【正文】 ，設(shè)計(jì) 16 個(gè)按鍵即可滿足要求，鍵盤電路如圖 310所示。有以下求取采樣電阻的經(jīng)驗(yàn) 式 () SISLUR I?m a x22I 2 0 0 0 m An l o g l o g 1 1I 1 m A? ? ??12^5 2 m V?? 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 為負(fù)載電流。 電流檢測(cè)電路圖 所示，其中 A/D 轉(zhuǎn)換器采用TLC2543，其是 12位 A/D 轉(zhuǎn)換器，低功耗，只需要單個(gè) +5V 供電 。 測(cè)電路設(shè)計(jì) 電流檢測(cè)原理介紹 [2] 為了提高電流輸出地精度，需要引入一個(gè)反饋回路，用來(lái)指示當(dāng)前輸出地電流大小，完成該功能的電路即為電流檢測(cè)電路。 當(dāng) TLC5615 工作在單極 0～ 5 V輸出 模式時(shí)，輸出電壓分辨率為 : 10^5 2 ?? V 式（ ） 由于本系統(tǒng)輸出電流為 0～ 2A，所以只使用 0000H～ 03DDH 與輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 圖 TLC5615 硬件 電路 圖 TLC2543組成的 A/D轉(zhuǎn)換器電路 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 圖 TLC2543硬件 電路 圖 TLC2543組成的 A/D轉(zhuǎn) 換器電路 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 理論分析與參數(shù)計(jì)算 [12] 本題要求輸出電流范圍為 20～ 2021mA(綜合基本要求和發(fā)揮要求 )，步進(jìn) 1mA，也即分辨率為 1mA，根據(jù)式 (35)得 式 (3． 9) 所以 n取 10就可以了。 上兩種芯片可以通過(guò)編程和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 由于是串行輸入結(jié)構(gòu) , 能夠節(jié)省 51系列單片機(jī)的 I/O資源 。其主要特點(diǎn)如下 ∶ ① 單 5v電源工作； ② 3線串行接口； ③ 高阻抗基準(zhǔn)輸入端； ④ DAC 輸出的最大電壓為 2倍基準(zhǔn)輸入電壓； ⑤ 上電時(shí)內(nèi)部自動(dòng)復(fù)位； ⑥ 微功耗，最大功耗為 1． 75rrrⅣ； ⑦ 轉(zhuǎn)換速率快，更新率為 。 D/A 和 A/D轉(zhuǎn)換器介紹 [12] 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的分析選擇如下芯片∶ 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 TLC5615 是一個(gè)串行 1O 位 DAC 芯片，性能比 .早期電流型輸出的 DAC 要好。 D/A 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 電流源 恒定電流的產(chǎn)生是本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最主要部分。 從上述指標(biāo)可以看出， TIP142 可以滿足整個(gè)系統(tǒng)的輸出電流要求。 最大基極電流： IBM=。 最大集電極 —— 基極電壓： VCBM=100V。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 恒流源電路設(shè)計(jì) 恒流源由運(yùn)算放大器 TL084 以及達(dá)林頓管 TIP142 構(gòu)成，如圖 。 2. 整流濾波參數(shù)計(jì)算 工頻輸入為 220v、 50hz 的交流電壓，經(jīng)過(guò)整流濾波后得到 Ui1=24v 采用全波整流所以次級(jí)電壓應(yīng)為 : 2 i1U =U * 30V? 式（ ） 由變壓器性質(zhì) U1/U2=310/30，取 : 1 / 2 1 2 : 1NN ? 式（ ）。 R 的選擇 : / , 4. 6be z z Q m AR u I I I??? 取 ，所以得到 ?? 結(jié)合整流后的電路 160R ?? 。 C C2查穩(wěn)壓管使用手冊(cè)得 1 , 20. 33 0. 1uf ufcc?? d1n5231a 為二極管穩(wěn)壓器穩(wěn)壓值為 5v。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 圖 電路 單片機(jī)電源（第二級(jí)電源） 圖 單片機(jī) 和 D/A、 D/A系統(tǒng)供電電源電路 電源 參數(shù)計(jì) 算 [10] 1. 對(duì)穩(wěn)壓器的參數(shù)計(jì)算：輸出 V0=+12v， I0=3A 的穩(wěn)壓電路。為了給系統(tǒng)提供更大的電流，需外加功率管進(jìn)行擴(kuò)流 或者加電阻進(jìn)行擴(kuò)流 ，電路如 圖 所示 。 主電源 在本設(shè)計(jì)中 ,運(yùn)放需177。由于對(duì)電流穩(wěn)定度要求太高 ,很小的干擾就會(huì)影響測(cè)試結(jié)果 ,所以 設(shè)計(jì)出好的供電電源是非常重要的 。選取頻率為 的晶振，微調(diào)電容是瓷片電容 [11]。常用的時(shí)鐘電路方式有兩種：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式，這里采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式，外接晶振。 