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1、数控恒流流源设计计与总结结报告摘要： 本设计计以899C522为主控控器件，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07和大功率场效应管IRF640构成恒流源，通过12位A/D、D/A转换芯片，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能，人机接口采用4*4键盘及LCD液晶显示器。该系统电流输出范围为20mA2000mA的数控直流电流源。该电流源具有电流可预置，1mA步进，同时显示给定值和实测值等功能。关键词： 899C522 恒流流源 AAD DDA1 系统统设计键盘控制器电流源负载显示器电 源设计并制制作数控控直流电流源。输入入交流22002400
2、V，550Hzz；输出直直流电压压10VV。其原原理示意意图如下下所示。图1.11 数控控直流电电流源原原理示意意图1.1设设计要求求题目要求求设计并制制作数控控直流电流源。输入入交流22002400V，550Hzz；输出直直流电压压10VV。其要求求如下:1.1.1基本本要求（1）输输出电流流范围：2200mmA20000mAA；（2）可可设置并并显示输输出电流流给定值值，要求输输出电流流与给定定值偏差差的绝对对值给定值值的1+100mA；（3）具具有“+”、“-”步进调调整功能能，步进进10mmA；（4）改改变负载载电阻，输输出电压压在100V以内内变化时时，要求求输出电电流变化化的绝对对
3、值输出电电流值的的1+10mmA； （5）纹纹波电流流2mAA；（6）自自制电源源。1.1.2发挥部部分（1）输输出电流流范围为为20mmA220000mA，步步进1mmA；（2）设设计、制作测测量并显显示输出出电流的的装置 (可同同时或交交替显示示电流的的给定值值和实测测值)，测测量误差差的绝对对值测量值值的0.1+3个字字；（3）改改变负载载电阻，输输出电压压在100V以内内变化时时，要求求输出电电流变化化的绝对对值输出电电流值的的0.1+1mAA；（4）纹纹波电流流0.22mA；（5）其其他。1.2 总体设设计方案案本设计要要设计的的基于单单片机控控制的直直流恒流流源，以以直流稳稳压电源
4、源和稳流流电源为为核心,结合单单片机最最小系统统实现对对输出电电流的控控制。首首先采用用了单片片集成稳稳压芯片片实现直直流稳压压,然后后采用了了分立元元件实现现稳流。为为实现对对输出电电流的控控制:一一方面,通过DD/A输输出实现现电流的的预置,再通过过运算放放大器控控制晶体体管的输输出电流流;另一一方面,运用AA/D转转换器件件将输出出电流的的采样值值送入单单片机,与预置置值进行行比较,将误差差值通过过D/AA转换芯芯片添加加到调整整电路,从而进进一步降降低了输输出电流流的纹波波。该系统输输出电流流范围较较大，并并且输出出电流与与给定值值偏差的的绝对值值及纹波波电流较较小，具具有功能能强、性
5、性能可靠靠、体积积小、电电路简单单的特点点，分为为以下几几个组成成部分：单片机机控制系系统、AA/D和和D/AA转换模模块、恒恒流源模模块、负负载、键键盘及显显示模块块。1.2.1恒流流源模块块：方案一：采用恒恒流二极极管或者者恒流三三极管，精精度比较较高，但但这种电电路能实实现的恒恒流范围围很小，只只能达到到十几毫毫安，不不能达到到题目的的要求。方案二：利用三三端可调调直流稳稳压集成成芯片，通通过调整整其输出出电压来来实现负负载的恒恒流特性性。特点点：直接接利用稳稳压片提提供所需需功率，只只需要添添加相应应控制电电路即可可实现本本题的大大部分要要求，但但是，其其电流调调整率指指标只能能达到0
6、0.5%0.15%，不满满足题目目要求，方案三：用“运放场效应应管”的结构构构成恒恒流源。特特点：性性能满足足本题要要求，同同时可以以通过选选用场效效应管的的不同容容量来满满足不同同的应用用要求。在保证运放处于线性放大状态，输出电压小于10V的条件，输出电流能够达到2000mA能满足题目的要求.故本设计采用此方案。1.2.2电源源模块：本系统需需要多个个电源，运放、D/A转换芯片的，单片机系统用。电源虽简单，但在高精度的系统中，尤其有纹波要求（本题目纹波电流）时，有着非常重要的作用。方案一：采用升升压型稳稳压电路路。该电电源减小小了系统统体积重重量，但但该电路路供电电电流小，供供电时间间短，无
