译码器输出 0x0000 地址）时，ＳＴＡＲＴ上产生一个正脉冲，如图ＣＳ和ＷＲ均为低电平，启动ＡＤＣ０８０９工作。ＥＯＣ经过反相器和ＩＮＴ０相连，这说明ＡＴ８９ｓ５２是采用中断方式和ＡＤＣ０

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