数控直流电流源(线性恒流源)
数控直流电流源
摘要:本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。
关键词：STC89C52数控电流源
Numerical Control DCCurrent Source
Abstract:This paper introduces a design scheme of numerical control DC current source ,and gives the hardware composition and software flow as well as the source program. UseSTC89C52MCU as the core control circuit. 12 D/A module generates A steady the control voltage and 12 A/D module completes current measurements.The current-output ranges 20 to 2000mA,with "+" and "-" steppingfor 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured resultat the same time,for easy operation and error analysis.
Keywords:STC89C52 Numerical controlCurrent source
1设计方案的选择
1.1电路综合设计流程
图1.1.1数控电流源电路设计流程图
1.2总体设计方案
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，显示模块。以下就各电路模块给出设计方案。
1.2.1 控制部分方案
方案一：采用FPGA作为系统的控制模块。FPGA可以实现复杂的逻辑功能，规模大，稳定性强，易于调试和进行功能扩展。FPGA采用并行输入输出方式，处理速度高，适合作为大规模实时系统的核心。但由于FPGA集成度高，成本偏高，且由于其引脚较多，加大了硬件设计和实物制作的难度。
方案二：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。
基于以上分析，选择方案二,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。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。.
1.2.2 恒流源模块设计方案
方案一：由三端可调式集成稳压器构成的恒流源。
其典型恒流源电路图如图1.2.1所示。一旦稳压器选定，则U
0 是定值。若R固定不变，则I
不
变，因此可获得恒流输出。若改变R值，可使输出 I
改变。因此将R设为数控电位器，则输出电流
可以以某个步长进行改变。此电路结构简单，调试方便，价格便宜，但是精密的大功率数控电位器难购买。
图1.2.1 三端集成稳压器构成的恒流源框图
方案二：由数控稳压器构成的恒流源
方案一是在U
不变的情况下，通过改变R的数值获得输出电流的变化。如果固定R不变，若能
改变U
的数值，同样也可以构成恒流源，也就是说将上图中的三端可调式集成稳压源改为数控电压源，其工作原理和上图类似。此方案原理清楚，若赛前培训过数控电压源的设计的话，知识、器件有储备，方案容易实现。但是，由1.2.2图可知，数控稳压源的地是浮地，与系统不共地线，对于系统而言，地线不便处理。
图1.2.2 数控电压源构成的恒流源框图
方案三：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1.2.3所示。
图1.2.3 集成运放构成的恒流源框图
综合考虑，采用方案三，使用低噪音、高速宽带运放OP27BJ和达林顿管TIP122构成一个恒流源电路。
1.2.3 显示模块设计方案
方案一：使用LED数码管显示。数码管采用BCD编码显示数字，对外界环境要求低，易于维护。但根据题目要求，如果需要同时显示给定值和测量值，需显示的内容较多，要使用多个数码管动态显示，使电路变得复杂，加大了编程工作量。
方案二：使用LCD显示。LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示汉字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，且设计简单等特点。
综上所述，选择方案二。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。
1.2.4 键盘模块设计方案
方案一：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多。
方案二：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。
题目要求可进行电流给定值的设置和步进调整，需要的按键比较多。综合考虑两种方案及题目要求，采用方案二，方便进行扩展。
1.2.5 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7805、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。
1.3 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1.3.1所示。
图1.3.1 系统组成框图
2单元电路的设计
2.1控制模块电路设计
2.1.1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2.1.1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。
图2.1.1 最小系统原理图
2.1.2 D/A 转换电路设计
根据设计基本要求，电流的输出范围为200mA ～2000mA ，将最高输出电流2000mA 进行十进制～二进制转换有
102(2000)(11111010000)
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V out =2×V ref ×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 。
图2.1.2 DA转换电路
2.1.3 A/D转换电路设计
A/D转换采用BB公司的ADS7816构成的转换电路，如图2.1.3。ADS7816是12位串行模/数转换器，采样频率高达200kHz，转换所需时间短，转换精度高。ADS7816转换器将采样电阻上的电压转换成数字信号反馈给单片机，单片机将此反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。同时，A/D采样回来的电流经过单片机处理传送到LCD，可以显示当前的实际电流值。
图2.1.3 AD转换电路
2.2恒流源电路设计
恒流源电路的设计是本系统设计的核心，它采用电压来控制电流的变化。为了能产生恒定的电流，我们采用电压闭环反馈控制。恒流源电路原理图如图2.2.1所示，该电路主要由运算放大器、大功率
达林顿管、采样电阻R
S 、负载R
L
等组成。取样电阻RS从输出端进行取样，再与基准电压比较，并将
误差电压放大后反馈到调整管，使输出电压在电网电压变动的情况下仍能保持稳定。电路中调整管采用大功率达林顿管TIP122，既能满足输出电流最大达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。RS选用热稳定性好的康铜丝，并选取较大值（2Ω），使得在电流较低时也能获得较大的电压值。运算放大器采用高精度的OP27BJ作为电压跟随器。DAOUT即为输入电压Ui,当Ui一定时，
运算放大器的Ui=U
S ,I
=I
L
=I
S
=Ui/R
S
,即I
