數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)資料(編輯修改稿)
2025-05-03 03:33 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用于鍵盤(pán)掃描、數(shù)據(jù)處理、采樣反饋、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)等功能。本次設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為主控單元，AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[11]。其中RST引腳所接為復(fù)位電路，由按鍵、10uF極性電容、10K電阻夠成；XTAL1與XTAL2引腳外接時(shí)鐘電路。 STC89C52單片機(jī)小系統(tǒng) 單片機(jī)串口通信計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送方式共分為并行和串行數(shù)據(jù)傳送兩種方式，串行數(shù)據(jù)傳送按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)并行的，當(dāng)計(jì)算機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)再發(fā)送。由于計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間需要電平轉(zhuǎn)換，所以連接MAX232芯片即可完成RS232與TTL電平的轉(zhuǎn)換。串口的3號(hào)引腳為數(shù)據(jù)傳輸接口，經(jīng)過(guò)MAX232的R2in、T2out、T2in、即RXD、RXT串行輸入輸出端，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的串口通信[12]。芯片MAX232功能簡(jiǎn)介：第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由11114腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中11114腳為第一數(shù)據(jù)通道；7腳為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電部分。15腳GND、16腳VCC (+5V)。 恒流部分DA模塊輸出的電壓U1接在比例放大器的同相輸入端，由于虛短的緣故，同相與反相端的電壓相等，反相端的電電流I=U1/（R7//R8），為了達(dá)到恒流的目的，必須對(duì)輸出端的電壓進(jìn)行放大，本系統(tǒng)采用TIP122的晶體管進(jìn)行放大。經(jīng)過(guò)采樣后電阻的電壓，再經(jīng)過(guò)比例放大器TL082放大后接入到AD模塊的輸入端。 DA轉(zhuǎn)換電路根據(jù)單片機(jī)指令輸出控制電壓，芯片采用12位DA芯片TLV5618,基準(zhǔn)電壓采用REF5040輸出的+5V,TLV5618為負(fù)壓輸出，輸出范圍0~5V。 ： D/A模塊的電路圖AD轉(zhuǎn)換電路采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后送入AD芯片轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送入單片機(jī)處理。AD芯片采用12位芯片TLC2552,基準(zhǔn)電壓+5V。 。 A/D模塊電路圖 電源部分制作一個(gè)有+15V、15V、+5V、5V、+18V電壓源為本系統(tǒng)供電。其中，輸出+15V與15V給TL082運(yùn)算放大電路供電，18V加在晶體管的兩端，+5V與5V其他的電路供電。一個(gè)可調(diào)穩(wěn)壓電源，輸出電壓在2V~32V。穩(wěn)壓電源采用的芯片為L(zhǎng)M317穩(wěn)壓塊。 基準(zhǔn)源電路圖采樣電阻的選擇十分重要，要就噪聲小，溫度特性好，所以最好選擇低溫度系數(shù)的高精度采樣電阻。采樣電阻與負(fù)載串聯(lián)時(shí)流過(guò)采樣電阻的電流通常比較大，因而溫度也會(huì)隨之上升，可以通過(guò)漸少載流量和增加散熱面積來(lái)避免因溫度過(guò)高導(dǎo)致采樣電阻值發(fā)生變化。在條件允許的情況下，還可以采取風(fēng)冷的辦法解決。另外采樣電阻阻值取大一點(diǎn)，對(duì)穩(wěn)定度有好處，但會(huì)使系統(tǒng)效率下降，這種考慮取R=。 誤差電壓放大器電流穩(wěn)定度與放大器有直接關(guān)系，在大功率電源里基本上是倒數(shù)關(guān)系，本設(shè)計(jì)選用TL082作為誤差放大器。具有高增益，低輸入失調(diào)電壓，低失調(diào)電流，低溫漂，低嘈聲電壓。，最大采樣電壓為1V，而負(fù)載端最高電壓為10V。為了防止放大器進(jìn)入飽和區(qū)，設(shè)計(jì)將放大器的工作電壓取為177。15V。 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓的選擇非常重要，它直接影響恒流源輸出電流的準(zhǔn)確性,穩(wěn)定性及紋波系數(shù)等項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。