【正文】 學(xué)號 08401140206 專業(yè) 電子信息工程 1. 對指導(dǎo)教師下達(dá)的課題任務(wù)的學(xué)習(xí)與理解 本次課題主要是基于單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單片機(jī)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模電路集成技術(shù)和控制技術(shù)的綜合產(chǎn)物。 （ 4）、改變負(fù)載電阻，輸出電壓在 10V 以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的 1％ +10 mA?？勺鳛橐话愀叩仍盒５膶?shí)踐教學(xué)儀器使用。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了 謝意。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 （一）、 數(shù)控直流電流源的硬件系統(tǒng) （ 1)、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 （ 2）、自制電源模塊 （ 3）、顯示模塊 （ 4）、鍵盤模塊 （ 5）、電流源模塊 （ 6）、負(fù)載模塊 （二）、數(shù)控直流電流源的軟件系統(tǒng) （ 1）、系統(tǒng)監(jiān)控程序模塊 （ 2）、顯示程序模塊 （ 3）、鍵盤程序模塊 （ 4）、電流輸出調(diào)整程序模塊 擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo) 數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)要求 （ 1）、 輸出電流范圍： 200mA～ 2020mA。 （ 5）、 紋波電流≤ 2mA。經(jīng)過 30 年的發(fā)展歷程，單片機(jī)應(yīng)用已十 分廣泛和深入，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但要熟練掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語言和編程技術(shù)，而且還要具備扎實(shí)的單片機(jī)硬件方面的理論和實(shí)踐知識。重要應(yīng)用了變壓知識，電力電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)。如今，小電源還介入了單片機(jī)，使小電源智能化，數(shù)字化。 一般的恒流電 流源往往是電流值固定，或是有限數(shù)值檔的電流值輸出，不便于通用。隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中直流 /直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。而如今隨著直流電 流 源技術(shù)的飛躍發(fā)展 , 整流 系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制 , 從而使直流電 流 源智能化 , 具有遙測、遙信、遙控的三遙功能 , 基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無人值守。它的應(yīng)用將會克服大功率電源的制造、運(yùn)輸及維修等困難。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電 流 源來供電。這樣 , 當(dāng)輸出電 流 需要精確輸出 , 或需要在一個(gè)小范圍內(nèi)改變時(shí) ,困難就較大。其中濾波器用于濾整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電 流 源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器 小型化。電路大部分使用集成電路，從而使調(diào)試簡單、性能優(yōu)良、故障率低、使用壽命長 。用 DAC 的模擬輸出控制電源的基準(zhǔn)電壓或分壓電阻，或者用其它更有效的方法，因此如何選擇簡單有效的方法是本課題需要解決的首要問題。 （ 3）數(shù)控直流電流源微機(jī)處理系統(tǒng) 在本設(shè)計(jì)中主要采用單片機(jī)進(jìn)行處理，涉及到單片機(jī)的最小系統(tǒng)組成，單片機(jī)鍵盤連接，單 片機(jī)的輸出模塊，實(shí)時(shí)的顯示所調(diào)節(jié)的直流電源的大小。設(shè)計(jì)數(shù)控直流電流源的按鍵操作模塊、數(shù)字顯示模塊、反饋數(shù)據(jù)檢測模塊、電源供電模塊。 （ 3） 4 月 16 號 —4 月 24 號，根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案，設(shè)計(jì)數(shù)控直流電源的電路原理圖，繪制 PCB圖，制作硬件電路。 （ 7） 5 月 21 號 —5 月 26 號，完善畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，總結(jié)設(shè)計(jì)的成果與不足，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的評閱，為答辯做準(zhǔn)備。 10 設(shè) 計(jì)質(zhì)量 論證、分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算、結(jié)構(gòu)、建模、實(shí)驗(yàn)正確合理。 20 總評分 評閱教師 評閱意見 評閱成績 總評分ⅹ 20% 評閱教師簽名 日期 湖南工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯資格審查表 題 目 數(shù)控直流電流源 的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 田艷彬 學(xué) 號 08401140206 專 業(yè) 電子信息工程 指導(dǎo)教師 王韌 內(nèi)容綜述 （對畢業(yè)設(shè)計(jì)或論文的研究步驟和方法、主要內(nèi)容及創(chuàng)新之處進(jìn)行綜述，提出答辯申請） ： 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究步驟和方法 1 根據(jù)自己的知識和興趣，認(rèn)真選好畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目。 