数控恒流源论文

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1、目录山西大学───基于控制理论的恒流源设计编号：11题目：数控恒流源指导教师：赵世平、张玉华学校专业：山西大学电子信息工程系参赛学生：薛哲、卢红、解静1摘要基于反馈控制理论，设计并制作了一种数控恒流源。我们将此设计为以下五个模块：电源模块，可逆计数模块，显示和报警电路模块，DA转换模块，压控恒流源模块。可逆计数模块采用74LS192十进制可逆计数器作为直流恒流源的输入控制、74LS48结合共阴级数码管显示输入电流。用DAC0832输出电流模拟量；电流测量运用大功率电阻。硬件电路恒流部分的控制端主要是多个精密运算放大器OP07组成的闭环反馈控制电路，受控部分采用CMOS管IRF640进行扩流

2、、精确输出设定电流。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.关键词：可逆计数，D/A数模转换，压控恒流源Ⅰ一、系统组成与原理概述本文所设计的数控直流电源与传统稳压电源相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，原理方框组成图见图１。它共由六部分组成。输出电压的大小调节通过“＋”、“－”两键操作，控制可逆计数器分别作加、减计数，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入Ｄ／Ａ转换电路，Ｄ／Ａ转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后经过压控电路控制电流。为了实现上述几部分电

3、路的正常工作，需另制±１５Ｖ和±５Ｖ的稳压直流电源及一组24V的直流电压。二．方案设计与论证2.1控制器的选择方案一：采用飞利浦公司生产的LPC900系列SOC芯片作为控制器，这主要是基于PWM技术的开关电源方案。该方案适合要求高功率输出的交流系统，电源效率高，但需要控制器高频率输出PWM波，必然引入纹波噪声，要经过多级滤波才能接入恒流源电路，实现起来比较复杂，且题目对电流精度及纹波要求很高，该方案难以胜任。Ⅰ方案二：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，采用AT89C51进行控制也就比较简单，但是51单片机资源有限，集成度比较低，控制输入输出，需要外接8279

4、之类的芯片进行I/O扩展，需要的外围电路比较多，再加上DA、AD等，实现起来就比较复杂。方案三：通过开关的断开与闭合，控制双时钟74LS192十进制可逆计数器的输入端4、5引脚的高低电位变化，从而使输出端3号、2号、6号、7号引脚的电位发生规律性变化，把输出的数字信号经译码器74LS48的7号、1号、2号、6号引脚，继而实现了数码管从0mA-1000mA的显示。采用该方案所用的电路原理简单，所用器材比较实用，实现与操控相对简单。因此，通过三个方案的比较，我们决定选用方案三。2.2恒流源的选择方案一：由晶体管构成镜像恒流源。该电路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

5、工艺参数。另一缺点，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求最大输出电流为1000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。方案二：采用电压电流转换电路。如图2.1所示，R0为为采样电阻，负载电流I0=UI/R0，由于运放的输出电流很小，所以该电路也达不到1000mA的要求，需要加上达林顿对管TIP122和127进行扩流。电路实现起来较复杂。Ⅰ图2.1电压电流转换电路方案三：由集成运放和场效应管构成的压控恒流源电路。利用集成运放的电压跟随特性以及场效应管的自动模拟闭环调节能力，使输出电流能够达到要求，且电流易于控制，电路简单，应用广泛，易于实现。图2.2压控恒流源电路方案二加扩流和方案三都

6、可以实现恒流源，输出电流也能满足要求，但方案二中的达林顿管的线性度变化较大，控制起来较难，其特性不如场效应管，且采样电路复杂，故采用了方案三。Ⅰ2.3显示模块的选择方案　　方案一：采用LED数码管显示，简单，方便　并与前面的译码器相互配合，符合要求。　方案二：采用LCD液晶显示器显示。采用128×64点阵LCD液晶显示，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，调用方便简单，而且可以节省了软件中断资源。其缺点在于显示内容需要存储字模信息，需要一定存储空间。　　鉴于上面分析，本设计采用方案一。2.4系统总体思路与框图两按钮开关作为电压调整键与可逆计数器的加计数和减计数输入端相连，可逆计数器采用三片

7、四位十进制同步加／减计数集成块７４ＬＳ１９２级联而成，把第一块的进位和借位输出端分别接到下一组的加计数端和减计数端。数显译码驱动采用三块７４ＬＳ４８集成块，７４ＬＳ４８为四线－七段译码器／驱动器，内部输出带上拉电阻，它把从计数器传送来的二－十进制的８４２１码转换成十进制码，并驱动数码管显示数码。数模转换电路采用三块ＤＡＣ０８３２集成块，它是一个８位数／模转换器，这里只使用高４位数字量输入端。输出模拟量经９0∶