不随R
L
的变化而变化，从而实现压控恒流。
由此得到恒流源输出电流的大小为：I
0= Ui/R
S
图2.2.1 恒流源电路原理图
2.3 键盘电路设计
在设计中，使用标准的4x4键盘，可以实现0～9数字输入，“+”、“-”步进设置。其电路图如图2.3.1所示。
图2.3.1 键盘电路原理图
2.4 显示电路设计
本设计采用12864型汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（12X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可显示内容为192列×64行，还带多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。
12864采用8位并行接法，与单片机P3和P4口相连，用于显示设定值与当前测量值。其接口如图2.4.1所示。
图2.4.1 LCD显示电路原理图
2.5 稳压电源设计
在本设计中,运放需±15V供电，单片机需、A/D、D/A需+5V供电，采用三端稳压器7805、78H15、79H15构成一稳压电源，题目要求输出电流范围是200mA～2000mA，而78H、79H系列稳压器输出电流最大可以达到5A，能为系统提供足够大的稳定电流。稳压电路如图2.5.1所示：考虑系统对功率要求较高，所以在设计中选取了输出功率50W的变压器，输入电压由变压器和全波整流滤波电路产生。
图2.5.1 电源电路原理图
3软件设计
软件设计采用C语言,对STC89C52进行编程实现各种功能。软件设计的关键是对A/D、D/A转换器的控制。软件实现的功能是：
①控制键盘工作，确定电流步进调整；
②控制A/D、D/A工作，设置给定电流，测量输出电流；
③对反馈回单片机的电流值进行补偿处理；
④驱动液晶显示器显示电流设置值与测量值。
图3.1主程序流程图
4 电路仿真
恒流源模块部分为纯模拟电路，用Multisim 软件进行电路仿真，其中R3为负载电阻。整机电路用Proteus 软件进行仿真。仿真结果如下所示：
4.1 模拟电路仿真
4.1.1 电流输出范围仿真
输入电压值从最小（40mV ）到最大（4V ）变化，负载为0时电流输出范围：
图4.1.1 电流输出范围仿真图（负载0）
4.1.2 步进调整仿真
输入电压值从最小（40mV）到最大（4V）变化，电压每步进2mV时，电流步进1mA。
图4.1.2 1mA步进电流输出仿真图（负载0）
4.1.3 负载特性仿真
（一）负载变化时，电流输出范围测试
输入电压值从最小（40mV）到最大（4V）变化，负载为0时电流输出范围
(与图4.1.1对比)：
图4.1.3 电流输出范围仿真图（负载2K）
（二）负载变化时，输出电流步进调整测试
输入电压值从最小（40mV）到最大（4V）变化，电压每步进2mV时，电流步进1mA。（与图4.1.2对比）：
图4.1.4 1mA步进电流输出值仿真图（负载2K）
(三) 负载变化的恒流测试（仿真图略）
注：此次仿真中取负载变化范围值为0~2K，实际负载范围可以更广。
4.4 整机电路仿真
Proteus软件元件库中元件有限，设计电路中的好多元件几乎都没有。仿真时用ATC89C52代替STC89C52，用1602（不能显示汉字）代替12864（Proteus中的12864没有字库），用TLC5615代替TLV5618，用TLC549代替ADS7816，仿真结果如下所示：
4.5 仿真结论
从前四节的仿真图对比可以看出：
（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA；
（2）可同时显示电流预设值和测量值，测量电流误差的绝对值
≤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，电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1 mA；（4）纹波电流≤0.2mA；
综上所述，本设计方案完全满足任务要求。
5心得体会
在本次设计的过程中，遇到了许多困难和意料之外的事情，设计进度比较慢。
首先是控制部分方案问题，一刚开始设计的是采用MSP430F169为核心的单片机来做，因为其内自带12位A/D、D/A，这样就省去了在外围电路设计A/D、D/A模块了。可是到了仿真这一步的时候才发现，Proteus里面没有这款芯片，也没有与之类似的。所以权衡考虑后还是改了方案，决定用51单片机来做，这样可以实现仿真。但个人还是比较倾向于用430来做。
硬件电路设计完之后，就是软件加仿真了。进行模拟电路仿真部分时，一刚开始发现恒流源的仿真结果与实际设计结果相差很大，以为该模块方案设计有问题，就又换了好几种方案，结果以仿真，结果误差还是很大。后来经过多方调试，才发现是我自己的Multisim有问题，于是又重新安装了仿真软件，用刚开始设计的方案进行仿真，仿真结果与实际设计相符合。单片机部分在Proteus里面仿真
的，当程序都好不容易写好后，导进去液晶上显示的都是乱码，检查之后发现是该软件里的12864没有字库，所以不能像预期那样显示。后来就又重新写程序，改用1602进行仿真，结果与预期相符。
还有设计中碰到的各种小问题就不在这里一一详说了，虽然设计中出现了各种Bug，各种纠结，但通过仔细的分析和进行多方面的调整后解决了问题。从中我体会了共同协作和团队精神的重要性，也提高了自身的综合能力，在此对在本次设计中给过我帮助的同学表示衷心的感谢。
参考文献
【1】华成英、童诗白主编.模拟电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社,2006
【2】康光华主编.电子技术基础数字部分.第五版.北京：高等教育出版社,2008
【3】那文鹏、王昊主编.通用集成电路的选择与使用.北京:人民邮电出版社,2004
【4】郭天祥编著.51单片机C语言教程..北京：电子工业出版社,2009
【5】高吉祥主编.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程模拟电子线路设计
北京：电子工业出版社,2010
全国大学生电子设计竞赛-数控直流电流源
数控直流电流源 摘要:本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。 关键词：STC89C52 数控电流源 Numerical Control DC Current Source Abstract: This paper introduces a design scheme of numerical control DC current source ,and gives the hardware composition and software flow as well as the source program. Use STC89C52 MCU as the core control circuit. 12 D/A module generates A steady the control voltage and 12 A/D module completes current measurements. The current-output ranges 20 to 2000mA, with "+" and "-" stepping for 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured result at the same time, for easy operation and error analysis. Keywords:STC89C52 Numerical control Current source 1 设计方案的选择 1.1电路综合设计流程
数控直流电流源程序
数控直流电流源程序
