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1、畢業(yè)設(shè)計(jì) 數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)目錄摘要 1前言 1 1系統(tǒng)原理及理論分析 21.1單片機(jī)最小系統(tǒng)組成 21.2系統(tǒng)性能要點(diǎn) 21.3恒流原理 32總體方案論證與比擬 53模塊電路設(shè)計(jì)與比擬 53.1恒流源方案選擇 53.2反應(yīng)閉環(huán)方案選擇 73.3控制單元方案選擇 73.4電源方案選擇 73.5過(guò)壓報(bào)警功能設(shè)計(jì) 84軟件設(shè)計(jì) 94.1主程序模塊 94.2閉環(huán)比擬子程序模塊 94.3電流設(shè)置子程序模塊 94.4鍵盤中斷子程序模塊 94.5顯示中斷子程序模塊 95數(shù)據(jù)測(cè)試及分析 145.1輸出電流測(cè)試 145.2步進(jìn)電流測(cè)試 155.3工作時(shí)間測(cè)試 155.4負(fù)載阻值變化測(cè)試 165.5紋波電流測(cè)試 1
2、66結(jié)束語(yǔ) 177致謝 17參考文獻(xiàn) 17 可修改 歡送下載 精品 Word數(shù)控恒流源摘要：本系統(tǒng)以直流電流源為核心，AT89S52單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)可達(dá)1mA，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電流值和電流設(shè)定值。本系統(tǒng)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器AD7543輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電流。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)恒流源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電流經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，再經(jīng)單片機(jī)分析處理， 通過(guò)數(shù)據(jù)形式的反應(yīng)環(huán)節(jié)，使電流更加穩(wěn)定，這樣構(gòu)成穩(wěn)
3、定的壓控電流源。實(shí)際測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒流源的領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：壓控恒流源 智能化電源 閉環(huán)控制 The Digital Controlled Direct Current SourceAbstract: In this system the 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 reache
4、s 1mA, while the real output current and the set value can be displayed by LED. In the system, the digitally programmable signal from SCM is converted to analog value by DAC (AD7543), then the analog value which is isolated and amplified by operational amplifiers, is sent to the base electrode of po
5、wer 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
6、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 it can be applied in need areas of constant current source w
7、ith high stability and low power. Keywords: voltage-controlled constant current source, intelligent power; closed loop control 前言隨著電子技術(shù)的開(kāi)展，數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，現(xiàn)今社會(huì)，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢(shì)，設(shè)備的性能，價(jià)格，開(kāi)展空間等備受人們的關(guān)注，尤其對(duì)電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。性能好的電子設(shè)備，首先離不開(kāi)穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設(shè)備和外圍條件越優(yōu)越，那么設(shè)備的壽命更長(zhǎng)?；诖耍藗儗?duì)數(shù)控恒定電流器件的需求越來(lái)越迫切當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控恒