鍵 盤L C D 1 6 0 2T L C 5 6 1 5 轉(zhuǎn) 換L M 3 5 8 與 T I P 1 4 2組 成 恒 流 源T L C 2 5 4 3 采 集供 電 電 源 可 供 5 v 和 2 0 v單 片 機(jī) 5 1 圖 系統(tǒng)的總體硬件框圖 主控電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)的，有條不紊地進(jìn)行工作。根據(jù)系統(tǒng)要求采用 D/A 轉(zhuǎn)換后接運(yùn)算放大器構(gòu)成的功率放大，控制 D/A的輸入從而控制電流值的方法 。 綜合上述，數(shù)控直流恒流源的設(shè)備選型如表 21所示。注意顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無(wú)需人工干預(yù)，每次輸入指令都先調(diào) 2 數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)描述 7 用判斷液晶模塊是否忙的子程序 DELAY，然后輸入顯示位置的地址 0C0H，最后輸入要顯示的字符 A的代碼 41H。點(diǎn)陣式 LCD 可以顯示字符、數(shù)字 等功能。 在本系統(tǒng)中，考慮到顯示的內(nèi)容以及系統(tǒng)的實(shí)用性，采用液晶顯示（ LCD）。 顯示 一般情況下，顯示單元可以采用一般的數(shù)碼管顯示，因?yàn)閿?shù)碼管具有接線簡(jiǎn)單，成本低廉，配置簡(jiǎn)單靈活，編程容易，對(duì)外界環(huán)境要求較低，易于維護(hù)等特點(diǎn)。 2. 獨(dú)立鍵盤 [8] 鍵盤是由若干獨(dú)立的鍵組成，鍵的按下與釋放是通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合與斷開(kāi)的瞬間均有一個(gè)抖動(dòng)過(guò)程 ,在按鍵較多時(shí)，占用的端口較多 ,使單片機(jī)的端 口不夠用且利用率低 ,但基于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)不適合采用獨(dú)立按鍵方式 。這樣，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤是合理的。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。下面將分別介紹矩陣式鍵盤和 獨(dú)立 鍵盤。 由于本設(shè)計(jì)只有輸出電流的采集， 8 路輸入通道， 但不 能夠滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 精度 要求。 A/D 轉(zhuǎn)換芯片： ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 —數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 D/A 轉(zhuǎn) 換芯片 DAC0832： 典型的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832，是采用 CMOS 工藝制造的 8 位單片 D/A 轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè) 11 通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 11個(gè)單斷模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 10 位 D/A，分辨率為 1/1024，選采樣電阻為 歐姆，D/A輸出分辨率為 2mA的電流，實(shí)現(xiàn)步進(jìn) 1mA，完全能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。所以本系統(tǒng)采用 TLC2543 和 TLC5615串口芯片。串口芯片由于接口簡(jiǎn)單，控制方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，得到廣泛的應(yīng)用。 DAC 和 ADC 方案論證 數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換一般有串口和并口。 圖 三極管組成的鏡像電流源典型電路 3. 運(yùn)算放大器加達(dá)林頓管組成的恒流源 [15] 運(yùn)算放大器加達(dá)林頓管組成的恒流源的典型電路如圖 。 1. 運(yùn)算放大器組成的恒流源 [15] 運(yùn)算 放大器組成的恒流源是利用了運(yùn)算放大器的兩個(gè)基本特性：虛短路和虛 路，其典型原 理圖如圖 。如果要做成實(shí)物可以單獨(dú)在來(lái)設(shè)計(jì)高穩(wěn)定的電源。發(fā)熱量很小，但是由于開(kāi)關(guān)管對(duì)強(qiáng)電流進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，干擾大大高于線性恒流源 [6]。 供電電源 方案一：采用線性恒流電路，該方案具有噪聲干擾小，電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，但是由于功率器件工作于線性狀態(tài)功率損耗大，發(fā)熱較大 ，在滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)在極限 下功率管的消耗功率接近 20W[6]。因此，該系統(tǒng)采用單片機(jī)為核心的 51 系列單片機(jī)。 單片機(jī)含有多種系列，如 51系列單片機(jī)及 AVR、 PIC 系列單片機(jī)。復(fù)雜可編程邏輯器件 (CPLD)具有速度快的特點(diǎn)，但其實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，且做到友好的人機(jī)界面也不太容易。