畢業(yè)設計數(shù)控恒流源設計(編輯修改稿)
2025-07-26 15:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，根據(jù)實際輸出對電流源進行實時調(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，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?？刂葡到y(tǒng)采樣電流/電壓轉(zhuǎn)換單元恒流輸出 數(shù)據(jù)處理單元圖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)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進行信號處理，如選用CPLD等可編程邏輯器件。本方案電路復雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴展，對信號處理比較困難。方案二：采用AT89S52單片機作為整機的控制單元，通過改變AD7543的輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電流的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電流值的大小，可以將電流轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機實時對電壓進行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理及顯示。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預置以及電流的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。本方案的基本原理如圖2所示。測試通道恒流輸出輸出調(diào)整單元整流濾波交流輸入芯片供電部分D/A轉(zhuǎn)換器反饋通道A/D轉(zhuǎn)換器單片機及外圍電路數(shù)碼管顯示鍵盤 圖2 系統(tǒng)原理框圖比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，能達到題目的設計要求，因此采用方案二來實現(xiàn)3模塊電路設計與比較方案一：采用恒流二極管或者恒流三極管，精度比較高，但這種電路能實現(xiàn)的恒流范圍很小，只能達到十幾毫安，不能達到題目的要求。 方案二：采用四端可調(diào)恒流源，這種器件靠改變外圍電阻元件參數(shù)，從而使電流達到可調(diào)的目的，這種器件能夠達到1~2000毫安的輸出電流。改變輸出電流，通常有兩種方法：一是通過手動調(diào)節(jié)來改變輸出電流，這種方法不能滿足題目的數(shù)控調(diào)節(jié)要求；二是通過數(shù)字電位器來改變需要的電阻參數(shù)，雖然可以達到數(shù)控的目的，但數(shù)字電位器的每一級步進電阻比較大，所以很難調(diào)節(jié)輸出電流。 方案三：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，利用單片機送出數(shù)字量，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成模擬信號，再送到大功率三極管進行放大。單片機系統(tǒng)實時對輸出電流進行監(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。當改變負載大小時，基本上不影響電流的輸出，采用這樣一個閉路環(huán)節(jié)使得系統(tǒng)一直在設定值維持電流恒定。該方案通過軟件方法實現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定，易于功能的實現(xiàn)，便于操作，故選擇此方案。電路原理圖如圖3所示。圖3 壓控恒流源電路原理方案一：采樣電阻上的電壓，可知輸出電流與采樣電阻存在近似線性關系，因此可以從檢測電阻上電壓的大小來直接增減反饋深度。方案二：從采樣電阻上得到一個反饋電壓，由于采樣電阻阻值比較小，在該電阻上的壓降相應也小，為了提高系統(tǒng)控制的靈敏度，采用一級運算放大器對采樣電壓進行放大，再送到ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)由單片機系統(tǒng)進行相應處理，為了達到1mA步進，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。同時反饋系統(tǒng)控制靈活，易于達到1mA的步進要求。由于要實現(xiàn)人機對話，至少要有10個數(shù)字按鍵和兩個步進按鍵，考慮到還要實現(xiàn)其它的功能鍵，選用16按鍵的鍵盤來完成整個系統(tǒng)控制。顯示部分采用8位LED數(shù)碼管，而且價格便宜，易于實現(xiàn)。考慮到單片機的I/O端口有限，為了充分優(yōu)化系統(tǒng)，采用外部擴展一片8155來實現(xiàn)鍵盤接口與顯示功能。電路原理如圖4所示。 圖4鍵盤及顯示電路方案一：用開關穩(wěn)壓電源給整機供電，此方案能夠完成本作品電流源的供電，但開關電源比較復雜，而且體積也比較大，制作不便，因而此方案難以實現(xiàn)。方案二：單片機控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用78系列三端穩(wěn)壓器件，通過全波整流，然后進行濾波穩(wěn)壓。電流源部分由于要給外圍測試電路提供比較大的功率，因此必須采用大功率器件?？紤]到該電流源輸出電壓在10V以內(nèi)，最大輸出電流不大于2000mA，由公式P=U*I可以粗略估算電流源的功耗為20W。同時考慮到恒流源功率管部分的功耗，需要預留功率余量，因此供電電源要求能輸出30W以上。為了盡量減少輸出電流的紋波，要求供電源要穩(wěn)定，因此采用隔離電源，選用由LM338構(gòu)成的高精度大電流穩(wěn)壓電源。此方案輸出電流精度高，能滿足題目要求，而且簡單實用，易于自制，故選用方案二。穩(wěn)壓電源原理如圖5所示。 圖5 穩(wěn)壓電源原理為了使本數(shù)控直流電流源進一步智能化，考慮到題目要求輸出電壓不大于10V，因此系統(tǒng)測試部分設計了一個過壓報警電路，用于對電壓的實時監(jiān)測，一旦有過壓現(xiàn)象，控制器響應后會發(fā)出報警控制信號。電路原理參見圖3。4軟件設計根據(jù)實際的硬件電路，為了有效地減小紋波電流，用軟件方法實現(xiàn)去峰值數(shù)值濾波，以減小環(huán)境參數(shù)對輸出控制量的影響。軟件設計主程序流程圖和閉環(huán)比較子程序流程圖，電流設置子程序流程圖，鍵盤中斷子程序流程圖 顯示中斷子程序流程圖，分別如下圖所示。根據(jù)本系統(tǒng)的實際要求軟件設計可分為
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