8、壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是恒流方面特別是數(shù)控恒流的技術(shù)才剛剛起步有待開(kāi)展，高性能的數(shù)控恒流器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用存在巨大的開(kāi)展空間，本文正是應(yīng)社會(huì)開(kāi)展的要求，研制出一種高性能的數(shù)控直流恒流源。本數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)輸出電流穩(wěn)定，不隨負(fù)載和環(huán)境溫度變化，并具有很高的精度，輸出電流誤差范圍5mA，輸出電流可在20mA2000mA范圍內(nèi)任意設(shè)定，因而可實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒流源的領(lǐng)域。1系統(tǒng)原理及理論分析1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)組成單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心局部，它主要用于鍵盤按鍵管理、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對(duì)各局部反應(yīng)環(huán)節(jié)進(jìn)行整體調(diào)整。主要包括AT89S52單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809
9、、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543、數(shù)碼管顯示譯碼芯片74LS47與74LS138等器件。1.2系統(tǒng)性能本系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要由兩大關(guān)系所決定，設(shè)定值與/采樣顯示值系統(tǒng)內(nèi)部測(cè)量值的關(guān)系。內(nèi)部測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值的關(guān)系，而后者是所有儀表所存在的誤差。在沒(méi)有采用數(shù)字閉環(huán)之前，設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值的關(guān)系只能通過(guò)反復(fù)測(cè)量來(lái)得出它們的關(guān)系要送多大的數(shù)才能使/輸出與設(shè)定電流值相對(duì)應(yīng)的電壓值，再通過(guò)單片機(jī)乘除法再實(shí)現(xiàn)這個(gè)關(guān)系，從而根本實(shí)現(xiàn)設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值相一致。但由于周圍環(huán)境等因素的影響，使設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值的關(guān)系改變，使得設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值不一致，有時(shí)會(huì)相差上百毫安，只能重新測(cè)量設(shè)定值與/采樣顯示值的關(guān)系改變/入口數(shù)
10、值的大小才能重新到達(dá)設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值相一致，也就是說(shuō)還不穩(wěn)定。在采用數(shù)字閉環(huán)后。通過(guò)比擬設(shè)定值與/采樣顯示值，得出它們的差值，再調(diào)整/的入口數(shù)值，從而使/采樣顯示值逐步逼近設(shè)定值最終到達(dá)一致。而我們無(wú)須關(guān)心/入口數(shù)值的大小，從而省去了原程序中雙字節(jié)乘除的局部，使程序簡(jiǎn)單而不受周圍環(huán)境等因素的影響。內(nèi)部測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值的誤差是由于取樣電阻與負(fù)載電阻和晶體管的放大倍數(shù)受溫度的影響和測(cè)量?jī)x表的誤差所造成的，為了減少這種誤差，一定要選用溫度系數(shù)低的電阻來(lái)作采樣電阻，因此本系統(tǒng)選用錳銅電阻絲來(lái)作采樣電阻。1.3恒流原理數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543是12位電流輸出型，其中OUT1和OUT2是電流的輸出端。
11、電流的輸出級(jí)別可這樣計(jì)算DX=式中：DX是控制級(jí)數(shù)電壓由集成運(yùn)算放大器U8A的1腳輸出，根據(jù)T型電阻網(wǎng)絡(luò)型的D/A轉(zhuǎn)換關(guān)系可知， 存在如下通式： 1 式中：輸出電壓(V)參考電壓(V)；R T網(wǎng)絡(luò)電阻()；外接反應(yīng)電阻()。電流放大電路存在如下關(guān)系： 2 3 式中：Ib基極電流mA；Ui輸入電壓V；IL負(fù)載電流mA。由式1、2可得到： 4 由于電路中的放大系數(shù)值遠(yuǎn)大于1，而與保持恒定，所以可推出負(fù)載電流與輸入電壓存在如下關(guān)系： 5由式(5) 、1可得到: 6其中，K為比例系數(shù)由式6可知，負(fù)載電流不隨外部負(fù)載的變化而改變。當(dāng)保持不變時(shí)(即AD7543的輸入數(shù)字量保持不變)，輸出電流維持不變，能夠
12、到達(dá)恒流的目的。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控的目的，可以通過(guò)微處理器控制AD7543的模擬量輸出，從而間接改變電流源的輸出電流。從理論上來(lái)說(shuō)，通過(guò)控制AD7543的輸出等級(jí)，可以到達(dá)1mA的輸出精度。但是本系統(tǒng)恒流源要求輸出電流范圍是20mA2000mA，而當(dāng)器件處于2000mA的工作電流時(shí)，屬于工作在大電流狀態(tài)，晶體管長(zhǎng)時(shí)間工作在這種狀態(tài)，集電結(jié)發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致晶體管值下降，從而導(dǎo)致電流不能維持恒定。為了克服大電流工作時(shí)電流的波動(dòng)，在輸出局部增加了一個(gè)反應(yīng)環(huán)節(jié)來(lái)控制電流穩(wěn)定，減小電流的波動(dòng)，此反應(yīng)回路采用數(shù)字形式反應(yīng)，通過(guò)微處理器的實(shí)時(shí)采樣分析后，根據(jù)實(shí)際輸出對(duì)電流源進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。經(jīng)測(cè)試說(shuō)明，采用常用的大功率
