数理与信息工程学院
《单片机原理及应用》期末课程设计
题 目: 基于单片机的数控直流电流源设计
专 业: 计算机科学与技术(专升本)
班 级: 计算机081班
姓 名: 叶 雅 媚
学 号: 08191114
指导老师: 余 水 宝
成 绩:
( 2009.6 )
目 录
数控直流电流源
数理与信息工程学院 08计算机专升本 叶雅媚
指导教师:余水宝
引 言
本数控直流电流源以单片机AT89S51为控制核心,由D/A转换器TLC5615,A/D转换器TLC2543,ZLG7289,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LM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.
1.1 数控直流电流源概述
低纹波,高精度稳定直流电流源是一种非常重要的特种电源,在现代科学研究和工业生产中得到了越来越广泛的应用.普通电流源往往是用电位器进行调节,输出电流值无法实现精确步进.有些电流源虽能实现数控但输出电流值往往比较小,且所设定的输出电流值是否准确不经测试无法知道等等.为此,结合单片机技术及V/I变换电路,采用反馈调整控制方案设计制作了一种新型的基于单片机高精度数控直流电流源.它可实现以下功能:
(1) 具有多个量程,用户可根据实际需要选定.
(2) 输出电流值可精确预置,最小步进为1mA,最大输出电流2000mA.
(3) 纹波电流极小,小于0.1mA.
(4) LED可同时显示预置电流值,实测电流值及当前量程档,便于用户操作及进行误差分析.
1.2 本设计任务和主要内容
本系统采用单片机作为控制中心,产生数字可调的直流电流源.其内部4K flash memory 用于存储应用程序.键盘用于设定电流源的值.键盘为4x4结构,采用反转法读取键盘值.P1口的低四位接ZLG7289来控制LCD液晶的屏幕切换和按键选择.
图中数模转换器D/A与其右边部分的电路构成恒流源.D/A输出电压作为恒流源的参考电压,运算放大器IC与三个晶体管组成达林顿电路构成电压跟随器.利用晶体管平坦的输出特性即可得到恒流输出.由于跟随器是一种深度的电压负反馈电路,因此电流源具有较好的稳定性.为了提高稳定度,D/A部分的参考电压采用LM358的参考电压.R2采用大线径康铜丝制作,康铜丝温度系数很小(5ppm/oC),大线径可使其温度影响减至最小.软件用MCS-51汇编语言编写.
单片机系统仅需5V,0.5A电源即可,电源只供单片机完成键盘输入显示,D/A等控制功能.电流源的电源由V+提供,普通任何一种直流稳压电源都可满足要求.本设计使用的是0～10V,0～2A的直流稳压电源,恒流源最大电流可达2A.
第2节 系统主要硬件电路设计
2.1 总体方案设计与比较
方案一:通过编码开关来控制存储器的地址;根据地址输出对应的数字量送数模(D/A)进行转换;再根据输出的电压量来控制电流的变化;同时;通过四个编码开关的BCD码送给4511及数码管显示.此方案的优点是电路简单,缺点是数据量大且存储器存储容量有限,在设计过程中发现编码开关不稳定,所以不宜采用.其电路方框图如图2-1所示:
图2-1 方案一方框图
方案二:采用以89C51为核心的单片机系统来控制10位AD2543的数据的输入并将其转换成模拟量输出同时单片机把输入的预值电流送数码管显示,再根据输出的电压量来控制电流的变化,此方案的优点是输入的预值电流信号稳定且避免了大量的数据存储,所以电路设计和制作采用方案二.其电路方框图如图1.2所示:
图2-2 方案二方框图
2.2 系统硬件模块设计
系统硬件以A789C51单片机为核心,外围包括电源模块,数码管显示模块,D/A转换模块及恒流源模块.
2.2.1 电源模块
本设计共用到电源有三种:即±18V +5V.
电源原理:稳压电源由电源变压器,整流电路,滤波电路和稳压电路组成,如图2-3
图2-3 电源方框及波形图
a 整流和滤波电路:整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3.滤波电路一般由电容组成,其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压U4.

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