數(shù)控恒流源論文

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1、目錄山西大學───基于控制理論的恒流源設計編號:11題目:數(shù)控恒流源指導教師:趙世平、張玉華學校專業(yè):山西大學電子信息工程系參賽學生:薛哲、盧紅、解靜1摘要基于反饋控制理論,設計并制作了一種數(shù)控恒流源。我們將此設計為以下五個模塊:電源模塊,可逆計數(shù)模塊,顯示和報警電路模塊,DA轉(zhuǎn)換模塊,壓控恒流源模塊??赡嬗嫈?shù)模塊采用74LS192十進制可逆計數(shù)器作為直流恒流源的輸入控制、74LS48結(jié)合共陰級數(shù)碼管顯示輸入電流。用DAC0832輸出電流模擬量;電流測量運用大功率電阻。硬件電路恒流部分的控制端主要是多個精密運算放大器OP07組成的閉環(huán)反饋控制電路,受控部分采用CMOS管IRF640進行擴流

2、、精確輸出設定電流。電源部分采用大功率變壓器供電,多級電容濾除紋波干擾;電源輸出采用三端穩(wěn)壓芯片進行穩(wěn)壓.關(guān)鍵詞:可逆計數(shù),D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換,壓控恒流源Ⅰ一、系統(tǒng)組成與原理概述本文所設計的數(shù)控直流電源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源相比,具有操作方便、電壓穩(wěn)定度高的特點,其輸出電壓大小采用數(shù)字顯示,原理方框組成圖見圖1。它共由六部分組成。輸出電壓的大小調(diào)節(jié)通過“+”、“-”兩鍵操作,控制可逆計數(shù)器分別作加、減計數(shù),可逆計數(shù)器的二進制數(shù)字輸出分兩路運行:一路用于驅(qū)動數(shù)顯電路,指示電源輸出電壓的大小值;另一路進入D/A轉(zhuǎn)換電路,D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量按比例轉(zhuǎn)換成模擬電壓,然后經(jīng)過壓控電路控制電流。為了實現(xiàn)上述幾部分電

3、路的正常工作,需另制±15V和±5V的穩(wěn)壓直流電源及一組24V的直流電壓。二.方案設計與論證2.1控制器的選擇方案一:采用飛利浦公司生產(chǎn)的LPC900系列SOC芯片作為控制器,這主要是基于PWM技術(shù)的開關(guān)電源方案。該方案適合要求高功率輸出的交流系統(tǒng),電源效率高,但需要控制器高頻率輸出PWM波,必然引入紋波噪聲,要經(jīng)過多級濾波才能接入恒流源電路,實現(xiàn)起來比較復雜,且題目對電流精度及紋波要求很高,該方案難以勝任。Ⅰ方案二:采用AT89C51單片機進行控制。本設計需要使用的軟件資源比較簡單,采用AT89C51進行控制也就比較簡單,但是51單片機資源有限,集成度比較低,控制輸入輸出,需要外接8279

4、之類的芯片進行I/O擴展,需要的外圍電路比較多,再加上DA、AD等,實現(xiàn)起來就比較復雜。方案三:通過開關(guān)的斷開與閉合,控制雙時鐘74LS192十進制可逆計數(shù)器的輸入端4、5引腳的高低電位變化,從而使輸出端3號、2號、6號、7號引腳的電位發(fā)生規(guī)律性變化,把輸出的數(shù)字信號經(jīng)譯碼器74LS48的7號、1號、2號、6號引腳,繼而實現(xiàn)了數(shù)碼管從0mA-1000mA的顯示。采用該方案所用的電路原理簡單,所用器材比較實用,實現(xiàn)與操控相對簡單。因此,通過三個方案的比較,我們決定選用方案三。2.2恒流源的選擇方案一:由晶體管構(gòu)成鏡像恒流源。該電路電流的測量精度受到兩個晶體管的匹配程度影響,其中涉及到比較復雜的

5、工藝參數(shù)。另一缺點,集電極最大輸出電流約為幾百毫安,而題目要求最大輸出電流為1000mA,因此由晶體管構(gòu)成的恒流源不適合采用。方案二:采用電壓電流轉(zhuǎn)換電路。如圖2.1所示,R0為為采樣電阻,負載電流I0=UI/R0,由于運放的輸出電流很小,所以該電路也達不到1000mA的要求,需要加上達林頓對管TIP122和127進行擴流。電路實現(xiàn)起來較復雜。Ⅰ圖2.1電壓電流轉(zhuǎn)換電路方案三:由集成運放和場效應管構(gòu)成的壓控恒流源電路。利用集成運放的電壓跟隨特性以及場效應管的自動模擬閉環(huán)調(diào)節(jié)能力,使輸出電流能夠達到要求,且電流易于控制,電路簡單,應用廣泛,易于實現(xiàn)。圖2.2壓控恒流源電路方案二加擴流和方案三都

6、可以實現(xiàn)恒流源,輸出電流也能滿足要求,但方案二中的達林頓管的線性度變化較大,控制起來較難,其特性不如場效應管,且采樣電路復雜,故采用了方案三。Ⅰ2.3顯示模塊的選擇方案  方案一:采用LED數(shù)碼管顯示,簡單,方便 并與前面的譯碼器相互配合,符合要求?!》桨付翰捎肔CD液晶顯示器顯示。采用128×64點陣LCD液晶顯示,可視面積大,畫面效果好,抗干擾能力強,調(diào)用方便簡單,而且可以節(jié)省了軟件中斷資源。其缺點在于顯示內(nèi)容需要存儲字模信息,需要一定存儲空間。  鑒于上面分析,本設計采用方案一。2.4系統(tǒng)總體思路與框圖兩按鈕開關(guān)作為電壓調(diào)整鍵與可逆計數(shù)器的加計數(shù)和減計數(shù)輸入端相連,可逆計數(shù)器采用三片

7、四位十進制同步加/減計數(shù)集成塊74LS192級聯(lián)而成,把第一塊的進位和借位輸出端分別接到下一組的加計數(shù)端和減計數(shù)端。數(shù)顯譯碼驅(qū)動采用三塊74LS48集成塊,74LS48為四線-七段譯碼器/驅(qū)動器,內(nèi)部輸出帶上拉電阻,它把從計數(shù)器傳送來的二-十進制的8421碼轉(zhuǎn)換成十進制碼,并驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)碼。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用三塊DAC0832集成塊,它是一個8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器,這里只使用高4位數(shù)字量輸入端。輸出模擬量經(jīng)90∶

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