優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計數(shù)控恒流源設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計數(shù)控恒流源設(shè)計目錄 TOC o 1-5 h z 摘要 1刖言 1 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 1系統(tǒng)原理及理論分析 21.1單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成 21.2系統(tǒng)性能要點(diǎn) 21.3恒流原理 3 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2總體方案論證與比較 53模塊電路設(shè)計與比較 53.1恒流源方案選擇 53.2反饋閉環(huán)方案選擇 73.3控制單元方案選擇 73.4電源方案選擇 73.5過壓報警功能設(shè)計 84軟件設(shè)計 94.1主程序模塊 94.2閉環(huán)比較子程序模塊 94.3電流設(shè)立子程序模塊 94

2、.4鍵盤中斷子程序模塊 94.5顯示中斷子程序模塊 TOC o 1-5 h z 5數(shù)據(jù)測試及分析 145.1輸出電流測試 145.2步進(jìn)電流測試 155.3工作時間測試 155.4負(fù)載阻值變化測試 165.5紋波電流測試 166結(jié)束語 177道謝 17參照文獻(xiàn) 17數(shù)控恒流源摘要：本系統(tǒng)以直流電流源為核心，AT89S52單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)立直流電源 日勺輸出電流，設(shè)立步進(jìn)級別可達(dá)1mA,并可由數(shù)碼管顯示實際輸出電流值和電流設(shè)定值。本 系統(tǒng)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號，通過D/A轉(zhuǎn)換器(AD7543)輸出模擬量，再通過運(yùn)算放 大器隔離放大，控制輸出功率管勺基極，隨著功率管基極電壓勺變化而

3、輸出不同勺電流。單 片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對恒流源進(jìn)行實時監(jiān)控，輸出電流通過電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過A/D轉(zhuǎn)換芯片， 實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，再經(jīng)單片機(jī)分析解決，通過數(shù)據(jù)形式勺反饋環(huán)節(jié)，使電流更加 穩(wěn)定，這樣構(gòu)成穩(wěn)定勺壓控電流源。實際測試成果表白，本系統(tǒng)實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小 功率恒流源勺領(lǐng)域。核心詞：壓控恒流源 智能化電源 閉環(huán)控制The Digital Controlled Direct Current SourceAbstract: In this system the DC source is center and 89S52 version single chip microcompute

4、r (SCM) is main controller, output current of DC power can be set by a keyboard which step level reaches 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LED. In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD7543), then the anal

5、og value which is isolated and amplified by operational amplifiers, is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. On the other hand, The constant current source can be monitored by the SCM syst

6、em real-timely, its work process is that output current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by ADC, finally the digital value as a feedback loop is processed by SCM so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is d

7、esigned. The test results have showed that it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low power.Keywords: voltage-controlled constant current source, intelligent power; closed loop control前言隨著電子技術(shù)日勺發(fā)展，數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域日勺擴(kuò)展，現(xiàn)今社會，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成 為人們追求日勺一種趨勢，設(shè)備日勺性能，價格，發(fā)展空間等備受

8、人們?nèi)丈钻P(guān)注，特別對電子設(shè)備 勺精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。性能好勺電子設(shè)備，一方面離不開穩(wěn)定勺電源，電源穩(wěn)定度越 高，設(shè)備和外圍條件越優(yōu)越，那么設(shè)備勺壽命更長?；诖?，人們對數(shù)控恒定電流器件勺需 求越來越迫切.當(dāng)今社會，數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是恒流方面特別是數(shù)控恒流勺技術(shù) 才剛剛起步有待發(fā)展，高性能勺數(shù)控恒流器件勺開發(fā)和應(yīng)用存在巨大勺發(fā)展空間，本文正是 應(yīng)社會發(fā)展勺規(guī)定，研制出一種高性能勺數(shù)控直流恒流源。本數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)輸出電流 穩(wěn)定，不隨負(fù)載和環(huán)境溫度變化，并具有很高勺精度，輸出電流誤差范疇 5mA，輸出電流 可在20mAmA范疇內(nèi)任意設(shè)定，因而可實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒流源勺領(lǐng)

9、域。1系統(tǒng)原理及理論分析1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)是整個數(shù)控系統(tǒng)勺核心部分，它重要用于鍵盤按鍵管理、數(shù)據(jù)解決、實時 采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對各部分反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)。重要涉及AT89S52單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn) 換芯片ADC0809、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543、數(shù)碼管顯示譯碼芯片74LS47與74LS138等器 件。1.2系統(tǒng)性能本系統(tǒng)勺性能指標(biāo)重要由兩大關(guān)系所決定，設(shè)定值與A/D采樣顯示值（系統(tǒng)內(nèi)部測量 值)日勺關(guān)系。內(nèi)部測量值與實際測量值日勺關(guān)系，而后者是所有儀表所存在日勺誤差。在沒有采用數(shù)字閉環(huán)之前，設(shè)定值與內(nèi)部測量值日勺關(guān)系只能通過反復(fù)測量來得出它們 勺關(guān)系(要送多大勺數(shù)才干使D/A輸出與

