基于数控直流电流源系统的设计

基于数控直流电流源系统的设计

摘要：随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，人们对数控恒定电流器件的需求越来越高。应社会发展的需求，对基于单片机控制的“数控直流电流源的设计”进行研究论证，并运用Proteus 软件进行仿真。以直流稳压电源和稳流电源为核心，结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。首先采用了单片集成稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元件实现稳流。为实现对输出电流的精确控制：一方面，通过Ｄ／Ａ输出实现电流的预置，再通过运算放大器控制晶体管的输出电流；另一方面，运用Ａ／Ｄ转换器件将输出电流的采样值送入单片机，与预置值进行比较，将误差值通过Ｄ／Ａ转换芯片添加到调整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。

Abstract：The requiements of numerical controlling constant current devices is increasing as development of electronic technology and expanding of digital circuit applicational field. As to satisfy society development, do a study based on " Numerical control dc current source design " of SCM controlling and apply Proteus to simulating software.DC（digital current ）V oltage regulator and DC current regulator is the key part of the design，its output current is controlled by single chip microprocessor,Firstly,single chip IC（integrated circuit）V oltage regulator LM338K is used to generate stable voltage, and then desperate devices is used to generate stabilize current . Tocontrol the output current ，on one hand ,system sets output current by D/A（digital／analogue converter and controls current of transistor by operational amplifier ；on the other hand ，with the help of A/D（analogue／digital）converter，system samples the output current and convert it into digital data ，compares it with preset value ，converts the error value into analogy and puts it on adjusting circuit ，and decreases the ripple of the system output current ．

目录

1 引言 (1)

1.1 数控直流电流源的发展现状 (1)

1.2 数控直流电流源的研究意义 (1)

1.3 该研究解决的主要内容 (1)

2 设计任务及要求 (1)

2.1任务 (1)

2.2 设计思路 (2)

2.3 方案论证 (2)

2.4 总体方案设计 (2)

3 硬件系统的设计 (3)

3.1 硬件系统的模块 (3)

3.1.1 单片机最小系统 (3)

3.1.2 自制电源模块 (5)

3.1.3 显示模块 (5)

3.1.4 键盘模块 (7)

3.1.5 电流源模块 (8)

3.1.6 负载模块 (8)

3.1.4 D/A、A/D转换模块 (8)

3.2 系统的原理图 (9)

4 软件系统的设计 (10)

4.1 单片机资源使用情况 (10)

4.2 软件系统的模块 (10)

4.3 程序流程图 (11)

4.4 程序清单 (15)

5 仿真测试及结果 (15)

5.1 设计结论及使用方法 (15)

5.2 仿真结果 (15)

5.2.1 输出电流范围仿真 (15)

5.2.2 步进调整仿真 (17)

5.2.3 输出电流仿真 (17)

5.3 误差分析 (18)

6 总结 (20)

参考文献 (21)

谢辞 (22)

附录 (23)

1 引言

1.1 数控直流电流源的发展现状

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电子电力技术是电能的最佳应用技术之一。现在电源技术融合了电子、电气、系统集成、控制理论、材料等众多领域。随着数控电源在电子设备中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会产生很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。随着经济全球化的发展，恒流源是电路中广泛使用的一种电路，恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得所输出的电流趋于恒定。本课题对恒流源进行研究，设计出所需要的符合标准的数控制流电流源。

1.2 数控直流电流源的研究意义

数控直流电流源是我们生活中比较常见的设备，这次设计就是基于单片机为主体所设计的微机数字触发式直流电流源，相比其他以往的电源设计，此次的课题更新颖，更符合技术发展的潮流。设计中，对整体电源进行了硬件、软件总体设计，从两方面满足设计的基本要求的同时，对整个微机控制的系统有了比较全面的了解。

1.3 该研究解决的主要内容

本次对数控直流电流源的设计主要是针对以下方面：如何实现对电源的输出控制，该系统主要是应用单片机，用微处理器来替代传统直流稳压电源中手动旋转电位器，实现输出电压的连续可调，精度要求高。实现的途径很多，可以用DAC的模拟输出控制电源的基准电压或分压电阻，或者用其它更有效的方法，因此如何选择简单有效的方法是本课题需要解决的首要问题；数控直流电流源要实现电流的键盘化输出控制，同时对于输出的电流的精度也具有相应的要求，如何有效的实现这些功能也是课题所需研究解决的问题。

2 设计任务及要求

2.1任务

设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。