课程设计—数控直流电流源的设计

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1、湖南商学院综合电子设计实验数控直流电流源的设计学院：计算机与电子工程学院学生姓名：许朝霞、张望辉、胡啸学号：090910059、090910070、090910066指导教师：苏岱安职称副教授专业：电子信息工程班级：电信0902完成时间：2012-10数控直流电流源1设计任务及要求1.1设计任务设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。图1.1原理图1.2设计要求1.2.1基本要求（1）输出电流范围：200mA～2000mA；（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏

2、差的绝对值≤给定值的1％+10mA；（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10mA；1.2.2发挥部分（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA；（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1mA；（5）其他。2方案设计与论证2.1设计思想采用改进型的

3、单输出端单向电流源电路来产生恒定电流。该方法是用精密电阻取样得到反馈电压，将反馈电压与高精度的参考电压比较得到误差电压，此误差电压经放大后输出控制调整管的导通程度，使预设电流值和实测电流值的逐步逼近，直至相等，从而达到数控的目的。从题目的要求来分析，该题目最大的难点在于大电流输出和高精度控制，所以在具体的方案确定中，大电流、功耗，以及精度、误差等都是我们所必须要考虑和克服的。2.2方案论证对于数控直流电流源的设计有很多方案，下面做一下介绍：方案一：方框图如图2.1所示，数控直流电流源由键盘、控制器、显示器、数模转换、电压电流转换和模数转换等部分

4、组成，键盘的作用是设定电流值和确定电流步进值；控制器的作用是将设定电流值的8位（或12位）二进制输出；显示器的作用是显示设定电流值；数模转换的作用是设定电流值的数字量转换为模拟量；电压电流转换的作用是将电压转换成恒定电流输出；模数转换的作用是将输出的模拟量再转换为数字量反馈到控制器，使实际输出电流值与设定电流值一致。图2.1方案一的方框图方案一的数控直流电流源设计比较简单，对于电流的变化是采用相比而言使用可编程芯片，如CPLD或FPGA等和DAC控制，采用LED数码管进行实时显示，操作也比较方便。方案二：方框图如图2.2所示，采用改进型的单输出

5、端单向电流源电路来产生恒定电流。该方法是用精密电阻取样得到反馈电压，将反馈电压与高精度的参考电压比较得到误差电压，此误差电压经放大后输出控制调整管的导通程度，使预设电流值和实测电流值的逐步逼近，直至相等，从而达到数控的目的。从题目的要求来分析，该题目最大的难点在于大电流输出和高精度控制，所以在具体的方案确定中，大电流、功耗，以及精度、误差等都是我们所必须要考虑和克服的。图2.2方案二方框图方案二的数控直流电源设计采用单片机作为核心控制，基本原理简单，实现比较方便，电源的电流值也可以调整到较精确的数值，同样的也是采用LCD进行显示。此方案采用保持

6、电阻恒定而改变输入电压的方法来改变电流的大小。利用高精度D/A转换器在单片机程序控制下提供可变的高精度的基准电压，该基准电压经过V/I转换电路得到电流，再通过A/D转换器将输出电流反馈至单片机进行比较，调整D/A的输入电压，从而达到数控的目的。该方案的难点在于稳定恒流源的设计和高精度电流检测电路的设计。特点是可精确的控制电流的步进量，负载变化对电流输出的影响较小。根据题目要求以及设计思路，比较之后，基于以上优点以及对于单片机的成熟应用，因此我决定用单片机来作为控制器，我所采用的是第二种方案。3硬件系统的设计3.1单片机最小系统3.1.1时钟电路

7、单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中石英晶体振荡器的频率为12MHz，两个电容C1、C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。C1、C2的典型值为33PF。单片机的时钟电路如图3.1所示。图3.1单片机的时钟电路图3.1.2复位电路单片机的第9脚

8、RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送