/* 跳线说明： 1）将EXP-LM3S811板卡上JP9、JP13跳至左侧（短接1-2）； 2）将EXP-min_system_board板卡上JP13、JP14、JP15、JP16跳至右侧（短接2-3。 操作过程： 1）将EXP-min_system_board板卡上K1拨动开关拨至ON状态，给液晶上电； 2）调节RP1电位器，使液晶有合适的背光； 3）上电，编译并下载程序，复位后全速运行程序；观察液晶显示的内容，再修改程序使之显示自己的内容。 */ #include "systemInit.h" #include "ADS7886.h" #include "TLV5616.h" #include "timer.h" #define CTL_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOC // 控制液晶所用的片内端口外设定义 #define CTL_PORT GPIO_PORTC_BASE #define SCK GPIO_PIN_4 // 定义信号SCK #define SID GPIO_PIN_5 // 定义信号SID #define CS GPIO_PIN_6 // 定义信号CS
#define PSB GPIO_PIN_7 // 定义信号PSB #define SCK_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0x00) // 定义信号输出低电平 #define SID_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0x00) #define CS_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0x00) #define PSB_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0x00) #define SCK_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0xFF) // 定义信号输出高电平 #define SID_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0xFF) #define CS_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0xFF) #define PSB_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0xFF) #define SID_READ GPIOPinRead(CTL_PORT,SID) // 定义读回的数据 #define SID_IN GPIOPinTypeGPIOInput(CTL_PORT,SID) // 定义SID信号为输入 #define SID_OUT GPIOPinTypeGPIOOutput(CTL_PORT,SID) //定义SID信号为输出 #define LED_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOB #define LED_PORT GPIO_PORTB_BASE #define LED GPIO_PIN_5 #define KEY_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOD // KEYS所接的端口 #define KEY_PORT GPIO_PORTD_BASE #define KEY GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_3|GPIO_ PIN_2|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_0 #define KEY_H GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4
电子设计大赛—简易数控直流稳压电源
一、项目参加人员、负责内容以及技术特长： 二、项目背景 数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。 随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。
数控直流稳压电源设计
数控直流稳压电源设计 [摘要]本文介绍了以8051单片机为控制单元，以数模转换器DAC0832输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块LM317的输出电压大小。该电路设计简单，应用广泛，精度较高等特点。LM317系列三端可调式集成稳压器的方法。 [关键词] 单片机（AT89C51），数模转换器（D/A），液晶，键盘
一、设计任务 设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。 二、设计要求 1.基本部分 （1）输出电压：范围0～＋15V，步进0.1V，纹波不大于40mV；（2）输入电压值由液晶显示； （3）自制键盘，可以由键盘输入电压值； （4）输出电压值在输出端用万用表测得。 2．发挥部分 （1）输出电压可预置在0～15V之间的任意一个值； （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V 不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。 图1设计示意图
目录 引言 (1) 1、设计原理与总体方案 (2) 2、硬件电路设计 (3) 2.1 DAC电路 (3) 2.2 AGC控制电路 (4) 2.3 键盘部分 (6) 2.4 显示部分 (7) 2.5 稳压输出 (8) 3、软件设计流程 (9) 4、总体设计电路 (10) 5、调试过程与结果分析 (11) 5.1调试过程 (11) 5.2结果分析 (11) 总结 (13) 参考文献 (14) 附录1 元件清单 (14) 附录 2 参考源程序…………………………………………… 15
引言 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多, 但均存在以下二个问题: 输出电压是通过粗(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。 而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。利用数控直流电源，可以达到每步0.04 V的精度，输出电压范围0-15V。。
基于数控直流电流源系统的设计
基于数控直流电流源系统的设计 摘要：随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，人们对数控恒定电流器件的需求越来越高。应社会发展的需求，对基于单片机控制的“数控直流电流源的设计”进行研究论证，并运用Proteus 软件进行仿真。以直流稳压电源和稳流电源为核心，结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。首先采用了单片集成稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元件实现稳流。为实现对输出电流的精确控制：一方面，通过Ｄ／Ａ输出实现电流的预置，再通过运算放大器控制晶体管的输出电流；另一方面，运用Ａ／Ｄ转换器件将输出电流的采样值送入单片机，与预置值进行比较，将误差值通过Ｄ／Ａ转换芯片添加到调整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。 