設(shè)計(jì)選擇了目前性能最佳，電壓溫度系數(shù)最低的精密基準(zhǔn)電源REF5040。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)始 程序總體流程圖初始化程序等待按鍵按輸入 液晶顯示結(jié)束 程序流程圖 D/A子程序D/A轉(zhuǎn)換器TLV5618 模塊的軟件設(shè)計(jì)：通過(guò)DIN，SCLK，CS三條控制線設(shè)置轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)。頭四位為特殊位用于選擇轉(zhuǎn)化方式，以及用于通道選擇，可自行設(shè)置。后12位為需要轉(zhuǎn)換的值，實(shí)現(xiàn)電壓的可變輸出。程序調(diào)節(jié) D/A的輸出，使輸出值更加準(zhǔn)確。鍵盤(pán)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)12位 D/A再送到恒流源模塊，12位 D/A測(cè)量取樣電阻上的電壓值經(jīng)過(guò)反饋回單片機(jī)，調(diào)整 D/A輸出電壓大小，進(jìn)而調(diào)整電流接近預(yù)置值，使輸出電流達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 D/A轉(zhuǎn)換器程序流程圖如圖所示。開(kāi)始初始化數(shù)據(jù)寫(xiě)入通道選擇進(jìn)入轉(zhuǎn)換結(jié)束 D/A轉(zhuǎn)換流程圖主要性能有以下幾點(diǎn)：（1）分別率：12bits；（2）輸出：雙路電壓輸出型，輸出電壓范圍為基準(zhǔn)電壓的兩倍；（3）單電源+5V工作；（4）接口：與SPI兼容的3線。 A/D子程序 TLC2552 轉(zhuǎn)換器將采樣電阻上的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)將此反饋信號(hào)與預(yù)置值比較，根據(jù)兩者間的差距值調(diào)整輸出信號(hào)大小。這樣就形成了反饋調(diào)節(jié)，提高輸出電流的精度。本設(shè)計(jì)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換前都對(duì)TLC2552進(jìn)行初始化，以便確定其采集轉(zhuǎn)換的通道、量程和極性等。A/D子程序流程圖如圖所示。開(kāi)始 初始化數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀出選擇電壓模式通道進(jìn)入轉(zhuǎn)換結(jié)束 A/D轉(zhuǎn)換流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試 測(cè)試結(jié)果所用儀表：數(shù)學(xué)示波器 數(shù)字萬(wàn)用表 實(shí)驗(yàn)室電源。當(dāng)負(fù)載端短路，即負(fù)載電阻RL=0Ω時(shí)，輸出電流的預(yù)置值、。 輸出電流的預(yù)置值、顯示值和實(shí)測(cè)值對(duì)照表（測(cè)量條件：RL=0Ω） 對(duì)照電流表對(duì)照電流123456789預(yù)置電流/mA20501003005001000120015002000顯示電流/mA20501013015011000120215002001實(shí)測(cè)電流/mA2151102299497955119114901988紋波電流/mA0..3 ，其主要原因是直流電流源部分輸入端的射極跟隨器的同相反相端的壓差不為0，不可能達(dá)到理想運(yùn)放的效果。但誤差值仍在題目允許的范圍內(nèi)。 當(dāng)負(fù)載電阻RL=1Ω時(shí)，輸出電流的預(yù)置值、。 輸出電流的預(yù)置值、顯示值和實(shí)測(cè)值對(duì)照表（測(cè)量條件：RL=1Ω） 對(duì)照電流表對(duì)照電流123456789預(yù)置電流/mA20501003005001000120015002000顯示電流/mA21511013015021002120215022002實(shí)測(cè)電流/mA2251101297496954119014891989紋波電流/mA0..4，主要是A/D轉(zhuǎn)換存在量化誤差，取樣電阻隨溫度升高阻值變化也會(huì)影響測(cè)量誤差。取樣電阻用康銅絲溫度系數(shù)較小，因此測(cè)量誤差在題目要求范圍之內(nèi)。當(dāng)負(fù)載電阻RL=2Ω時(shí)，輸出電流的預(yù)置值、。、顯示值和實(shí)測(cè)值對(duì)照表（測(cè)量條件：RL=2Ω） 對(duì)照電流表對(duì)照電流123456789預(yù)置電流/mA20501003005001000120015002000顯示電流/mA20511013015021001120215022002實(shí)測(cè)電流/mA214999299497955119114901988紋波電流/mA0..4 當(dāng)負(fù)載電阻RL=，輸出電流的預(yù)置值、。 輸出
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