课程设计—数控直流电流源的设计

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1、 综合电子设计实验综合电子设计实验 数控直流电流源的设计 学 院： 计算机与电子工程学院 学生姓名： 学 号 ： 指导教师： 职称 副教授 专 业： 电子信息工程 班 级： 完成时间： 2012 - 10 数控数控直直流电流源流电流源 1 设计任务及要求 1.1 设计任务 设计并制作数控直流电流源。输入交流 200240V，50Hz；输出直流电压10V。 其原理示意图如下所示。 图 1.1 原理图 1.2 设计要求 1.2.1 基本要求 （1）输出电流范围：200mA2000mA； （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“+”

2、 、 “-”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； 1.2.2 发挥部分 （1）输出电流范围为 20mA2000mA，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； （5）其他。 2 方案设计与论证 2.1 设计思想 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

3、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。 2.2 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 2.1 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

4、 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。 键 盘可逆计数器数模转换 模数转换 电压电流的 转换 译码输出数码管显示 电路输出 图 2.1 方案一的方框图 方案一的数控直流电流源设计比较简单，对于电流的变化是采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，操作也比 较方便。 方案二：方框图如图 2.2 所示，采用改进型的单

5、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。 图 2.2 方案二方框图 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

6、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。 3 硬件系统的设计 3.1 单片机最小系统 3.1.1 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