Abstract：The requiements of numerical controlling constant current devices is increasing as development of electronic technology and expanding of digital circuit applicational field. As to satisfy society development, do a study based on " Numerical control dc current source design " of SCM controlling and apply Proteus to simulating software.DC（digital current ）V oltage regulator and DC current regulator is the key part of the design，its output current is controlled by single chip microprocessor,Firstly,single chip IC（integrated circuit）V oltage regulator LM338K is used to generate stable voltage, and then desperate devices is used to generate stabilize current . Tocontrol the output current ，on one hand ,system sets output current by D/A（digital／analogue converter and controls current of transistor by operational amplifier ；on the other hand ，with the help of A/D（analogue／digital）converter，system samples the output current and convert it into digital data ，compares it with preset value ，converts the error value into analogy and puts it on adjusting circuit ，and decreases the ripple of the system output current ．
数控直流电源设计
数控直流稳压电源1)输出电压：范围0~+9.9V，步进0.1V，纹波不大于8mV。2）输出电流：500mA。 3）输出电压值用数码管LED显示。 4）用+、—两键分别控制输出电压的步进增减。 5）为实现上述几个部件工作，自制一台稳压直流电源，输出+ 、-15V、+5V。 发挥部分：1）输出电压可预置在0~9.9V之间的任何一个值。 2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。 3）扩展输出电压种类（如三角波等）。 #include
简易数控直流电源设计的报告
简易数控直流电源
数控直流电源是一种常见的电子仪器，广泛应用于电路，教学试验和科学研究等领域。目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化发展。以单片机系统为核心而设计的新一代——数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用数输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。 关键词：数控直流电源单片机 ABSTRACT Numerical control dc power is a common electronic instrument, is widely used in the circuit, the teaching experiment and scientific research, etc. Current use of controlled most of the dc power supply is the point start, the use of the device division, big volume, low efficiency, poor reliability, operation convenience, not high failure. With the development of electronic technology, various kinds of electronic, electrical equipment to improve the performance requirements of power, the power supply, high efficiency, the constant digital modular and intelligent development. Based on the single chip computer system as the core and the design of a new generation of numerical control dc power, it-not only circuit is simple, compact structure, the price is low, superior performance, and because the single-chip microcomputer with the calculation and control ability, use it for data, so as to eliminate all kinds of calculation and reduce the error caused by the analog circuit, output voltage and current limit the number of the keyboard input way, the power supply appearance, convenient in operation, has higher application value. Key words：Numerical control dc power Single-chip microcomputer
数控直流电流源(F题)
数控直流电流源（F题） 设计者：彭浦能梁星燎林小涛 指导教师：王贵恩 摘要：本系统以直流电流源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达1mA，并可由数码管显示实际输出电流值和电流设定值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（AD7543）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。实际测试结果表明，本系统输出电流稳定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±5mA，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。 