最新數(shù)控恒流源(編輯修改稿)
2024-08-28 19:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(guān)系，因此可以從檢測(cè)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(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(jí)運(yùn)算放大器對(duì)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(jiǎn)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。由于 要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)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)?？紤]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4所 示。圖4鍵盤及顯示電路 方案一：用開關(guān)穩(wěn)壓電源給整機(jī)供電，此方案能夠完成本作品電流源的供電，但開關(guān)電源比較復(fù)雜，而且體積也比較大，制作不便，因而此方案難以實(shí)現(xiàn)。 方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(jìn)行濾波穩(wěn)壓。電流源部分由于要給外圍測(cè)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(shí)考慮到恒流源功率管部分的功耗，需要預(yù)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(jiǎn)單實(shí)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(jìn)一步智能化，考慮到要求輸出電壓不大于10V，因此系統(tǒng)測(cè)試部分設(shè)計(jì)了一個(gè)過壓報(bào)警電路，用于對(duì)電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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)。電路原理參見圖3。4 軟件設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際的硬件電路，為了有效地減小紋波電流，用軟件方法實(shí)現(xiàn)去峰值數(shù)值濾波，以減小環(huán)境參數(shù)對(duì)輸出控制量的影響。軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖和閉環(huán)比較子程序流程圖；電流設(shè)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(shí)際要求軟件設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)功能模塊：主程序負(fù)責(zé)與各子程序模塊的接口和檢查鍵盤功能號(hào)。：流程圖如圖7所示。 通過調(diào)用閉環(huán)比較子程序得出實(shí)際值與設(shè)定值的差值，如果是實(shí)際值大于設(shè)定值則將原來的Ｄ/Ａ的入口數(shù)值減去這個(gè)差值再送去D/A轉(zhuǎn)換，如果是實(shí)際值小于設(shè) 定值則把原來的Ｄ/Ａ的入口數(shù)值加上這個(gè)差值再送去轉(zhuǎn)換。如果輸出值與設(shè)定值仍然不一致，再將差值和設(shè)定值相加送D/A轉(zhuǎn)換，以逐步逼近的形式使實(shí)際值和 設(shè)定值相一致后通過LED把穩(wěn)定的實(shí)際值顯示出來。而逐步逼近過程中的實(shí)際值不送顯示因此減少了實(shí)際顯示值的不穩(wěn)定。這也是結(jié)構(gòu)化程序的要點(diǎn)（合理設(shè)置程 序的順序結(jié)構(gòu)）。：流程圖如圖8所示。通過鍵盤設(shè)置電流的大小，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)最大輸出電流是2000mＡ，所以該子程序兼有電流設(shè)置合法性，也就是說設(shè)置電流不能大于2000mＡ。：流程圖如圖9所示。本系統(tǒng)采用外部中斷1來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掃描，使程序及時(shí)響應(yīng)按鍵請(qǐng)求而無需顧慮其它程序模塊運(yùn)行情況。：流程圖如圖10所示。本系統(tǒng)采用定時(shí)中斷0來實(shí)現(xiàn)逐位動(dòng)態(tài)顯示，每位顯示間隔固定為2ms，使LED輸示非常穩(wěn)定，無法考慮定時(shí)刷新顯示，使得該顯示子程序簡(jiǎn)單靈活，適用性廣。圖7 閉環(huán)比較子程序流程圖圖8 電流設(shè)置子程序模塊5 數(shù)據(jù)測(cè)試及分析數(shù)據(jù)測(cè)試是反映系統(tǒng)性 能的重要指標(biāo)。因此對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測(cè)試，分別為輸出電流測(cè)試、步進(jìn)電流測(cè)試、工作時(shí)間測(cè)試、負(fù)載阻值變化測(cè)試、紋波電流測(cè)試。本系統(tǒng)測(cè)試采用的儀表 如下：當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)電流分別0～200ｍＡ和200ｍＡ~2000ｍＡ?xí)r，分別采用數(shù)字表ＤＴ9801的200ｍＡ檔和10Ａ檔。測(cè)試電壓采用數(shù)字表ＸＢ－ 9208Ｂ的2Ｖ檔和20Ｖ檔。測(cè)試紋波電流采用低頻毫伏表DA—16D來測(cè)試紋波電壓，但當(dāng)測(cè)量值與對(duì)應(yīng)量程相差較大時(shí)，會(huì)有一定的誤差。給電流源上電，通過按鍵設(shè)定輸出電流值，對(duì)應(yīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓、晶體管基極電壓，電流源自身檢測(cè)到實(shí)際輸出電流值以及通過外部電流表測(cè)量的電流值，相 關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。由表可知設(shè)定值的線性增大，相關(guān)數(shù)據(jù)也相應(yīng)增大，但由于取樣電阻負(fù)載電阻和晶體管的放大倍數(shù)受溫度的影響和測(cè)量?jī)x表的誤差而造成大電流 時(shí)實(shí)際值比設(shè)定值略小，小電流時(shí)實(shí)際值比設(shè)定值略大。所以實(shí)際調(diào)試時(shí)只能拿中間值1000毫安來作基準(zhǔn)。表1 輸出電流測(cè)試表鍵盤設(shè)定值/mAD/A轉(zhuǎn)換
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