数控直流电流源(新改)

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1、题目名称：数控直流电流源（05年C题）陕西理工学院物理系参赛队员：林赞扬洪信根李天辉摘要：数控直流电流源由8位MCU—AT89C52单片机为主控制器，通过按键设定输出电流大小，MCU控制DAC0832输出电流，ADS7816对输出电流进行采样得到电压并反馈给MCU数据，实现闭环控制，显示方面采用LCD1602液晶显示模块。关键词：DAC0832MCUADLCD16021方案论证与比较恒流源系统框图如图1所示，它由主控制器AT89C52，液晶显示LCD1602，电流源，自制稳压电源，电流测量装置组成。按键控制器显示器电流源电流测量负载自制稳

2、压电源图1恒流源系统方框图方案一：采用中小规模集成电路构成的控制电路，采用含有汉字库的LCD12864作为显示模块，用分立原件。此系统价格成本低，但是外围元器件很多，容易出错，检查错误困难。方案二：采用以8位单片机为核心的单片机最小系统。系统价格便宜，外围元器件少，容易掌握和控制。方案三：采用可编程逻辑器件（如FPGA）构成的控制器，外围器件基本没有，但是价格昂贵，不容易实现。经过讨论决定，选择方案二以单片机作为数控直流电流源的控制器。2恒流源部分方案一：由晶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

3、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200～2000mA，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：压控式恒流源构成恒流电路压控式恒流源可以有集成运放芯片与晶体复合管或场效应管来实现；但由于晶体复合管实现起来比较复杂，发热量相对MOS管相对较大，性能参数相对MO

4、S管较差；因此本模块采用高精度集成运放芯片OP07与大功率场效应管IRF640相结合构成的恒流源鉴于上面分析，本设计采用方案三。恒流源分为流控式与压控式，由于压控式易于实现，电路实现相对简单；因此本模块使用了压控式恒流源。压控式恒流源可以有集成运放芯片与晶体复合管或场效应管来实现；但由于晶体复合管实现起来比较复杂，发热量相对MOS管相对较大，性能参数相对MOS管较差；因此本模块采用高精度集成运放芯片OP07与大功率场效应管IRF640相结合构成的恒流源。恒流源是采用了电流反馈的方式来稳定电流的,下图是个典型的正向电流源,利用运放虚短的概念

5、,使R2上的电压保持与V一致，来获得一个I=V/R2的恒流源。图2恒流源和DA模块原理图3电流测量与显示部分要测量输出电流I0，一般采用数字电流表串联在输出回路中，直接读出I0的值。但是在系统中不能这么做。要自制一个测量输出电流装置，可以将输出电流I0转换成取样电压信号，经过直流电压放大，A/D转换，然后交给单片机处理，最后将测量数值由液晶屏显示。原理框图如图3所示。A/D转换单片机处理液晶显示直流电压转换放大图3电流测量与显示原理框图4硬件设计系统框图如图1所示。它由键盘步进部分，电流源部分，自制稳压电源部分和测流部分等组成。1)单片机

6、89C52最小系统系统包括了时钟电路，复位电路，4个独立按键等。单片机89C52最小系统如图4所示。图4单片机最小系统2)数控步进电路硬件设计步进部分主要有DA转换芯片DAC0832，LM324组成。DAC0832是8位的并行DA芯片，宽电压工作范围5~15V，转换时间为1us。因为要求输出电流为200mA~2000mA，一共有181种状态，步进为10mA，DAC0832精度为255种状态，可以满足要求。LM324是4输入高增益宽电压工作范围的集成运放芯片，工作电压范围3~32V，最高增益可以达到100dB。3)键盘电路在系统中，键盘主要

7、用于控制电流源的步进输出电流值。为了操作更方便，采用了4个独立按键，连接到89C52单片机的P2口低4位，采用直接检测电平的方法检测按键。按键面板如图5所示。设定键用于正常状态和设定状态之间的切换。左右键用于设定状态下，设定位置的选择；上下键用于改变设定位的值。调节范围为0～2A，步进10mA。-————大加大减+图5键盘面板图4)显示电路系统采用LCD1602液晶点阵显示，8位数据线分别连接到单片机的P0口，因为系统只需要往液晶上写入数据，不需要从液晶内部读取数据，所以液晶的读写管脚R/W直接接地，让其一直处于低电平即写入指令和数据的状

8、态，正常状态下显示面板图如图6所示。set:1000mAnow:1000mA图6LCD1602显示面板图5)恒流源电路设计恒流源电路如图2所示。恒流源模块采用OP07与IRF640组成的反馈放