畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)(參考版)
2025-07-02 15:07本頁(yè)面
【正文】 5mA，大大提高了系統(tǒng)的精度。本系統(tǒng)的研制主要應(yīng)用到了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、大功率電源設(shè)計(jì)、電子工藝等多方面的知識(shí)，所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)程序控制的壓控恒流源，達(dá)到了題目要求。表5 紋波電流測(cè)試設(shè)定輸出電流/mA負(fù)載阻值/紋波電壓實(shí)測(cè)值/mV轉(zhuǎn)換成紋波電流/mA501090103351075651450517005198056結(jié)束語(yǔ)在設(shè)計(jì)制作數(shù)控直流恒流源的過(guò)程中，我們深切體會(huì)到，實(shí)踐是理論運(yùn)用的最好檢驗(yàn)。表4 負(fù)載阻值變化測(cè)試表鍵盤(pán)設(shè)定值 /mA負(fù)載阻值 /顯示輸出值 /mA外部測(cè)量值 200120020052002001020020020200200502005001504 A5005504 A50010496 A50015496 A50020504 A100011000 A100021000 A100051000 A100081000 A1000101000 A200012000 A200022000 A200032000 A200042000 A200052000 A測(cè)試及運(yùn)算結(jié)果表明，輸出紋波電流較小，~。造成這種誤差主要是因?yàn)殡S著系統(tǒng)工作時(shí)間延長(zhǎng)，系統(tǒng)器件溫度不斷升高，采樣電阻與負(fù)載電阻有所增大，且晶體管的放大倍數(shù)有所減小，因而造成輸出電流減少而采樣電阻兩端電壓不變。則要Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換回來(lái)的數(shù)乘以8才能達(dá)到2000mＡ，即顯示輸出值是每隔8毫安跳變的，而外部測(cè)量值也是８毫安跳變的，所以理論上設(shè)定值與實(shí)際值的最大誤差為4mＡ。所以實(shí)際調(diào)試時(shí)只能拿中間值1000毫安來(lái)作基準(zhǔn)。給電流源上電，通過(guò)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(guò)外部電流表測(cè)量的電流值，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。測(cè)試電壓采用數(shù)字表ＸＢ－9208Ｂ的2Ｖ檔和20Ｖ檔。因此本測(cè)試進(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)采用定時(shí)中斷0來(lái)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(wú)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。本系統(tǒng)采用外部中斷1來(lái)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(wú)需顧慮其它程序模塊運(yùn)行情況。通過(guò)鍵盤(pán)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(shuō)設(shè)置電流不能大于2000mＡ。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)）。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(guò)LED把穩(wěn)定的實(shí)際值顯示出來(lái)。：流程圖如圖7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：：流程圖如圖6所示。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。 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，考慮到題目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(guò)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(guò)壓現(xiàn)象，控制器響應(yīng)后會(huì)發(fā)出報(bào)警控制信號(hào)。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。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。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。 圖4鍵盤(pán)及顯示電路方案一：用開(kāi)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(kāi)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)。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(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)接口與顯示功能。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(pán)來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)控制。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。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(lái)直接增減反饋深度。該方案通過(guò)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。單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)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。 方案三：壓控恒流源，通過(guò)改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來(lái)控制輸出電流的大小。 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(dá)到可調(diào)的目的，這種器件能夠達(dá)到1~2000毫安的輸出電流。本方案的基本原理如圖2所示。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電流值的大小，可以將電流轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過(guò)ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采
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