【文章內容簡介】 參考電壓輸入 2 +IN 模擬正輸入 3 IN 模擬負輸入，常接地 4 GND 地電平 5 CS/SHDN 低電平時為片選，高電平時進入掉電模式 6 Dout 12 位數(shù)據串行輸出， 7 DCLOCK 數(shù)據同步串行時鐘，并決定了轉換數(shù)率 8 +Vcc 電源輸入 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計 （論文） 11 電路 設計 單片機應用電路是整個數(shù)控的執(zhí)行部分，主要有 12位 模數(shù)轉換芯片 ADS7816 和 12位數(shù)模轉換芯片 Max532 等元件。他們分別起著電流實 時測試并反饋測試結果和電流輸出的數(shù)字控制等功能。各單元電路如下 ： D/A 轉換（ MAX532） a)IO 口資源分配 DIN 接 P11； SCLK 接 P12； CS 接 P10。 b)硬件電路設計 如圖 44 所示，在正電源 VDD 和負電源 VSS 上 加上了兩個濾波電容，一個 10μ F的電解電容和一個 F的電容，目的 是穩(wěn)壓 。 可以是電源紋波小，使芯片工作時性能好，輸出的波形更加穩(wěn)定。為之后穩(wěn)定電流的輸出奠定了良好的基礎。 圖 44 MAX532 的引腳連接圖 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計 （論文） 12 A/D 轉換 （ ADS7816） a)IO 口資源分配 DCLOCK 接 P13； DOUT接 P14； CS 接 P15。 b)硬件電路設計 如圖 45 所示，在正電源 VDD 上同樣也加上了 個 1u的 濾波電容 ，目的同樣 是穩(wěn)壓 。芯片的電源供電越穩(wěn)定，紋波越小，其性能越好，采樣值越穩(wěn)定。 圖 45 ADS7816 的引腳連接圖 電源設計 芯片選擇及其性能介紹 單片機及其外設工作電源 選用 7800 系列 (輸出正電壓 )和 7900 系列（輸出負電壓）三端 固定輸出穩(wěn)壓器。 大功率三極管及其電流源負載 電源 選用三端輸出可調穩(wěn)壓器LM317 做成可調穩(wěn)壓電路 LM317 為三端輸出可調穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓精度高，輸出紋波小。其輸出電壓為 ～ 37V 連續(xù)可調。其外形與引腳配 置 如 圖 46 所示： 這種集成穩(wěn)壓器有三個輸出端，即電壓輸入端（ IN PUT） VI、電壓輸出端（ OUT PUT） VO和調節(jié)端 ADJ，它沒有公共端，接地端往往接電阻再到地。 圖 46 主要性能參數(shù)： 符號 參數(shù) 結果 單位 Vio 輸入輸出電壓差 40 V Vref 參考電壓 V Io(max) 輸出電流 A Top 操作溫度 0～ 125 ℃ Tstg 存儲器溫度 60～ 150 ℃ 780 781 7912 為 三端 固定輸出穩(wěn)壓器 。它 是一種串聯(lián)調整式 集成 穩(wěn)壓器 ，全部電路集成在一塊芯片上 ， 內部電路由恒流源、基準電壓源、取樣電阻、比較放大、安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計 （論文） 13 調整管、保護電路、溫度補償電路組成。 整個集成穩(wěn)壓電路只有輸入（ VI）、輸出（ VO）和公共端（ COM）三個引出端，使用非常方便。其中 78為正電壓輸出 79為負電壓輸出。 三端 固定輸出穩(wěn)壓器，因內部有過熱、過流保護電路，因此它的性能優(yōu)良、可靠性高。有因這種穩(wěn)壓器具有體積小、使用方便、價格低廉等優(yōu)點，所以得到廣泛應用。 單片機及其外 設工作電源 該電源按常規(guī)設計，輸出電壓等級有 +5V，177。 12V， 其中 +5 V 給 單片機及外設 供電；177。 12V為 MAX53 LM324 供電 。 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成 。 電路原理圖如圖 4圖 48 所示。 V in1GND2V ou t3U47 80 5+ C 221 00 uC 370 .33 uC41 04D6IN 40 07+ C 184 70 uJ7A C 1 2+ 5V.... 圖 47 +5V 電源 123J7A C 1 2V in1GND2V ou t3U37 81 21234D2B R I D G E 1L1IN D U C T O R 1+ C 154 70 u+ C 164 70 uC 170 .3 3 uC 190 .3 3 uGND1IN2O U T3U7 7 91 2+ C 211 00 u+ C 231 00 uC31 04C51 04V + 1 2V 12 圖 48 177。 12V電源 a)整流和濾波電路： +5V 電源 采用半波整流， 177。 12V 電源 采用全波整流， 整流 的 作用是將交流電壓變換成脈動電壓 。濾波電路 由電容組成，其作用是 將 脈動電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。 b)穩(wěn)壓電路：由于得到的輸 出電壓受負載、輸入電壓和 溫度的影響不穩(wěn)定，采用穩(wěn)壓電路 得到穩(wěn)定的電壓。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計 （論文） 14 電源 輸出電壓 ～ 37V 可調， 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路 、保護電路 和穩(wěn)壓電路組成 。 其電路原理圖如圖 49所示。 1234D3B R I D G E 112J 1 4A C 1 81 32V VA D JIN O U TU6 L M 3 17D55 40 8D45 40 8+ C 273 30 0u+ C 334 70 u+ C 344 70 uC 200 .33 uC91 04C 101 04R41 50R6 1 0KV C L....