數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(編輯修改稿)
2024-11-13 13:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的影響，使設(shè)定值與內(nèi)部測量值的關(guān)系改變，使得設(shè)定值與內(nèi)部測量 值 不一致，有時(shí)會(huì)相差上百毫安，只能重新測量設(shè)定值與Ａ /Ｄ采樣顯示值的關(guān)系改變Ｄ /Ａ入口數(shù)值的大小才能重新達(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，得出它們的差值，再調(diào)整Ｄ /Ａ的入口數(shù)值，從而使Ａ /Ｄ采樣顯示值逐步逼近設(shè)定值最終達(dá)到一致。而 我們無須關(guān)心Ｄ /Ａ入口數(shù)值的大小，從而省去了原程序中雙字節(jié)乘除的部分，使程序簡單而不受周圍環(huán)境等因素的影響。 你 內(nèi)部測量值與實(shí)際測量值的誤差是由于取樣電阻與負(fù)載電阻和晶體管的放大倍數(shù)受溫度的影響和測量儀 表的誤差所造成的，為了減少這種誤差，一定要選用溫度系數(shù)低的電阻來作采樣電阻，因此本系統(tǒng)選用錳銅電阻絲來做采樣電阻。 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 是電流的輸出端。電流的輸出級別可這樣計(jì)算 DX= 式中： DX 是控 制級數(shù) 電壓 由集成運(yùn)算放大器 U8A 的 1腳輸出，根據(jù) T型電阻網(wǎng)絡(luò)型的 D/A 轉(zhuǎn)換關(guān)系可知， 存在如下通式： 22222 )2......( 0012211 nREFfn REFnnnni VRVbbbbu BR ??????????????? ???? （ ） 數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì) 式中： —— 輸出電壓 (V)； —— 參考電壓 (V)； R —— T 網(wǎng)絡(luò)電阻( )； —— 外接反饋電阻 ( )。 電流放大電路存在如下關(guān)系： （ ） （ ） 式中： Ib—— 基極電流（ mA）； Ui—— 輸入電壓（ V）； IL—— 負(fù)載電流（ mA）。 由式（ ）、（ ）可得到： （ ） 由于電路中的放大系數(shù) 值遠(yuǎn)大于 1，而 與 保持恒定，所以可推出負(fù)載電流與輸入電壓存在如下關(guān)系： （ ） 由式 () 、（ ）可得到 : （ ） 其中， k為比例系數(shù)。 式（ ）可知，負(fù)載電流 不隨外部負(fù)載 的變化而改變。當(dāng) 保持不變時(shí) (即 AD7543的輸入數(shù)字量保持不變 )，輸出電流 維 持不變，能夠達(dá)到恒流的 目的。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控的目的，可以通過微處理器控制 AD7543 的模擬量輸出，從而間接改變電流源的輸出電流。從理論上來說，通過 控 制 AD7543 的輸出等級，可以達(dá)到 1mA 的輸出精度。但是本系統(tǒng)恒流源要求輸出電流范圍是 20mA~2020mA， 而當(dāng)器件處于 2020mA 的工作電流時(shí)，屬于工作在大電流狀態(tài)，晶體管長時(shí)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(shí)電流的波動(dòng)，在輸出部分增加了一個(gè)反饋環(huán)節(jié)來控制電流穩(wěn)定，減小電流的波動(dòng)，此反饋回路采用數(shù)字形式反饋，通過微處理器數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì) 的實(shí)時(shí)采樣分析后，根據(jù)實(shí)際輸出對電流源進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。經(jīng)測試表明，采用常用的大功率電阻作為采樣電阻 R0，輸出電流波動(dòng)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 21所示。 圖 21 電流輸出反饋電路原理 3 各部分選擇方 案 數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì) 恒流源方案選擇 壓控恒流源，通過改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機(jī)送出數(shù)字量，經(jīng) 過 D/A 轉(zhuǎn) 換轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再送到大功率三極管進(jìn)行放大。單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)對輸出電流進(jìn)行監(jiān)控，采用數(shù)字方式作為反饋調(diào)整環(huán)節(jié)，由程序控制調(diào)節(jié)功率管的輸出電流恒定。當(dāng)改變負(fù)載大小時(shí)，基本上不影響電流的輸出，采用這樣一個(gè)閉路環(huán)節(jié)使得系統(tǒng)一直在設(shè)定值維持電流恒定。該方案通過軟件方法實(shí)現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定，易于功能 的實(shí)現(xiàn)，便于操作，故選擇此方案。電路原理圖如圖 31所示 。 圖 31壓控恒流源電路原理 過壓報(bào)警功能設(shè)計(jì) 數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì) 為了使本數(shù)控直流電流源進(jìn)一步智能化，考慮到題目要求輸出電壓不大于 10V，因此系統(tǒng)測試部分設(shè)計(jì)了一個(gè)過壓報(bào)警電路，用于對電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦有過壓現(xiàn)象，控制器響應(yīng)后會(huì)發(fā)出報(bào)警控制信號(hào)。 反饋閉環(huán)方案選擇 從采樣電阻 上得到一個(gè)反饋電壓，由于采樣電阻阻值比較小，在該電阻上的壓降相應(yīng)也小，為了提高系統(tǒng)控制的靈敏度，采用一級運(yùn)算放大器對采樣電壓進(jìn)行放大，再送到 ADC0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理，為了達(dá)到 1mA 步進(jìn)，選用12位串行 D/A轉(zhuǎn)換器件 AD7543可以滿足題目要求，而且該芯片是采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，硬件 電路簡單。同時(shí)反饋系統(tǒng)控制靈活，易于達(dá)到 1mA 的步進(jìn)要求。 控制單元方案選擇 鍵盤和顯示五個(gè)鍵盤直接與數(shù)據(jù)總線連接，有鍵按下時(shí)可以發(fā)出中斷請求。顯示部分有 74LS164 驅(qū)動(dòng) LED 顯示。用液晶顯示輸出電流理論值，用數(shù)碼管顯示電流實(shí)測值． 由于 要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，至少要有 10 個(gè)數(shù)字按鍵和兩個(gè)步進(jìn)按鍵，考慮到還要實(shí)現(xiàn)其它的功能鍵，選用 16 按鍵的鍵盤來完成整個(gè)系統(tǒng)控制。顯示部分采用 8位 LED 數(shù) 碼管，而且價(jià)格便宜，易于實(shí)現(xiàn)。考慮到單片機(jī)的 I/O 端口有限，為了充分優(yōu)化系統(tǒng)，采用外部擴(kuò)展一片 8155 來實(shí)現(xiàn)鍵盤接口與 顯示功能。電路原理如圖 32 所 示。 數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì) 控制與顯示電路圖 32 3．
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