13、電阻作為采樣電阻，輸出電流波動(dòng)比擬大，而選用錳銅電阻絲制作采樣電阻，電流穩(wěn)定性得到了改善。電路反應(yīng)原理如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)采樣電流/電壓轉(zhuǎn)換單元恒流輸出 數(shù)據(jù)處理單元圖1 電流輸出反應(yīng)電路原理2總體方案論證與比擬方案一：采用各類數(shù)字電路來(lái)組成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)處理，如選用CPLD等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)處理比擬困難。方案二：采用AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變AD7543的輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電流的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電流值的大小，可以將電流轉(zhuǎn)換成
14、電壓，并經(jīng)過(guò)ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。此系統(tǒng)比擬靈活，采用軟件方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。本方案的根本原理如圖2所示。測(cè)試通道恒流輸出輸出調(diào)整單元整流濾波交流輸入芯片供電局部D/A轉(zhuǎn)換器反應(yīng)通道A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)及外圍電路數(shù)碼管顯示鍵盤 圖2 系統(tǒng)原理框圖比擬以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案二簡(jiǎn)潔、靈活、可擴(kuò)展性好，能到達(dá)題目的設(shè)計(jì)要求，因此采用方案二來(lái)實(shí)現(xiàn)3模塊電路設(shè)計(jì)與比擬3.1恒流源方案選擇方案一：采用恒流二極管或者恒流三極管，精度比擬高，但這種電路能實(shí)現(xiàn)的恒流范
15、圍很小，只能到達(dá)十幾毫安，不能到達(dá)題目的要求。 方案二：采用四端可調(diào)恒流源，這種器件靠改變外圍電阻元件參數(shù)，從而使電流到達(dá)可調(diào)的目的，這種器件能夠到達(dá)12000毫安的輸出電流。改變輸出電流，通常有兩種方法：一是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)改變輸出電流，這種方法不能滿足題目的數(shù)控調(diào)節(jié)要求；二是通過(guò)數(shù)字電位器來(lái)改變需要的電阻參數(shù)，雖然可以到達(dá)數(shù)控的目的，但數(shù)字電位器的每一級(jí)步進(jìn)電阻比擬大，所以很難調(diào)節(jié)輸出電流。 方案三：壓控恒流源，通過(guò)改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來(lái)控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機(jī)送出數(shù)字量，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再送到大功率三極管進(jìn)行放大。單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)
16、時(shí)對(duì)輸出電流進(jìn)行監(jiān)控，采用數(shù)字方式作為反應(yīng)調(diào)整環(huán)節(jié)，由程序控制調(diào)節(jié)功率管的輸出電流恒定。當(dāng)改變負(fù)載大小時(shí)，根本上不影響電流的輸出，采用這樣一個(gè)閉路環(huán)節(jié)使得系統(tǒng)一直在設(shè)定值維持電流恒定。該方案通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定，易于功能的實(shí)現(xiàn)，便于操作，應(yīng)選擇此方案。電路原理圖如圖3所示。圖3 壓控恒流源電路原理3.2反應(yīng)閉環(huán)方案選擇方案一：采樣電阻上的電壓，可知輸出電流與采樣電阻存在近似線性關(guān)系，因此可以從檢測(cè)電阻上電壓的大小來(lái)直接增減反應(yīng)深度。方案二：從采樣電阻上得到一個(gè)反應(yīng)電壓，由于采樣電阻阻值比擬小，在該電阻上的壓降相應(yīng)也小，為了提高系統(tǒng)控制的靈敏度，采用一級(jí)運(yùn)算放大器對(duì)采樣電壓進(jìn)行放大，再送