关键词：压控恒流源智能化电源闭环控制 The Digital Controlled Direct Current Source Abstract: For the system that DC source is center and 89S52 version single chip microcomputer (SCM) is main controller, output current of DC power can be set by a keyboard which step level of 1mA can be available, while the real output current and set value can be displayed by LED. In the system, the digital programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD7543), then the analog value that is isolated and amplified by operational amplifiers, is sent to the base electrode of power transistor, so an adjustable output current can be available with the base electrode voltage of power transistor. On the other hand, The constant current source can be monitored by the SCM system real-timely, its work process is that output current is converted voltage, then its analog value is converted to digital value by ADC, finally the digital value as a feedback loop is processed by SCM so that output current is more stable, so a stable voltage-controlled constant current power is designed. The test results have showed that the system can output a stable current, which has no influence with load and environment temperature, and can output a precise current of ±5mA error with a width, which can be set liberally in 20mA~2000mA, so it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low power. Keywords: voltage-controlled constant current source ; intelligent power ; closed loop control 总体方案论证与比较 方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。 方案二：采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，通过改变AD7543的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流转换成电压，并经过ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，
数控直流电流源课程设计与制作
课程设计任务书 一、设计题目：数控直流电流源的设计与制作 二、主要内容及要求 1．功能与主要技术指标 （1）输出电流：0∽1A步进可调，调整步距4mA；误差≤0.1mA （2）输入电压：12V； （3）显示：输出电压值用LED数码管显示； （4）电流调整：由“+”、“-”两按键分别控制输出电流的步进增减； （5）输出电流预置：输出电流可预置在0∽1A之间的任意一个值； （6）其它：自制电路工作所需的直流稳压电源，输入电压为±12V，+5V； 三、进度安排 任务设计2012年3月12日—2012年3月16日 练习制作2012年3月19日—2012年3月23日
数控直流电流源设计与制作 一、设计任务和技术要求 1、设计一个数控直流电流源 2、输出电流0～1A，手动步进4mA增、减可调，误差不大于0.1mA； 3、负载供电电压＋12V，负载等效阻值10欧姆； 4、电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性； 二、总体设计方案原理及结构框图 数控直流电流源共有六部分组成，其中输出电流的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电流精确到0.1A以手动控制可逆计数器分别作加，减计数；控制数字量为8位二进制码：00000000～11111111增、减变化。 可逆计数器的二进制数字输出分两路运行，一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电流值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路）；数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电流，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电流。 图2-1电路结构原理框图
三、部分模块原理及结构图 1、74LS193芯片 74LS193具有同步可逆计数功能、异步清零功能、异步并行置 数和保持功能。 与 是为74LS193级联时使用的。级联时只要把低位的端、端分别与高位的CP U、CP D连接起来，各芯片的CR 端连接在一起, 端连接在一起，就可以了。 图3-1 74LS193引脚排列图和逻辑功能示意图CR异步清零端，高电平有效； 异步置数，低电平有效； CPU加法计数脉冲输入端，上升沿触发； CPD减法计数脉冲输入端，上升沿触发； 进位脉冲输出端； BO CO BO CO LD LD CO
数控直流电流源F
数控直流电流源（F题） 设计与总结报告 摘要：本设计基于单片机控制技术，系统以单片机AT89S51为核心，TLC5615，TLC1549，ZLG7289等元件构成辅助电路，采用D/A转换输出可变电压和利用压控恒流源，差动放大与信号调节电路实现对数控直流电流源的控制。系统可预置输出电流,通过采样将实际输出反馈到单片机中构成闭环系统,进行比较、调整，提高了电流的输出精度。 关键词：单片机、压控恒流源、D/A转换 Abstract:This design based on the Singlechip Control Technology. The system takes singlechip AT89S51 as the core, and takes the TLC5615, TLC1549, ZLG7289 and other devices to constitute the auxiliary circuit. It produces changeable voltage by using D/A conversion. It implements the control to the numerical controlled direct current source by using the voltage controlled constant current source, differential amplification and signal adjustment circuit. The system can preset output current, feed back the actual output through sampling to the singlechip to constitute the closed loop system, carry on comparison and adjustment, and increase the electric current output precision. Keywords: singlechip, voltage controlled constant current source, D/A conversion.