5 以論文提綱為指導(dǎo)，參考已有資料，運(yùn)用比較研究，采用論證思想，設(shè)計(jì)課題的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，最終對系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試，論證設(shè)計(jì)的結(jié)果。 綜合各方面因素，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作已基本完成，也較好的實(shí)現(xiàn)了其要求所具備的功能，特此向各位老師提出答辯申請，懇請各位老師修改，并予以答辯。 30 答辯 表現(xiàn) 思維敏捷 ,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準(zhǔn)確大、深入 ,知識面寬。設(shè)計(jì)采用 AT89S52 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，由 TLC2543 對精密電阻康銅絲的電壓進(jìn)行監(jiān)控，由 LTC1456 直接控制輸出電壓，單片機(jī)、 A/D、 D/A 三者組成控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)回路，保持恒流。 ② superpower voltage controls current power module. This design adopts AT89S52 SCM application system, monitoried by precision resistance constantan wire voltage corresponding of TLC2543 and controlled and putout voltage directly by LTC1456, which three aspects consist of controlling system and being closed loop circuit to keep constant cuurent. Current souce adopts 44 matrix keyboard to set and LCD display interface. Applying Proteus simulation software to realizing the range of output current as 200mA~2020mA satisfies stepping 10mA, the error39。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前實(shí)用的直流電流源大部分是線性電源。 2 數(shù)控 直流電流源的研究意義 數(shù)控直流電流源是我們生活中比較常見的設(shè)備，這次設(shè)計(jì) 就是基于單片機(jī)為主體所設(shè)計(jì)的微機(jī)數(shù)字觸發(fā)式直流電 流 源，相比其他以往的電源設(shè)計(jì) ， 此次的課題更新穎，更符合技術(shù)發(fā)展的潮流。 而基于單片機(jī)控制的直流電 流 源能較好 地解決以上傳統(tǒng)電 流 源的不足。 以單片機(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計(jì)制造出來的新一代數(shù)控直流電流源不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能卓越，而且單片機(jī)具有計(jì)算和控制功能，利用 它對采樣技術(shù)進(jìn)行各種計(jì)算，從而可排除和減少由于騷擾信號和模擬電路因起的誤差，大大提高穩(wěn)壓電源輸出電壓精度，降低了對模擬電路的要求。 該研究解決的主要內(nèi)容 本次對數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)主要是針對以下方面： 如何實(shí)現(xiàn)對電源的輸出控制 ，該系統(tǒng)主要是應(yīng)用單片機(jī)， 用微處理器來替代傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中手動旋轉(zhuǎn)電位器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的連續(xù)可調(diào)，精度要求高。 該數(shù)控直流電流源還有一個(gè)討論的問題，就是對于數(shù)控直流電流源輸出的電流進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行處理的問題。 發(fā)揮部分 （ 1） 輸出電流范圍為 200mA～ 2020mA，步進(jìn) 1mA； （ 2） 設(shè)計(jì)、制作測量并顯示輸出電流的裝置 (可同時(shí)顯示電流的給定值和實(shí)測值 )，測量誤差的絕對值≤測量值的 ％ +3 個(gè)字； （ 3） 改變負(fù)載電阻，輸出電壓在 10V 以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的 ％ +1 mA； （ 4） 紋波電流≤ ； （ 5） 其他。 