圖 49 ～ 21V 可調電源 a)電源變壓器 ：我們設計負載 端 輸入電壓 Uomax 為 18V，因此 經過整流的脈動電壓V2 為 21V（一般高 3V 左右，太小影響穩(wěn)壓，太大穩(wěn)壓器功耗大，易受熱損壞），考慮電網電壓 10﹪波動，最終取 V2=24V。則變壓器輸出電壓 V1≈ V2／ =17V，受變壓器規(guī)格限制，實際應選 V1=18V。 由于課題要求 改變負載電阻，輸出電壓在 10V 以內變化 ，最大輸出電流 為 2A，采樣電阻 R=。因此要求變壓器最大輸出功率 Pomax=(10+5) 2+2 2 =40W。5V是考慮電流源輸出 10V 電壓，輸出 2A電流時，為三級管留出的 ce極間電壓。為可靠起見，留有足夠的功率裕量，選變壓器輸出功率為 50W。 b)整流和濾波電路 : 采用全波整流。 由于要求輸出的電流最大值為 2021mA,而且主要電 流從它通過，所以要用大電容，本設計采用 4700uF 50V電解電 容和 電容并聯(lián) 構成濾波電路。 以減小紋波電壓，穩(wěn)定輸出電壓，增強帶負載能力。 c) 保護電路 ：當穩(wěn)壓器輸出端使用大電容，且輸出電壓大于 6V時如圖 49 那樣在輸入、輸出端跨接 D D5 兩個 保護二極管，以防輸入端短路時，輸出電容通過穩(wěn)壓器放電使穩(wěn)壓器損壞。 D D5 選用 小功率二極管 5408。 d)穩(wěn)壓 電路輸出電壓為： VO = VREF ?1 ??R2/R1??+ IADJ R2 輸出調節(jié)電路中固定電阻Ｒ 1取 150?，此時 ?????? ?????????? ?? 1 5 o 212 RRR 電位器 R2選取 10k 精密線繞電位器，因整流橋輸出為 26V 直流電，故 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計 （論文） 15 Uomax 能滿足 18V需求，經測量，最大可達到 21V。 恒流源模塊設計 芯片選擇及其性能介紹 LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖 410 所示。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。 在 壓控電流源模塊中用到兩個運算放大器，我們選用 LM324，既節(jié)省了板子空間，剩余的 兩個運算放大器 又 為以后的功能擴展留有余地。 圖 410 a) b) 圖 411 LM324 每一組運算放大器可用圖 a所示的符號來表示，它有 5個引出腳，其中“+” 、 “ ” 為兩個信號輸入端， “V+” 、 “V ” 為正、負電源端， “Vo” 為輸出端。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324 的引腳排列見圖 b。 由于 LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。 2N3055 是 硅 NPN 型晶體管 TO3 金屬封裝。它用于開關電路的功率放大，輸出功率大、線性度好等特點。主要性能參數(shù)如下： 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計 （論文） 16 圖 411 性能指標 最大反向電壓 Vbeo 電流 Icm 功率 Pcm 放大系數(shù) 特征頻率 管子類型 封裝 100V 15A 115W 200 800MHZ NPN TO3 表 一 最大標稱值 符 號 參 數(shù) 結 果 單 位 VCBO 集電極 — 基極 電壓 (IE = 0) 100 V VCER 集電極 — 發(fā)射極 電壓 (RBE = 100?) 70 V VCEO 集電極 — 發(fā)射極 電壓 (IB = 0) 60 V VEBO 集電極 — 基極 電壓 (IC = 0) 7 V IC 集電極電流 15 A IB 基級電流 7 A Ptot 耗散 總數(shù) Tc ??25 oC 115 W Tstg 存儲器溫度 60to200 oC Tj 最大控制溫度 200 Oc 表 二 電氣特性 （ Tcase = 25 oC） 符 號 參 數(shù) 測 試 調 節(jié) min max 單位 ICEV 集電極截止電流 (VBE = ) VCE = 100 V \ VCE = 100 V Tj = 125 oC 1\5 mA ICEO 集電極截止電流 (IB = 0) VCE = 30 V mA IEBO 發(fā)射極截止電流 (IC = 0) VEB = 7 V 5 mA VCEO(sus) 集電極 — 發(fā)射極反向擊穿電壓 IC = 200 mA 700 V VCER(sus) 集電極 — 發(fā)射極反向擊穿電壓 IC = 200 mA RBE = 100 ? 70 V VCE(sat) 集電極 — 發(fā)射極 反向擊穿電壓 IC = 4 A IB = 400 mA \ IC = 10 A IB = A 1\3 V VBE?? 基 極 — 發(fā)射極電壓 IC = 4 A VCE = 4 A V hFE?? 直流電流增益 IC = 4 A VCE = 4 A \ IC = 10 A VCE = 4 A 20\5 70 fT 特征頻率 IC = 1 A VCE = 4 A MHz Is/b? 集電極 擊穿電流 VCE = 40 V A 表 三 壓控電流源電路設計 電壓控制的電流源電路如圖 412 所示。壓控電流源模塊主要由 反向放大單元、 給定與比較放大單元、 濾波電路、 功率放大單元和電流反饋單元組成。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計 （論文） 17 231411U 11 AL M 3 24567411U 11 BL M 3 24+ C 311 0u C81 04R91 00B1C2E3Q12 N 3 05 5R 122 .512J 1 6T E S T+C 321 0uC 141 04V + 1 2V C LV 12D A CR 171 0KR 181 0K11