数控直流稳压电源的设计终审稿)
数控直流稳压电源的设 计 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
数控直流稳压电源的设计 一、 设计任务和要求 设计一个数控直流稳压电源。 1. 基本要求： 1) 利用实验室提供的低压交流电源，设计整流、滤波、稳压电路； 2) 至少能输出4个档：3V 、5V 、9V 、12V ，用数码管显示； 3) 输出电流要能达到1A 以上，且纹波≤5mV 。 2. 发挥部分： 1) 输出增加了一个7V 的档，进而变为5个档；手动开关控制档的转换。 2) 用ADC0809（模/数转换器）将输出的电压模拟量转换为数字量并输出给译码显示电路 以显示正确数字。 二 方案论证 1.可调稳压控制部分 方案一:直接由开关控制档位 5 个单刀单掷开关 手动控制开关,使输出电压分别为 此方法电路简 单, 控制方便. 方案二;由多路模拟开关在脉冲CP 的作用下来控制开关 CP 脉冲
由脉冲控制多路模拟开关,脉冲由信号源直接给定.此方法比依赖与信号源的CP,且不容易控制. 综合的看上述两种方案,方案一电路简单,控制方便;方案二对CP 的依赖性比较大,在实际应用方面不够灵活.因此对可调稳压器的控制部分应采用方案一. 2.显示电路 方案一:模拟量经模数转换电路输入后，输出转换成数字量，再利用一片共阴极七段显示器显示，结构框图如下： → → → 此方案的优点是比较直观，易懂，而且容易调试，也能满足题目中所给的要求，但是当输出电压为 12v 时, 显示器显示以乱码＂└┘＂代替，不利于读数。 方案二：以方案一为基础，在经过模数转换输出后，加入一些简单的逻辑门，再利用两片共阴极七段显示器显示，结构框图如下： ↗ → ↘ 的要求。 上述两个方案经实践证明均可行，但方案一不能很好的显示两位十进制数，故选择方案二。 二、 设计方案
高精度数控直流电流源
１ 引言 “高精度数控直流电流源”是２００５年全国大学生电子设计大赛的题目。由于题目的要求指标比较高，用普通的模拟直流电流源无法满足，我们构造了以单片机８９ｃ５１为中心控制器的直流电流源系统。因此在要求输出范围不变的前提下，将其他指标提高了近十倍。 ２ 电源系统框架 本文在文献［１￣３］的基础上构造电源系统框架；该系统由单片机数据处理模块、Ａ／Ｄ数据输入模块、Ｄ／Ａ输出模块、恒流源模块及键盘和显示模块（ＬＣＤ）等几部分组成，如图１所示。其中单片机最小系统实现了主要的数控功能， 是本控制电路的核心，由它来控制输出电流值，并 控制步进调节。控制电路的采样信号和控制信号传输通道分别用ＡＤＣ７１３５和ＡＤ７５４１Ａ来实现。３ 硬件电路 ３．１单片机的最小系统 本系统使用的最小系统板是以８９ｃ５１单片机［４］ 为内核，并且具有良好的扩展性。ＣＰＵ接有１１．０５９２ＭＨＺ的晶振，ｘ５０４５看门狗电路［４］，７４ｌｓ３７３锁存电路、７４ｌｓ１３８译码电路以及按键、显示器件、ＡＤＣ７１３５电路板插槽并用８２５５［５］外扩了Ｉ／Ｏ接口［６］。如图２所示。 本系统中通过８２５５外扩了ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ共２４个Ｉ／Ｏ口，以便作为系统的输入输出通道。用 ７４ｌｓ１３８的输出作为各个芯片的译码选择端， 除最小系统中使用的Ｙ２外，其余可供其它扩展使用。３．２电流源电路 本系统的电流源电路是一闭环控制电路［７］，根据采样信号与设定值的偏差放大处理实现自校正， 从而使输出电流更稳定，可控性更高，如图３所示。 ３．３ＡＤＣＩＣＬ７１３５信号采集电路 ＩＣＬ７１３５具有低噪音、 无需外部其他器件、长期高精度数控直流电流源 王永德，赵宏才，马石岩，张召友，刘士军 （青岛理工大学自动化工程学院，山东青岛２６６０３３） 摘 要：以单片机８９ｃ５１为中心控制器构成的直流电流源，控制电路的采样信号和控制信号传输通道分别用 ＡＤＣ７１３５和ＡＤ７５４１Ａ来实现。使得控制精度达到了步进１ｍＡ，量程２０ｍＡ￣２０００ｍＡ，纹波电流≤０．２ｍＡ，远远的超过题目要求。 