7、无法使相相对庞大大的系统统稳定运运作。方案二：采用线线性稳压压电路。交交流市电电经桥式式全波整整流，电电容滤波波，三端端稳压器器件稳压压产生各各种直流流电压。运运放、DD/A转转换芯片片的分别别用法LLM78815、LLM79915稳稳压输出出，单片片机系统统用由LLM78805稳稳压得到到。电流流源部分分由于需需求功率率较大，故故采用输输出电流流为3AA的可调调三端稳稳压器。1.2.3采样样模块：方案一：采用电电流传感感器读取取。试用用专用传传感器将将使电路路接线简简单可靠靠，且精精确，但但费用昂昂贵，不不宜采用用。方案二：利用SSTC889C552单片片机将电电流步进进值或设设定值通通过换
8、算算由D/A转换换，驱动动恒流源源电路实实现电流流输出。输输出电流流经处理理电路作作A/DD转换反反馈到单单片机系系统，通通过补偿偿算法调调整电流流的输出出，以此提提高输出出的精度度和稳定定性。为为了达到到输出电电流步进进1mAA，D/A转换换器选用用12位位优质DD/A转转换芯片片AD53320，直接接输出电电压值，A/D转换器选用高精度12位模数转换芯片MAX1241。而且该芯片是采用串行数据传送方式，硬件电路简单。同时反馈系统控制灵活，易于达到1mA的步进要求。采用此方法。1.2.4显示示器模块块：方案一：使用LLED数数码管显显示。数数码管采采用BCCD编码码显示数数字，对对外界环环境
9、要求求低，易易于维护护。但根根据题目目要求，如如果需要要同时显显示给定定值和测测量值，需需显示的的内容较较多，要要使用多多个数码码管动态态显示，使使电路变变得复杂杂，加大大了编程程工作量量。不宜宜采用。方案二：使用LLCD显显示。LLCD具具有轻薄薄短小，可可视面积积大，方方便的显显示汉字字数字，分分辨率高高，抗干干扰能力力强，功功耗小，且且设计简简单等特特点。综上所述述，选择择方案二二。采用用16002液晶晶显示器器，同时时显示电电流给定定值和实实测值。1.2.5键盘盘模块方方案方案一 ：采用用独立式式按键电电路，每每个按键键单独占占有一根根I/OO接口线线,每个个I/OO口的工工作状态态互
10、不影影响，此此类键盘盘采用端端口直接接扫描方方式。缺缺点为当当按键较较多时占占用单片片机的II/O口口数目较较多。方案二 ：采用用标准44*4键键盘，此此类键盘盘采用矩矩阵式行行列扫描描方式，优优点是当当按键较较多时可可降低占占用单片片机的II/O口口数目，而而且可以以做到直直接输入入电流值值而不必必步进。题目要要求可进进行电流流给定值值的设置置和步进进调整，需需要的按按键比较较多。综综合考虑虑两种方方案及题题目要求求，采用用方案二二。2 单元元电路设设计2.1 恒流源源电路设设计如图2.1所示示，电路路中调整整管采用用大功率率场效应应管IRRF6440。采采用场效效应管，更更易于实实现电压压
11、线性控控制电流流，既能能满足输输出电流流最大达达到2AA的要求求，也能能较好地地实现电电压近似似线性地地控制电电流。因因为当场场效应管管工作于于饱和区区时，漏漏电流IId近似似为电压压Ugs控控制的电电流。即即当Ud为常常数时，满满足：IId=f（Uggs），只只要Ugs不不变，IId就不不变。在在此电路路中，RR2为取取样电阻阻，采用用康铜丝丝绕制（阻阻值随温温度的变变化较小小），阻阻值为00.355欧。运运放采用用OP27作为为电压跟跟随器，UI=Up=Un，场效应管Id=Is(栅极电流相对很小，可忽略不计) 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因为Io=UI/R2，电路输入电压
12、UI控制电流Io，即Io不随RL的变化而变化，从而实现压控恒流。 同时，由设计要求可知：由于输出电压变化的范围U=10V，Iomax=2A,可以得出负载电阻RLmax=5欧。图2.11 简易易恒流源源2.2 控制器器电路设设计最小系统统的核心心为STTC899C522，P11口接上上拉电阻阻，P11口及PP3.00P33.2是是LCDD接口；P0口口为键盘盘接口；P2.0P2.2为DA接接口；PP2.33P22.5为为AD接接口。图2.22 单片片机模块块电路2.3 AD、DDA电路路设计本设计中中采用了了12位位的DAAC模块块，提供供高精度度的基准准电压，即即通过CCPU发发出的二二进制转
13、转换为的的模拟电电压，送送给误差差放大器器，实现现步进要要求。根据题目目扩展功功能要求求输出，以以为步进进，需要要的级数数为：因2100=10024198802211=220488，由此此可见采采用111位的DD/A转转换芯片片即可满满足要求求，但市市场上并并没有111位转转换器，所所以系统统中采用用了ADD53220，它是是一种适适合与微微处理器器接口的的12位位D/AA转换芯芯片，直直接输出出电压值值，且其其输出电电压能达达到参考考电压的的两倍。A/D转换器选用高精度12位模数转换芯片MAX1241。其中MAX1241,所用的+2.5V基准电压，由LM336精密的2.5V并联稳压二极管提供