17、到ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理，為了到達(dá)1mA步進(jìn)，選用12位串行D/A轉(zhuǎn)換器件AD7543可以滿足題目要求，而且該芯片是采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，硬件電路簡(jiǎn)單。同時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)控制靈活，易于到達(dá)1mA的步進(jìn)要求。3.3控制單元方案選擇由于要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，至少要有10個(gè)數(shù)字按鍵和兩個(gè)步進(jìn)按鍵，考慮到還要實(shí)現(xiàn)其它的功能鍵，選用16按鍵的鍵盤來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)控制。顯示局部采用8位LED數(shù)碼管，而且價(jià)格廉價(jià)，易于實(shí)現(xiàn)?？紤]到單片機(jī)的I/O端口有限，為了充分優(yōu)化系統(tǒng)，采用外部擴(kuò)展一片8155來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤接口與顯示功能。電路原理如圖4所示。 圖4鍵盤及顯示電路3.4電源方案選擇方案一：
18、用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源給整機(jī)供電，此方案能夠完本錢作品電流源的供電，但開(kāi)關(guān)電源比擬復(fù)雜，而且體積也比擬大，制作不便，因而此方案難以實(shí)現(xiàn)。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用78系列三端穩(wěn)壓器件，通過(guò)全波整流，然后進(jìn)行濾波穩(wěn)壓。電流源局部由于要給外圍測(cè)試電路提供比擬大的功率，因此必須采用大功率器件?？紤]到該電流源輸出電壓在10V以內(nèi)，最大輸出電流不大于2000mA，由公式P=U*I可以粗略估算電流源的功耗為20W。同時(shí)考慮到恒流源功率管局部的功耗，需要預(yù)留功率余量，因此供電電源要求能輸出30W以上。為了盡量減少輸出電流的紋波，要求供電源要穩(wěn)定，因此采用隔離電源，選用由LM338構(gòu)成的高精度大電流穩(wěn)
19、壓電源。此方案輸出電流精度高，能滿足題目要求，而且簡(jiǎn)單實(shí)用，易于自制，應(yīng)選用方案二。穩(wěn)壓電源原理如圖5所示。 圖5 穩(wěn)壓電源原理3.5過(guò)壓報(bào)警功能設(shè)計(jì)為了使本數(shù)控直流電流源進(jìn)一步智能化，考慮到題目要求輸出電壓不大于10V，因此系統(tǒng)測(cè)試局部設(shè)計(jì)了一個(gè)過(guò)壓報(bào)警電路，用于對(duì)電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦有過(guò)壓現(xiàn)象，控制器響應(yīng)后會(huì)發(fā)出報(bào)警控制信號(hào)。電路原理參見(jiàn)圖3。4軟件設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際的硬件電路，為了有效地減小紋波電流，用軟件方法實(shí)現(xiàn)去峰值數(shù)值濾波，以減小環(huán)境參數(shù)對(duì)輸出控制量的影響。軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖和閉環(huán)比擬子程序流程圖，電流設(shè)置子程序流程圖，鍵盤中斷子程序流程圖顯示中斷子程序流程圖，分別如下列圖所示。根據(jù)本
20、系統(tǒng)的實(shí)際要求軟件設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)功能模塊：4.1主程序模塊MAIN：流程圖如圖6所示。主程序負(fù)責(zé)與各子程序模塊的接口和檢查鍵盤功能號(hào)。4.2閉環(huán)比擬子程序模塊BIHUAN：流程圖如圖7所示。通過(guò)調(diào)用閉環(huán)比擬子程序得出實(shí)際值與設(shè)定值的差值，如果是實(shí)際值大于設(shè)定值那么將原來(lái)的/的入口數(shù)值減去這個(gè)差值再送去D/A轉(zhuǎn)換，如果是實(shí)際值小于設(shè)定值那么把原來(lái)的/的入口數(shù)值加上這個(gè)差值再送去轉(zhuǎn)換。如果輸出值與設(shè)定值仍然不一致，再將差值和設(shè)定值相加送D/A轉(zhuǎn)換，以逐步逼近的形式使實(shí)際值和設(shè)定值相一致后通過(guò)LED把穩(wěn)定的實(shí)際值顯示出來(lái)。而逐步逼近過(guò)程中的實(shí)際值不送顯示因此減少了實(shí)際顯示值的不穩(wěn)定。這也是結(jié)構(gòu)化
21、程序的要點(diǎn)合理設(shè)置程序的順序結(jié)構(gòu)。4.3電流設(shè)置子程序模塊SETUP：流程圖如圖8所示。通過(guò)鍵盤設(shè)置電流的大小，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)最大輸出電流是2000m，所以該子程序兼有電流設(shè)置合法性，也就是說(shuō)設(shè)置電流不能大于2000m。4.4鍵盤中斷子程序模塊KEYSCAN：流程圖如圖9所示。本系統(tǒng)采用外部中斷1來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掃描，使程序及時(shí)響應(yīng)按鍵請(qǐng)求而無(wú)需顧慮其它程序模塊運(yùn)行情況。 4.5顯示中斷子程序模塊LED：流程圖如圖10所示。本系統(tǒng)采用定時(shí)中斷0來(lái)實(shí)現(xiàn)逐位動(dòng)態(tài)顯示，每位顯示間隔固定為2ms，使LED輸示非常穩(wěn)定，無(wú)法考慮定時(shí)刷新顯示，使得該顯示子程序簡(jiǎn)單靈活，適用性廣。開(kāi)始圖6主程序流程圖D/A子程序YN
