6基于数控直流电流源系统的设计 毕业设计正文Word格式.docx

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另一方面，运用Ａ／Ｄ转换器件将输出电流的采样值送入单片机，与预置值进行比较，将误差值通过Ｄ／Ａ转换芯片添加到调整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。

Abstract：

Therequiementsofnumericalcontrollingconstantcurrentdevicesisincreasingasdevelopmentofelectronictechnologyandexpandingofdigitalcircuitapplicationalfield.Astosatisfysocietydevelopment,doastudybasedon"

Numericalcontroldccurrentsourcedesign"

ofSCMcontrollingand

applyProteustosimulatingsoftware.DC（digitalcurrent）VoltageregulatorandDCcurrentregulatoristhekeypartofthedesign，itsoutputcurrentiscontrolledbysinglechipmicroprocessor,Firstly,singlechipIC（integratedcircuit）VoltageregulatorLM338Kisusedtogeneratestablevoltage,andthendesperatedevicesisusedtogeneratestabilizecurrent.Tocontroltheoutputcurrent，ononehand,systemsetsoutputcurrentbyD/A（digital／analogueconverterandcontrolscurrentoftransistorbyoperationalamplifier；

ontheotherhand，withthehelpofA/D（analogue／digital）converter，systemsamplestheoutputcurrentandconvertitintodigitaldata，comparesitwithpresetvalue，convertstheerrorvalueintoanalogyandputsitonadjustingcircuit，anddecreasestherippleofthesystemoutputcurrent．

1引言

1.1数控直流电流源的发展现状

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。

电子电力技术是电能的最佳应用技术之一。

现在电源技术融合了电子、电气、系统集成、控制理论、材料等众多领域。

随着数控电源在电子设备中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。

电源在使用时会产生很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。

随着经济全球化的发展，恒流源是电路中广泛使用的一种电路，恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得所输出的电流趋于恒定。

本课题对恒流源进行研究，设计出所需要的符合标准的数控制流电流源。

1.2数控直流电流源的研究意义

数控直流电流源是我们生活中比较常见的设备，这次设计就是基于单片机为主体所设计的微机数字触发式直流电流源，相比其他以往的电源设计，此次的课题更新颖，更符合技术发展的潮流。

设计中，对整体电源进行了硬件、软件总体设计，从两方面满足设计的基本要求的同时，对整个微机控制的系统有了比较全面的了解。

1.3该研究解决的主要内容

本次对数控直流电流源的设计主要是针对以下方面：

如何实现对电源的输出控制，该系统主要是应用单片机，用微处理器来替代传统直流稳压电源中手动旋转电位器，实现输出电压的连续可调，精度要求高。

实现的途径很多，可以用DAC的模拟输出控制电源的基准电压或分压电阻，或者用其它更有效的方法，因此如何选择简单有效的方法是本课题需要解决的首要问题；

数控直流电流源要实现电流的键盘化输出控制，同时对于输出的电流的精度也具有相应的要求，如何有效的实现这些功能也是课题所需研究解决的问题。

2设计任务及要求

2.1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。

其原理示意图如下所示。

2.2设计思路

采用改进型单输出端单向电流源电路来产生恒定的电流。

此方法是利用精密电阻取样得到反馈电压，将反馈电压和高精度的参考电压比较得到误差电压，该误差电压经放大后输出控制调整管的导通程度，使预设电流值和实测电流值的步步逼近，直到相等，从而达到数控的目的。

2.3方案论证

对于数控直流电流源的设计有很多方案，下面做一下介绍：

方案一：

方框图如图1所示，数控直流电流源由键盘、控制器、显示器、数模转换、电压电流转换和模数转换等部分组成，键盘的作用是设定电流值和确定电流步进值；

控制器的作用是将设定电流值的8位（或12位）二进制输出；

显示器的作用是显示设定电流值；

数模转换的作用是设定电流值的数字量转换为模拟量；

电压电流转换的作用是将电压转换成恒定电流输出；

模数转换的作用是将输出的模拟量再转换为数字量反馈到控制器，使实际输出电流值与设定电流值一致。

图1方案一的方框图

方案二：

方框图如图2所示，采用改进型的单输出端单向电流源电路来产生恒定电流。

该方法是用精密电阻取样得到反馈电压，将反馈电压与高精度的参考电压比较得到误差电压，此误差电压经放大后输出控制调整管的导通程度，使预设电流值和实测电流值的逐步逼近，直至相等，从而达到数控的目的。