方案論證 對于數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)有很多方案，下面做一下介紹 ： 方案一：方框圖如圖 1 所示，數(shù)控直流電流源由鍵盤、控制器、顯示器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、電壓電流轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換等部分組成，鍵盤的作用是設(shè)定電流值和確定電流步進(jìn)值；控 5 制器的作用是將設(shè)定電流值的 8 位（或 12 位）二進(jìn)制輸出；顯示器的作用是顯示設(shè)定電流值；數(shù)模轉(zhuǎn)換的作用是設(shè)定電流值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量；電壓電流轉(zhuǎn)換的作用是將電壓轉(zhuǎn)換成恒定電流輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換的作用是將輸出的模擬量再轉(zhuǎn)換為數(shù)字量反饋到控制器，使實(shí)際 輸出電流值與設(shè)定電流值一致。 圖 2 方案二方框圖 6 總體方案設(shè)計(jì) 方案一的數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)比較簡單，對于電流的變化是采用相比而言使用可編程芯片，如 CPLD 或 FPGA 等和 DAC 控制，采用 LED 數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，操作也比較方便。該方案的難點(diǎn)在于穩(wěn)定恒流源的設(shè)計(jì)和高精度電流檢測電路的設(shè)計(jì)。 一般選用石英晶體振蕩器。 單片機(jī)的時(shí)鐘電路如圖 3 所示。 復(fù)位電路的好壞直接影響單片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性，因此，要重視復(fù)位電路的設(shè)計(jì)和研究。 8 圖 4 單片機(jī)復(fù)位電路 圖 （ 3） AT89S52 單片機(jī) AT89S52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。各位口線具有完全相同但又相互獨(dú)立的邏輯電路。 P2 口既可以作為系統(tǒng)高位地址線使用，也可以為通用 I/O 口使用，所以 P2 口電路邏輯與 P0 口類似。 AT89S52 單片機(jī)還有一個(gè)地址鎖存控制信號 ALE，外部程序存儲器讀選通信號PSEN ,訪問程序存儲器控制信號 EA ,復(fù)位信號 RST，地線 SSV 和 +5V 的電源 CCV 。在進(jìn)行研究后得出以下方案。 采用三端集成穩(wěn)壓器 780 781 7915 分別得到 +5V 和177。 圖 6 穩(wěn)壓電源 電路圖 顯示模塊 方案一：使用 LED 數(shù)碼管顯示。 LCD 具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示數(shù)字，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，且設(shè)計(jì)簡單等特點(diǎn)。 4 RS RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。采用 LM016L 液晶顯示模塊同時(shí)顯示電流給定值和實(shí)測值以及負(fù)載內(nèi)阻。 方案二：采用標(biāo)準(zhǔn) 4 4 鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的 I/O 口數(shù)目，而且可以做到直接輸入電流值而不必步進(jìn)。 13 圖 8 鍵盤與單片機(jī)的接線圖 電流源模塊 方案一：采用集成穩(wěn)壓器運(yùn)放構(gòu)成的線性恒流源。由于跟隨器是一種深度的電壓負(fù)擔(dān)虧電路，因此電流源具有較好的穩(wěn)定性。 Q1的加入是為了增加復(fù)合管的放大倍數(shù)。采用場效應(yīng)管，更易于實(shí)現(xiàn)電壓線性控制電流，既能滿足輸出電流最大達(dá)到 2A 的要求，電路簡潔 也能較好地實(shí)現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。在此電路中， R2 為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較?。┳柚禐?1Ω。 負(fù)載模塊 根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)了如圖 11 所示的電路圖。 （ 1） D/A 轉(zhuǎn)換器 本設(shè)計(jì)中應(yīng)采用 DAC 模塊提供高精度的基準(zhǔn)電壓，即通過 CPU 發(fā)出的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為 0~10V 的模擬電壓，送給誤差放大器，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)要求。 圖 12 TLC1456 內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖 16 （ 2） A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 模塊的是反饋的核心，我們采用 Proteus 元件庫中的 TLC2543 芯片實(shí)現(xiàn)。s。 表 3 LTC2543 引 腳功能 引腳號 名稱 I/O 說明 1～ 9, 11,12 AIN0～ AIN10 I 模擬量輸入端。由低變高時(shí)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)禁止 DATAINPUT 和 I/O CLOCK 17 DATAINPUT I 串行數(shù)據(jù)輸入端。除另有說明外，所有電壓測量都相對 GND 而言 I 輸入 /輸出時(shí)鐘端。 為高時(shí)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)， 為低時(shí)處于激活狀態(tài) 19 EOC O 轉(zhuǎn)換結(jié)束端。對于 的 I/OCLOCK，驅(qū)動源阻抗必須 小于或等于 50Ω，而且用 60pF 電容來限制模擬輸入電壓的斜率 15 I 片選端。 TLC2543 引腳功能如表 3 所示，其 特點(diǎn) 如下： ① 11 個(gè)模擬輸入通道； ② 3 路內(nèi)置自測試方式； ③采樣率為 66kbps； ④線性誤差177。它使用逐次逼近技術(shù)完成 A/D 轉(zhuǎn)換過程。