22、YYYNNN是-鍵是+鍵調(diào)用電流減1子程序調(diào)用電流加1子程序調(diào)用電流設(shè)定子程序是設(shè)置鍵取鍵號(hào)啟報(bào)報(bào)警標(biāo)志置位是滿載空載A/D子程序調(diào)用閉環(huán)比擬子程序初始化圖7閉環(huán)比擬子程序流程圖雙字節(jié)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼調(diào)用拆字程序?qū)?shí)際值裝入顯示暫存返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)把結(jié)果裝入/入口地址/入口數(shù)-差值置負(fù)標(biāo)志位并求補(bǔ)碼/入口數(shù)+差值負(fù)標(biāo)志位為保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)差值大于4實(shí)際設(shè)定結(jié)果為負(fù)圖8 電流設(shè)置子程序流程圖鍵號(hào)大于2置電流千位位送2000給顯示緩沖區(qū)鍵號(hào)等于2刷新顯示緩沖區(qū)循環(huán)次數(shù)到恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回循環(huán)次數(shù)減1清空鍵號(hào)暫存顯示暫存指針加1電流千位位0鍵號(hào)小于10取鍵號(hào)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)顯示中斷鍵盤中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)送顯示消抖延時(shí)
23、有鍵按下顯示暫存指針加1顯示完八位求取鍵號(hào)清空顯示指針恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回中斷返回圖10顯示中斷子程序流程圖圖9鍵盤中斷子程序流程圖5數(shù)據(jù)測(cè)試及分析數(shù)據(jù)測(cè)試是反映系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。因此本測(cè)試進(jìn)行了全面的測(cè)試，分別為輸出電流測(cè)試、步進(jìn)電流測(cè)試、工作時(shí)間測(cè)試、負(fù)載阻值變化測(cè)試、紋波電流測(cè)試。本系統(tǒng)測(cè)試采用的儀表如下：當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)電流0200和2002000，分別采用數(shù)字表9801的200檔和10檔。測(cè)試電壓采用數(shù)字表9208的2檔和20檔。測(cè)試.紋波電流采用低頻毫伏表DA16D來(lái)測(cè)試紋波電壓，當(dāng)測(cè)量值與對(duì)應(yīng)量程相差較大時(shí)，會(huì)有一定的誤差。5.輸出電流測(cè)試給電流源上電，通過(guò)按鍵設(shè)定輸出電流值，對(duì)
24、應(yīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓、晶體管基極電壓，電流源自身檢測(cè)到實(shí)際輸出電流值以及通過(guò)外部電流表測(cè)量的電流值，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。由表可知設(shè)定值的線性增大，相關(guān)數(shù)據(jù)也相應(yīng)增大，但由于取樣電阻負(fù)載電阻和晶體管的放大倍數(shù)受溫度的影響和測(cè)量?jī)x表的誤差而造成大電流時(shí)實(shí)際值比設(shè)定值略小，小電流時(shí)實(shí)際值比設(shè)定值略大。所以實(shí)際調(diào)試時(shí)只能拿中間值1000毫安來(lái)作基準(zhǔn)。鍵盤設(shè)定值/mAD/A轉(zhuǎn)換輸出電壓 /V基極電壓/V顯示輸出值/mA外部測(cè)量值/A200.5950.555160.03500.6440.614480.061000.7050.691960.102000.8240.8052000.213000.9250.92
25、12960.304001.0321.0264000.405001.1311.1375040.506001.2341.2336000.607001.3221.3316960.708001.4311.4278000.809001.5291.5329040.9010001.6401.63810001.0011001.8001.79811041.1012001.9021.90012001.2013002.002.0012961.3014002.102.1014001.4015002.202.2114961.5016002.372.3716001.6017002.462.4716961.7018002.
26、572.5818001.8019002.722.7219041.9020002.822.8320002.00表1 輸出電流測(cè)試表 5.2步進(jìn)電流測(cè)試由上面系統(tǒng)方案分析可知本系統(tǒng)由于現(xiàn)有器件限制只能采用8位的/作閉環(huán)反應(yīng)。那么要/轉(zhuǎn)換回來(lái)的數(shù)乘以8才能到達(dá)2000m，即顯示輸出值是每隔8毫安跳變的，而外部測(cè)量值也是毫安跳變的，所以理論上設(shè)定值與實(shí)際值的最大誤差為4m。表2步進(jìn)電流測(cè)試表鍵盤設(shè)定值/mA顯示輸出值/mA外部測(cè)量值/mA鍵盤設(shè)定值/mA顯示輸出值/mA外部測(cè)量值/mA454861.4145144156.1464861.4146144156.1474861.4147144156.148
27、4861.4148144156.1494861.4149152163.3504861.4150152163.3514861.4151152163.3524861.4152152163.3535670.9153152163.3545670.9154152163.35.3工作時(shí)間測(cè)試由表3可知，當(dāng)系統(tǒng)工作在大電流時(shí)，電流外部測(cè)量值隨著系統(tǒng)工作時(shí)間延長(zhǎng)略有減小，而顯示輸出值不變。造成這種誤差主要是因?yàn)殡S著系統(tǒng)工作時(shí)間延長(zhǎng)，系統(tǒng)器件溫度不斷升高，采樣電阻與負(fù)載電阻有所增大，且晶體管的放大倍數(shù)有所減小，因而造成輸出電流減少而采樣電阻兩端電壓不變。表3工作時(shí)間測(cè)試表設(shè)定值/m時(shí)間/Min顯示輸出值/mA外