从题目的要求来分析，该题目最大的难点在于大电流输出和高精度控制，所以在具体的方案确定中，大电流、功耗，以及精度、误差等都是我们所必须要考虑和克服的。

2.4总体方案设计

方案一的数控直流电流源设计较简单，对于电流的变化是用相比而言使用可编程芯片，如CPLD或FPGA等和DAC控制，采用LED数码管进行实时显示，操作也较方便。

方案二的数控直流电源设计采用单片机作为核心控制，基本原理简单，实现比较方便，电源的电流值也可以调整到较精确的数值，同样的也是采用LCD进行显示。

此方案采用保持电阻恒定而改变输入电压的方法来改变电流的大小。

利用高精度D/A转换器在单片机程序控制下提供可变的高精度的基准电压，该基准电压经过V/I转换电路得到电流，再通过A/D转换器将输出电流反馈至单片机进行比较，调整D/A的输入电压，从而达到数控的目的。

该方案的难点在于稳定恒流源的设计和高精度电流检测电路的设计。

特点是可精确的控制电流的步进量，负载变化对电流输出的影响较小。

根据题目要求以及设计思路，比较之后，基于以上优点以及对于单片机的成熟应用，因此我决定用单片机来作为控制器，我所采用的是第二种方案

图2方案二方框图

3硬件系统的设计

3.1硬件系统的模块

3.1.1单片机最小系统

（1）时钟电路

单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。

一般选用石英晶体振荡器。

此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。

电路中石英晶体振荡器的频率为12MHz，两个电容C1、C2的作用有两个:

一是帮助振荡器起振；

二是对振荡器的频率进行微调。

C1、C2的典型值为33PF。

单片机的时钟电路如图3所示。

（2）复位电路

单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。

复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位。

因为AT89S52单片机的复位是靠外部电路实现的。

复位电路的好坏直接影响单片机系统工作的可靠性，因此，要重视复位电路的设计和研究。

只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。

AT89S52单片机通常采用上电自动复位、按键复位、以及上电加按键复位等，我们采用的是上电加按键复位方式，这样做的优点是上电后可以直接进入复位状态，当程序出现错误时，可以随时使电路复位。

则复位电路图如图4所示。

（3）AT89C52单片机

AT89C52是一种带8K字节闪烁可擦除可编程只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，简称单片机。

AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C52共有4个8位的并行双向I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3，这4个口除可按字节寻址以外，还可按位寻址。

P0口地址为80H,位地址为80H~87H。

各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。

P1口地址为90H,位地址为90H~97H。

P1口只能作为通用数据I/O口使用，所以在电路结构上与P0口有些不同。

P2口地址为A0H,位地址为A0H~A7H。

P2口既可以作为系统高位地址线使用，也可以为通用I/O口使用，所以P2口电路逻辑与P0口类似。

P3口地址为B0H,位地址为B0H~B7H。

虽然P3口可以作为通用I/O口使用，但在实际应用中它的第二功能信号更为重要。

AT89C52单片机还有一个地址锁存控制信号ALE，外部程序存储器读选通信号,访问程序存储器控制信号,复位信号RST，地线和+5V的电源。

单片机最小系统图如图5所示.

图3单片机的时钟电路图

图4单片机复位电路图

图5单片机最小系统图

3.1.2自制电源模块

这次设计的系统需要多个电源，单片机使用+稳压电源，A/D转换器，D/A转换器，运放等需要稳压电源。

电源虽简单，但在高精度的系统中，稳压电源有着非常重要的作用。

在进行研究后得出以下方案。

如图6所示，本电源先通过变压器电压变换隔离，桥式全波整流，电容滤波，再通过三端固定输出集成稳压器产生稳定电压+15V，-15V，+5V，稳压器内部电路由恒流源，基准电压，取样电阻，比较放大，调整管，保护电路，温度补偿电路等组成。

为了改善纹波特性，在输入端加接电容。

为了改善负载的瞬态响应，在输出端加接电容。

采用三端集成稳压器7805、7815、7915分别得到+5V和±

15V的稳定电压，再外对OP07加大功率场效应管构成扩流电路,可以提供2000mA的上限电流。

利用该方法实现的电源电路简单，工作稳定可靠。

稳压电源在实物上设计上是必不可少的部分，但在运用Proteus仿真时为了简化电路，此模块用软件自带的励磁电压代替。

3.1.3显示模块

使用LED数码管显示。

数码管采用BCD编码显示数字，对外界环境要求低，易于维护。

但根据题目要求，如果需要同时显示给定值和测