关键词：电流源；单片机；ＩＣＬ７１３５、ＡＤ７５４１芯片中图分类号：ＴＮ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－７１８０（２００７）０２－０１２０－０４ ＨｉｇｈＰｒｅｃｉｓｉｏｎＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｒｏｌＤＣＣｕｒｒｅｎｔＳｏｕｒｃｅ ＷＡＮＧＹｏｎｇ－ｄｅ，ＺＨＡＯＨｏｎｇ－ｃａｉ，ＭＡＳｈｉ－ｙａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈａｏ－ｙｏｕ，ＬＩＵＳｈｉ－ｊｕｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅＤＣｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｗｉｔｈｍａｉｎｃｏｎｔｏｌｌｅｒｔｈａｔｉｓｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ８９ｃ５１．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｈａｎｎｅｌｓｏｆｓａｍｐｌｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＴｈｅＡＤＣ７１３５ｉｓｕｓｅｄｔｏｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｉｇｎａｌｃｉｒｃｕｉｔａｎｄＡＤ７５４１Ａｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｄｅｘｅｓａｒｒｉｖｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｓｔｅｐ１ｍＡ，ｍｅａｓｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ２０ｍＡ～２０００ｍＡ，ｖｅｉｎｗａｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｗｉｔｈｉｎ０．２ｍＡ．Ｔｈｅｓｅｉｎｄｅｘｅｓｈａｖｅｌａｒｇｅｌｌｙｅｘｃｅｅｄｅｄｄｅｍａｎｄｉｎｄｅｘ－ｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｐｏｗｅｒ；Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ；ＩＣＬ７１３５ｃｈｉｐａｎｄＡＤ７５４１ｃｈｉｐ 收稿日期：２００６－０３－１７
数控直流电流源TLC5615
数控直流电流源 林彩莲黎智华周双强 (广西师范大学物理与信息工程学院创新基地桂林 541004 ) 摘要 本数控直流电流源以单片机A T89Ｓ51为控制核心，由D/A转换器TLC5615、A/D转换器TLC2543、中文字库液晶显示块、放大电路和大功率调整电路组成。通过4x4键盘输入给定值，由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经D/A输出电压作为恒流源的参考电压，以ＬＭＯＰ０７作为电压跟随器，利用晶体管平坦的输出特性得到恒定的电流输出，最后用中文液晶显示输出。 [Abstract] The Digital Controlled DC Current Source uses the single chip A T89S51 as the core, and consists of TLC5615 D/A converter, TLC2543 A/D converter, Chinese character LCD display unit, amplifying circuit and power adjustment circuit. Based on the given value from a 4X4 keyboard, the digital signal is converted into analog signal. The D/A output voltage is used as the reference value for the constant current source and the LMOP07 is used as the voltage following device, thus a constant current output is obtained due to the smooth output features of the transistor and the output is displayed on a Chinese character LCD.