28、部測(cè)量值設(shè)定值/m時(shí)間/Min顯示輸出值/mA外部測(cè)量值/A150150150150150 1500152163.0 mA100010001000100010001000010001.001152162.7 mA110001.002152162.5 mA210001.003152162.6 mA310001.004152163.2 mA410000.995152162.5 mA510000.9950050050050050050005040.49200020002000200020002000020002.0014960.49120001.9924960.49220001.9935040.49
29、320001.9844960.48420001.9855040.49520001.975.4負(fù)載阻值變化測(cè)試測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，無(wú)論是大電流還是小電流，負(fù)載阻值的改變對(duì)系統(tǒng)的影響都是比擬小，說(shuō)明系統(tǒng)到達(dá)恒流這一根本要求。表4負(fù)載阻值變化測(cè)試表鍵盤設(shè)定值 /mA負(fù)載阻值 /顯示輸出值 /mA外部測(cè)量值 2001200199.0mA2005200199.3mA20010200199.5mA20020200200.0mA20050200200.0mA50015040.49 A50055040.49 A500104960.50 A500154960.50 A500205040.50 A1000110001.
30、00 A1000210001.00 A1000510001.00 A1000810001.00 A10001010001.00 A2000120002.00 A2000220002.00 A2000320001.99 A2000420002.00 A2000520001.99 A5.5紋波電流測(cè)試測(cè)試及運(yùn)算結(jié)果說(shuō)明，輸出紋波電流較小，維持在0.10.2mA之間，根本能夠滿足小于0.2mA的要求。同時(shí)說(shuō)明，本系統(tǒng)輸出電流穩(wěn)定，可以滿足直流恒流源的應(yīng)用要求。表5 紋波電流測(cè)試設(shè)定輸出電流/mA負(fù)載阻值/紋波電壓實(shí)測(cè)值/mV轉(zhuǎn)換成紋波電流/mA50101.210.12190101.230.12333
31、5101.450.14575650.9250.185145051.000.200170050.9700.194198050.9450.1896結(jié)束語(yǔ)在設(shè)計(jì)制作數(shù)控直流恒流源的過(guò)程中，我們深切體會(huì)到，實(shí)踐是理論運(yùn)用的最好檢驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)是對(duì)我們?nèi)晁鶎W(xué)知識(shí)的一次綜合性檢測(cè)和考驗(yàn)，無(wú)論是動(dòng)手能力還是理論知識(shí)運(yùn)用能力都得到了提高，同時(shí)加深了我們對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源認(rèn)識(shí)，大大提高了查閱資料的效率，使我們有充足的時(shí)間投入到電路設(shè)計(jì)當(dāng)中。本系統(tǒng)的研制主要應(yīng)用到了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、大功率電源設(shè)計(jì)、電子工藝等多方面的知識(shí)，所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)程序控制的壓控恒流源，到達(dá)了題目要求。在數(shù)據(jù)測(cè)試和調(diào)試方
32、面，由于儀表存在誤差和電路器件因工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)溫度升高而產(chǎn)生的誤差，使得測(cè)量數(shù)據(jù)不是很精確，本系統(tǒng)就此通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，減少誤差的存在，使輸出電流的誤差范圍減小到5mA，大大提高了系統(tǒng)的精度。7致謝在設(shè)計(jì)數(shù)控直流電流源過(guò)程中，對(duì)本設(shè)計(jì)的理論運(yùn)用、報(bào)告撰寫(xiě)和數(shù)據(jù)測(cè)量等方面給予很多珍貴的意見(jiàn)，感謝老師和電子協(xié)會(huì)為本次設(shè)計(jì)提供場(chǎng)地和儀器設(shè)備，在他們的幫助下，我們的設(shè)計(jì)才得以順利完成在此，我再一次感謝所有幫助，關(guān)心和支持我們本次設(shè)計(jì)的老師和同學(xué)們參考文獻(xiàn) 劉守義單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002 王福瑞單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998 曾波數(shù)控恒流源電子世界，第九期，2005 何希才電子電路北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003 李義府模擬電子技術(shù)根底長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2004 李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994
畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)