10、設(shè)定電流值相相應(yīng)勺電壓值)，再通過單片機(jī)乘除 法再實現(xiàn)這個關(guān)系，從而基本實現(xiàn)設(shè)定值與內(nèi)部測量值相一致。但由于周邊環(huán)境等因素勺 影響，使設(shè)定值與內(nèi)部測量值勺關(guān)系變化，使得設(shè)定值與內(nèi)部測量值不一致，有時會相差 上百毫安，只能重新測量設(shè)定值與A/D采樣顯示值勺關(guān)系變化D/A入口數(shù)值勺大小才干重 新達(dá)到設(shè)定值與內(nèi)部測量值相一致，也就是說還不穩(wěn)定。在采用數(shù)字閉環(huán)后。通過比較設(shè)定值與A/D采樣顯示值，得出它們勺差值，再調(diào)節(jié)D/ 入勺入口數(shù)值，從而使A/D采樣顯示值逐漸逼近設(shè)定值最后達(dá)到一致。而我們不必關(guān)懷D/ 入入口數(shù)值勺大小，從而省去了原程序中雙字節(jié)乘除勺部分，使程序簡樸而不受周邊環(huán)境 等因素日勺影響。

11、內(nèi)部測量值與實際測量值勺誤差是由于取樣電阻與負(fù)載電阻和晶體管勺放大倍數(shù)受溫 度勺影響和測量儀表勺誤差所導(dǎo)致勺，為了減少這種誤差，一定要選用溫度系數(shù)低勺電阻 來作采樣電阻，因此本系統(tǒng)選用錳銅電阻絲來作采樣電阻。1.3恒流原理數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543是12位電流輸出型，其中OUT1和OUT2是電流勺輸出端。電流勺輸出級別可這樣計算DX=212式中：DX是控制級數(shù)電壓,由集成運(yùn)算放大器U8A勺1腳輸出，根據(jù)T型電阻網(wǎng)絡(luò)型勺D/A轉(zhuǎn)換關(guān)系可知，,存在如下通式：u =-(b *2口+ b *2-2 +. + b *2 + b *20)*Vref * R = B REF (1)in-1n2102 n *

12、R f2 n式中：u輸出電壓(V)vref參照電壓(V)；RT網(wǎng)絡(luò)電阻（。）；Rf 外接反饋電阻（。）。電流放大電路存在如下關(guān)系：I u （R + R ）廣耳（P +1）R5I =81L b式中：Ib基極電流（mA）；U輸入電壓（V）；IL負(fù)載電流（mA）。由式（1）、（2）可得到：（2）（3）R 4(R5 + Rw )(8+1) R5P(4)由于電路中日勺放大系數(shù)P值遠(yuǎn)不小于1,而R與R1保持恒定，因此可推出負(fù)載電流與輸入電壓存在如下關(guān)系：uI = K iL R4(5)由式（5）、（1）可得到:I = kB ref（6）L2 nR4其中，K為比例系數(shù)由式（6）可知，負(fù)載電流、不隨外部負(fù)載R/

13、勺變化而變化。當(dāng)u.保持不變時（即AD7543 勺輸入數(shù)字量保持不變），輸出電流與維持不變，可以達(dá)到恒流勺目勺。為了實現(xiàn)數(shù)控勺目 勺，可以通過微解決器控制AD7543勺模擬量輸出，從而間接變化電流源勺輸出電流。從 理論上來說，通過控制AD7543勺輸出級別，可以達(dá)到1mA勺輸出精度。但是本系統(tǒng)恒流 源規(guī)定輸出電流范疇是20mAmA，而當(dāng)器件處在mA勺工作電流時，屬于工作在大電流 狀態(tài)，晶體管長時間工作在這種狀態(tài)，集電結(jié)發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致晶體管P值下降，從而導(dǎo)致電流不能維持恒定。為了克服大電流工作時電流日勺波動，在輸出部分增長了一種反饋環(huán)節(jié) 來控制電流穩(wěn)定，減小電流日勺波動，此反饋回路采用數(shù)字形式反饋，通過微解決器日勺實時 采樣分析后，根據(jù)實際輸出對電流源進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。經(jīng)測試表白，采用常用勺大功率電阻 作為采樣電阻R 0，輸出電流波動比較大，而選用錳銅電阻絲制作采樣電阻，電流穩(wěn)定性得 到了改善。電路反饋原理如圖1所示。控制系統(tǒng)IH 恒流輸出I電流/電壓 采J Lh轉(zhuǎn)換單元IL樣數(shù)據(jù)解決單元圖1電流輸出反饋電路原理2總體方案論證與比較方案一：采用各類數(shù)字電路來構(gòu)成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號解決，如選用CPLD等可編 程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)勺擴(kuò)展，對信號解決比較 困難。方案二：采用AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)勺控制單