数控直流电流源设计综述
信息与控制工程学院硬件课程设计说明书数控直流电流源设计 学生学号： 学生姓名： 专业班级：自动1003班 指导教师： 职称：讲师 起止日期：2013.03.11 ?2013.03.31 吉林化工学院 Jil in In stitute of Chemical Tech no logy
信息与控制工程学院硬件课程设计说明书 课程设计任务书 一、设计题目：数控直流电流源 二、设计目的 1.掌握STC89C5单片机最小系统及接口电路的设计； 2.熟练掌握单片机的编程方法； 3.掌握利用DXP软件绘制电路图的方法； 三、设计任务及要求 设计并制作数控直流电流源。输入交流200?220V,50H z;输出电流W 10V,输出电流范围为 20 ?2000mA 四、设计时间及进度安排 设计时间共三周(2013.03.11?2013.03.31 ),具体安排如下表: 五、指导教师评语及学生成绩
摘要：该数控直流电流源以精密压控电流源为核心、用单片机、DAC组成控制电路，引入“S类”反馈控制功率放大电路，实现超精密电流控制、具备精准的扩流能力、低失调、有步进、同时带有丰富扩展功能的精密电流源。经过ADC采样，完成输出电流显示功能， 并使输出范围覆盖0?2A,是理想的电流源解决方案。 关键词：精密电流源低失调S类功率放大器 Abstract: The direct curre nt source of nu merical con trol bases on accurate VCCS, using MCU and DAC as con troller kern el, import ing circuit of power amplificatio n of type S with feedback control; achieves ultra accurate current control; has low offset and excelle nt capacity for curre nt enlarging; has step by step moti on. At the same time, it provides abundance extended functions. According to the ADC sampling, it carries out the function of display ing the curre nt output, mean while it achieves a range of 0 to 2A. Above all, it is an ideal solution of current source. Keyword: accurate curre nt source , low offset , power amplificati on of type S
数控直流电流源的设计与实现
数控直流电源的设计与实现 一、实验目的 １．了解数控技术和电源技术。 ２．熟悉微机原理及其接口技术。 ３．运用微机系统实现一个数控直流电源。 二、实验内容与要求 基于80x86实验箱平台设计并制作数控直流电源。要求由键盘预置输入直流电压在0～＋9.9V之间的任意一个值，数控直流电源输出，且输出电压与给定值偏差不大于 0.1V。 主要技术指标： （1）输出电压：范围0～＋9.9V，纹波不大于10mV，电压值由数码管显示； （2）具有“+”、“-”步进调整的功能，步进0.1V； （3）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。 三、实验报告要求 １．设计目的和内容 ２．总体设计 ３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 ４．软件设计框图及程序清单 ５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法） 四、总体设计 采用8086处理机构成该系统的核心——数控模块，与基本接口实验板相连，通过软件编译实现设计各种功能的实现，输出部分也不再采用传统的调整管方式，而是在D/A转换后，经过稳定的功率放大电路得到。由于使用了微处理器，整个系统可编程实现，系统的灵活性大大增加。系统设计框图如图1所示。
图1 方案三系统设计框图 为实现数控直流电源的各项功能，系统分为三个组成部分：键盘/显示电路，数控模块，稳压输出电路。下面介绍系统各部分的基本功能： （1）键盘/显示电路：该电路的显示部分又可分为电压预制值显示电路和电压实际输出值显示电路。系统利用可编程并行接口8255单元电路构成实验板上4*4小键盘的接口和LED 数码管电路的接口，从而识别键码同时显示电压预置值；在得到实际输出值后，实验板上提供了模数转换ADC0809单元电路，转化成数字量后传递给LED数码管就可以显示实际输出值。 （2）数控模块：该部分主要由8086微处理器和数模转换DAC0832单元电路组成。其中通过编写汇编语言程序控制8086微处理器快速完成各功能所需的复杂运算，然后数模转换电路DAC0832可将运算所得的数字量转换为模拟量。 （3）稳压输出电路：由于通过模数转换电路输出的电压值大小有限制，通过使用运算放大器作前缀的功率放大电路，即可满足系统所需电压，又可大大减小纹波电压。功率放大电路通过外扩电路实现。 五、硬件电路设计 本课题的设计可通过实验平台上的一些功能模块电路组成，由于各模块电路内部已经连接，用户在使用时只要设计模块间电路的连接，因此，硬件电路的设计及实现相对简单。完整系统的硬件连接如图2所示。