14、。如图2.2所示示为A/D,DD/A接接线图及及与单片片机和恒恒流源电电路的连连接图，图2.33A/DD、D/A转换换图2.4 键盘电电路设计计在设计中中，使用用标准的的4x44键盘，可可以实现现“099”数字输输入，“+”、“-”步进设设置，“确认处处理”，“重置处处理”，“数字处处理”，等功功能，其其电路图图如图22.3所示。图2.44 键盘盘电路图图2.5 显示器器电路设设计本设计采采用LCCD16602液液晶显示示器，与与单片机机接口，采采用8位位并行接接法，显显示电流流预置值值及实测测值，电电路连接接如图所所示。图2.55 液晶晶显示电电路图2.6 电源电电路设计计在本设计计中，运运
15、放、DD/A转转换芯片片的分别别用LMM78115、LLM79915稳稳压输出出，单片片机系统统用由LMM78005稳压压得到。电电流源部部分由于于需求功功率较大大，故采采用输出出电流为为3A的可可调三端端稳压器器。图2.66电源电电路图3 系统统软件设设计系统软件件主要有有设置模模块，比比较处理理模块，显显示模块块。软件设计计采用CC语言，对对STCC89CC52单单片机进进行编程程实现各各种功能能。软件实现现的功能能是：（1） 设置预置置电流值值（2） 测量输出出电流值值（3） 控制ADD53220工作作（4） 控制MAAX12241工工作（5） 对反馈回回单片机机的电流流值进行行补偿处处
16、理（6） 驱动液晶晶显示器器显示电电流设置置值与测测量值（7） 通过键盘盘扫描，确定电流步进调整，及检测各设置功能3.1软软件流图图开始 系统初初始化 扫描键键盘 有有键按下下？ No YYes读入键值步进+ 步进进- 确认认 清清除键 数字字 步进+处处理 步进进-处理理 确认处处理 清清楚处理理 数字处处理液晶显示示程序4 仿真真与分析本设计利利用prrotuues与与keiil的连连调实现现电路的的软件仿仿真，仿真截截图如图图4-11所示。图4-11 仿真真截图1 输出出电流范范围仿真真：预设值=2000mA，实实测值=2000 mAA。预设值=20000mAA，实测测值=220000m
17、A。.2+、步进调调节仿真真：通过过按键，调调节电流流步进。当电流为为10000mAA时：+步进， I=1mAA；步进， I=1mAA。3 电流流随负载载变化仿仿真：当电流为为1A时R（）153电流（AA）1000010000100004 电源源模块仿仿真：电源输入入为2220V，550HZZ，电源源输出分分别为+15VV,-115V,+5VV。结论：通通过仿真真，整个个仿真电电路可以以实现设设计要求求的基本本功能和和扩展功功能。5结语设计制作作的数控控恒流源源不仅完完成了题题目所规规定的基基本功能能和指标标，完成成了发挥挥部分的的各项要要求，在在很多方方面超过过了指标标要求，在在功能、操操作
18、界面面、操作作方式上上有一些些发挥。虽然在设设计的过过程中遇遇到很多多问题，例例如指标标太高，难难以实现现，prrotuues仿仿真软件件有很多多元件没没有，从从而必须须另换元元件等等等，但都都一一的的解决了了。过程程是艰难难的，但但最后我我还是成成功了，收收获喜悦悦的同时时，回头头看看走走过的路路，感慨慨颇多。曾曾经一度度想放弃弃，但是是感谢朋朋友的支支持，感感谢老师的的指导，才才得以让让我最终终坚持下下来。通过这次次设计我我学到了了很多东东西，使使我综合合运用专专业基础础知识进进行理论论设计、仿真实验和独立工作的基本能力有了大大提高。然而收获更多的不仅仅是专业知识的积累，而是学习方法的提升
19、和心理素质的提高。对我以后有的进一步学习，乃至工作都将有很大的帮助。参考文献献【1】 黄智伟.全国大大学生电电子设计计竞赛训训练教程程.北京京：电子子工业出出版社，220055年【2】 全国大学学生电子子设计竞竞赛组委委会.全全国大学学生电子子设计竞竞赛获奖奖作品选选编.北北京：北北京理工工大学出出版社，220055年【3】 谢自美.电子线线路设计计 设计计 测试试.武汉汉：华中中理工大大学出版版社，220000年【4】 杨邦文.新型实实用电路路制作2200例例.北京京：人民民邮电出出版社，220022年【5】 赵亮，侯侯国锐.单片机机C语言言编程与与实例.北京:人民邮邮电出版版社,220033年【6】 王顺棋.稳压电电源设计计.北京京：国防防工业出出版社，119833年附录附录一主要元件件清单序号元器件名名型号数量备注1单片机STC889C55212AD转换换器MAX11421113DA转换换器AD5332014运算放大大器OP07715LCD显显示器LCD11602216高功率场场效应管管IRF664017三端稳压压器LM7881518三端稳压压器LM7991519三端稳压压器LM788051附录二整体电路路图20