常用的微處理器有 80 8單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)或復(fù)雜可編程邏輯器件 (CPLD)等。下面將介紹各個(gè)部分的總體設(shè)計(jì)與選型。 2 數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)描述 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 數(shù)控直流恒流源的總體原理框圖如圖 。單片機(jī)通過(guò)采樣恒流源電路上串接的采樣電阻的電壓，計(jì)算出此時(shí)恒流源電路的輸出電流值并與設(shè)定值進(jìn)行比較，以控制 D/A 的輸出從而實(shí)現(xiàn)對(duì)恒流 源的輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸出電流能實(shí)時(shí)跟隨設(shè)定值。在通過(guò)鍵盤設(shè)定好需要輸出電流值后，單片機(jī)對(duì)設(shè)定值按照一定的算法進(jìn)行處理。該系統(tǒng)可靠性高、體積小、操作簡(jiǎn)單方便、人機(jī)界面友好。 本文設(shè)計(jì)的數(shù)控直流 恒 流源能夠很好地降低因元器件老化、溫漂等原因造成的輸出誤差，輸出電流在 20mA～ 2021mA 可調(diào)，輸出電流可預(yù)置、具有 “+” 、 “ ”步進(jìn)調(diào)整、輸出電流信號(hào)可直接顯示等功能。有些電流源雖能實(shí)現(xiàn)數(shù)控但輸出電流值往往比較小，且所設(shè)定的輸出電流值是否準(zhǔn)確不經(jīng)測(cè)試無(wú)法知道等等。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 2 數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)描述 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 低紋波、高精度穩(wěn)定直流電流源是一種非常重要的特種電源，在現(xiàn)代科學(xué)研究和 工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)以單片機(jī) AT89S51為核心部件，由鍵盤、顯示、及 D/A 轉(zhuǎn)換， V/I 轉(zhuǎn)換、功率放大等模塊組成。另外 SMT 技術(shù)也是飛速發(fā)展，使得數(shù)控電源體積和重 量都大大減小，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在電子技術(shù)的方面有很大的突破，這也給我國(guó)的數(shù)字是電源發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。數(shù)控直流恒流源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電流源 相比，具有操作方便、輸出電流穩(wěn)定度高的特點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)恒流電流源的穩(wěn)定性、精度等要求越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的模擬恒流源由于模擬電路的復(fù)雜性，將越來(lái)越難滿足高穩(wěn)定性的應(yīng)用場(chǎng)合?；诖?，人們 對(duì)數(shù)控恒定電 流器件的需求越來(lái)越迫切 ．當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是恒流方面特別是數(shù)控恒流的技術(shù)才剛剛起步有待發(fā)展，高性能的數(shù)控恒流器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間。 關(guān)鍵字 數(shù)控直流恒流源 ， 單片機(jī) ， D/A 轉(zhuǎn)換器 ， A/D 轉(zhuǎn)換 ，電壓 /電流轉(zhuǎn)換器 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II ABSTRACT In this system the DC source is center and 89S52 version single chip microputer (SCM) is main controller, output current of DC power can be set by a keyboard which step level reaches 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LCD. In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (TLV5616), then the analog value which is isolated and amplified by operational amplifiers, is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. Using the keyboard to set the needed output current value, The SCM based on some specific algorithm to deal the certain settings for processing. Corresponding voltage output by the ADC output volt