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1、長江職業(yè)學院電子競賽數(shù)控恒流源實驗報告設計摘要：本系統(tǒng)是以msp430單片機為控制器,由矩陣鍵盤、液晶顯示器、D/A轉換電路、恒流源電路、電流采樣電路及直流穩(wěn)壓電源電路組成的數(shù)控恒流源實驗電路。該電流源具有輸出電流穩(wěn)定、可調(diào)范圍輸出電流與輸入電壓呈線性關系的特點。系統(tǒng)基本工作原理為：鍵盤設定直流電源的輸出電流，單片機通過D/A轉換電路控制恒流源的輸入電壓，由于恒流源輸入電壓與負載電流的線性關系且負載電流只隨輸入電壓變化而變化從而實現(xiàn)數(shù)控恒流的目的，另外單片機通過電流采樣電路及A/D轉換回檢負載電流并通過液晶將采樣電流值顯示出來。最后經(jīng)實驗驗證，本系統(tǒng)輸出電流穩(wěn)定，不隨負載變化而變化。。。關鍵
2、字：鍵盤、D/A、恒流源、采樣電路、A/D一、方案論證與比較1.1直流穩(wěn)壓電源方案一：采用單極開關電源，由220V交流整理后，經(jīng)開關電源穩(wěn)壓輸出。該方案的優(yōu)點是電路效率高，但是此方案產(chǎn)生的直流紋波和干擾比較大，而且開關電源結構復雜。方案二：采用交流電壓經(jīng)橋式電路整流濾波輸出，直接進入穩(wěn)壓電路。此方案的優(yōu)點是電路簡單、容易實現(xiàn)、方便調(diào)試，只是該方案功率損耗較大，但是在小型非連續(xù)工作系統(tǒng)中這些功耗可以承受。綜合考慮，選擇方案二。1小組成員：吳定俊、張金峰、楊倩長江職業(yè)學院電子競賽1.2恒流源模塊方案一：由運算放大器、大功率場效應管、采樣電阻、負載電阻等組成恒流源。此方案既能滿足輸出電流達到2A的
3、要求，也能較好地實現(xiàn)電壓近似線性控制電流。方案二：可通過由集成穩(wěn)壓器構成開關恒流源來構成恒流電路。通過三端集成穩(wěn)壓器可構成開關穩(wěn)壓源。當把電阻設為一定值時，當回路中負載發(fā)生變化時可有集成穩(wěn)壓器進行自動補償從而使輸出電流保持不變，但此電路帶負載能力及調(diào)節(jié)精度存在一定難度。綜合考慮，本系統(tǒng)采用了方案一。集成穩(wěn)壓器構成的開關恒流源電路圖如下：二、系統(tǒng)設計2.1系統(tǒng)方案設計本系統(tǒng)以直流電流源為核心，msp430單片機為控制器，通過矩陣鍵盤來設置直流電源的輸出電流，由單片機程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉換模塊輸出模擬量，控制直流電流源的輸入電壓，隨著輸入電壓的變化而輸出不同的電流，設置步進等級可達1m
4、A。再通過電流采樣電路實時檢測，并將模擬量轉換為數(shù)據(jù)量，單片機再進行分析處理數(shù)據(jù)，并由液晶顯示實際輸出電流值和電流設定值。2小組成員：吳定俊、張金峰、楊倩長江職業(yè)學院電子競賽2.2系統(tǒng)框圖壓液晶顯示數(shù)控電壓電路單控片恒機流鍵盤電流采樣電路源控制電路電源恒流源電源數(shù)控電流源系統(tǒng)框圖三、單元模塊電路設計與分析3.1數(shù)控電壓模塊3.1.1電路設計3.1.2電路分析DAC7811為電流型DAC，所采用的是單極性接法，參考電壓為3.3V根據(jù)DAC7811內(nèi)部結構此電路需將D/A輸出轉換成正電壓，方案是將D/A輸出端后接一級反相比例運算放大器。DAC7811為12為D/A，其分辨率為1/4096。經(jīng)仿真
5、測試，恒流源輸入電壓每變化3.3/4096≈0.0008V輸出電流變化大于1mA，故需減小恒流源輸入電流的變化級即在數(shù)控電壓模塊的輸出電壓做分壓，如上圖所示。3小組成員：吳定俊、張金峰、楊倩長江職業(yè)學院電子競賽3.2恒流源模塊電路設計:電路分析:電路中調(diào)整管采用場效應管IRF540。采樣場效應管既能滿足輸出電流達到2A的要求，也能較好地實現(xiàn)電壓近似線性控制電流。因為當場效應管工作于恒流區(qū)時場效應管的導電溝道出現(xiàn)夾斷，如果U不斷增大夾斷區(qū)會不斷延長，在這過程中漏極電流I保持基本穩(wěn)DSD定，幾乎不受U的影響，其大小U決定。即當U為常數(shù)時有DSGSDSI=f(U)，只要U不變,I就不變。在此電路中
6、,R為采樣電阻，DGSGSD17采用康銅絲燒制，其阻值隨溫度變化很小，阻值為1?。運放采用OPA358作為電壓跟隨器，U=U，負載電流I=I=I所以IR170DSI=UR17=UI即輸入電壓U控制電流I，電流I不隨負載變化從而實0R17R17I00現(xiàn)壓控恒流。說明：由于實驗任務要求負載電壓U≤10V，負載電流最大為2A、最0小為20mA。即負載電阻應在保證U≤10V的前提下，負載電阻可在05?~500?變化。4小組成員：吳定俊、張金峰、楊倩長江職業(yè)學院電子競賽3.3電流采樣與顯示模塊電路設計：電路分析：本模塊主要是對采用電壓采樣，將模擬量轉換為數(shù)字量后送給單片機，然后單片機對數(shù)據(jù)進行處理，最
7、后將輸出電流值用液晶顯示出來。ADC_COUNTOR表示采樣電阻兩端電壓，后接射級跟隨器來提高帶負載能力，此時已將采樣電壓反相了，再接反相比例運算放大電路是將采樣電壓放大和反相，保證采樣電壓為正電壓送給單片機A/D。在系統(tǒng)實際測量時，可根據(jù)電流測量結果調(diào)相關的滑阻使測量結果更接近與設定值。說明：采樣電阻為1?，而輸出電流要求在20mA~2A范圍，故采樣電阻兩端電壓在20mV~2V的范圍，而由于本系統(tǒng)中的變壓器
