数控直流电流源的设计

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1、测控电路设计专业：测控技术与仪器班级：08050343X15姓名：赵飞学号：46数控直流电流源的设计1设计思路通过键盘模块输入给定的电流值或是步进调整信号传送给单片机，单片机在接受到信号后进行处理运算，并显示其给定的电流值，然后经D/A转换以输出电压，驱动恒流源电路实现电流输出，并将采样电阻上的电压经过A/D转换输入单片机系统，通过补偿算法进行数值补偿处理，调整电流输出，并驱动显示器显示当前的电流值。2方案设计经初步分析设计要求，得出总体电路由以下几部分组成：电源模块，控制模块（包括AD、DA转换）恒流源模块，键盘模块，显

2、示模块。以下就各电路模块给出设计方案。2.1控制部分方案15采用单片机作为控制模块核心。单片机最小系统简单，容易制作PCB，算术功能强，软件编程灵活、可以通过ISP方式将程序快速下载到芯片，方便的实现程序的更新，自由度大，较好的发挥C语言的灵活性，可用编程实现各种算法和逻辑控制，同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。利用STC89C52单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换，驱动恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统，通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性

3、。在器件的选取中，D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片TLV5618，直接输出电压值，且其输出电压能达到参考电压的两倍，A/D转换器选用高精度12数转换芯片ADS7816。.2.2恒流源模块设计方案采用集成运放的线性恒流源该恒流源输出的电流与负载无关,通过使用两块构成比较放大环节，功率管构成调整环节，利用晶体管平坦的输出特性和深度的负反馈电路可以得到稳定的恒流输出和高输出阻抗，实现了电压—电流转换。其原理框图如图1所示。图1集成运放构成的恒流源框图2.3显示模块设计方案使用LCD显示。LCD具有轻薄短小，可视面积大，方

4、便的显示汉字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，且设计简单等特点。故采用12864汉字图形点阵液晶显示模块同时显示电流给定值和实测值。2.4键盘模块设计方案15采用标准4X4键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，而且可以做到直接输入电流值而不必步进。方便进行扩展。2.5电压源模块设计方案系统需要多个电源，单片机、A/D、D/A使用+5V稳压电源，运放需要±18V稳压电源，同时题目要求最高输出电流为2000mA，电源需为系统提供足够大的稳定电流。综上所述，采用三端稳压集成7

5、805、78H15、79H15分别得+5V和±12V的稳定电压，78H、79H系列稳压器输出电流可以达到5A，能为系统提供足够大的稳定电流。利用该方法实现的电源电路简单，工作稳定可靠。3系统组成经过方案比较与论证，最终确定系统的组成框图如图2所示。ST89C52单片机系统A/D转换12864液晶显示器恒流源稳压电源负载V/I转换DA转换4*4键盘15图2系统组成框图4单元电路的设计4.1控制模块电路设计4.1最小系统电路设计通过键盘模块输入给定的电流值或是步进调整信号传送给单片机，单片机在接受到信号后进行处理运算，并显示其

6、给定的电流值，然后经D/A转换以输出电压，驱动恒流源电路实现电流输出，并将采样电阻上的电压经过A/D转换输入单片机系统，通过补偿算法进行数值补偿处理，调整电流输出，并驱动显示器显示当前的电流值。最小系统的核心为STC89C52，为了方便单片机引脚的使用，我们将单片机的引脚用接口引出，电路如图3所示：P0口和P3.0～P3.3是LCD接口；P1口作为A/D与D/A转换接口；P2口为键盘接口。15图3最小系统原理图4.2D/A转换电路设计根据设计基本要求，电流的输出范围为20mA～2000mA，将最高输出电流2000mA进行十

7、进制～二进制转换有要满足步进为1mA的要求，需选用十二位的D/A转换器，TLV5618是较好的选择。TLV5618是带有缓冲基准输入(高阻抗)的双路12位电压输出DAC。DAC输出电压范围可编程为基准电压的两倍，其输出电压Vout=2×Vref×D/4096有两个输出端口A和B，且它们可以同步刷新。此外，该器件还包含上电复位功能。通过3线串行总线可对TLV5618实现控制，可采用单5V电源进行供电。在快速、慢速模式下功耗分别为8mW和3mW，输入数据的刷新率可达1.21MHz。电路图如图4所示。Vo=(D)12=(d112

8、11+d10210+...........+d121+d020)(4-1)例如：B1T1-B1T12为（111111111111）且Vrey为-5V，则：V0=(211+210+29+......+21+20)5V（4-2）当B1T1-B1T12为（100000000000）且Very为-5V，则：V0