数控恒流源设计报告

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1、数控恒流源的设计摘要：本设计采用STC单片机STC12C5A60S2作为直流恒流源的控制、显示和输出电流检测核心，实现了0A到2A数控可调直流恒流源。系统的显示部分采用数码管实时显示设定电流值和实测电流值；输出电流控制采用STC12C5A60S2单片机的D/A口输出模拟量；电流测量采用基本没有温度漂移的康锰铜电阻丝作为精密取样电阻，利用TLV2543的A/D输入口进行电流检测和监控。硬件电路恒流部分的控制端采用多个精密运算放大OP07接成闭环反馈控制形式，受控部分采用达林顿管进行扩流、精确输出设定电流

2、。电源部分采用大功率变压器供电，多级电容滤除纹波干扰；电源输出采用三端稳压芯片进行稳压，并且利用大功率达林顿管进行扩流以满足后级功率需求。关键字：STC12C5A60S2恒流源一、方案论证　　如题目要求，系统主要由控制器模块、电源模块、电流源模块、负载模块及键盘显示模块构成，下面分别论证这几个模块的选择。1、控制模块的选择方案方案一：采用AT89C51单片机进行控制。本设计需要使用的软件资源比较简单，只需要完成数控部分、键盘输入以及显示输出功能。采用AT89C51进行控制比较简单，但是51单片机内存只

3、有2k，程序比较多时可能存储不够。。方案二：采用STC12C5A60S2单片机进行控制。STC12C5A60S2单片机具有强大功能的16位微控制器，它内部集成10位ADC和2通道10位DAC，可以直接用于电流测量时的数据采集，以及数字控制输出；I/O口资源丰富，可以直接完成对键盘输入和显示输出的控制；存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。采用SPCE061A单片机，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性能提高。鉴于上面分析，本设计采用方案二。2、电流源模块的选择方案方案一：由晶

4、体管构成镜像恒流源该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。另一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为10～2000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 方案二：由运算放大器构成恒流电路运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路，输出电流同样只能达到几十毫安，远远不能满足设计要求，因此必须加上扩流电路。方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路采用运算放大器加上扩流管构成

5、恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。采用高精度运算放大器OP07，更能增加其准确的性能；采用场效应管IRF540进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。鉴于上面分析，本设计采用方案三。3、电流取样电阻的选择方案产生电流可以采用在电阻两端加电压的方法，测量电流一般采用的方法是测量电流流经电阻两端的电压进行间接计算得到的。因此在产生电流或者测量电流值时，取样电阻的选择非常重要。方案一：采用普通电阻。在电流比较小的情况下，普通的1/4W或者1/8W的电阻可以

6、被用作电流测量，但是本题需要测量的是电流源的输出电流，最大需要达到2A。因此即使是比较小的电阻，如1Ω电阻，通过2A电流时功率也已经达到4W，大大超过普通电阻的额定功率，电阻将被烧断。因此在本系统中，测量电流的取样电阻不能使用普通电阻。方案二：采用大功率电阻。为了满足流过大电流的要求，可以采用大功率电阻，如1Ω/10W的电阻，通过2A电流时一定不会被烧断。但是此时流过的大电流将会使电阻大量发热，导致电阻温度急剧上升。一般的大功率电阻在温度很高时，将产生比较严重的阻值温度漂移。在产生电流的情况下，由于电

7、压值与实际的电流值并非一一对应，将产生错误的电流；在测量电流的情况下，测量电流也会随着阻值的温度漂移而产生严重的变化，将产生很大的测量误差。因此用于这些情况下的取样电阻也不能使用温度漂移严重的普通大功率电阻。方案三：采用水泥电阻。水泥电阻是电流测量中很常用取样电阻，其特点在于温度漂移量非常小。经过测试，在0.1Ω的康锰铜电阻丝上通过约2A电流，由于产生的热量引起的升温，只会引起0.02Ω左右的阻值变化，对电流的稳定起了很重要的作用。另一方面，1Ω的康锰铜电阻丝约长1m，由于和外界接触面积大，即使通过大

8、电流也能很快的散热，进一步的减小温度漂移带来的影响。鉴于上面分析，本设计采用方案三。4、显示模块的选择方案采用LED数码管显示。由于要求显示测量值，用数码管显示已经足够。二、详细软硬件设计根据题目要求和以上论证，本设计的系统框图如图2.1所示，系统工作过程如下：自制电源为电源电路，提供给各模块；STC12C5A60S单片机通过检测键盘输入，经过运算相应改变12位DAC的输出值，控制电流源电路输出的电流值；电流源输出经过负载取出电压值，由STC12C5A6