最优算法的高精度数控直流电源设计
(数控加工)数控直流电流源设计报告精编
(数控加工)数控直流电流源设计报告数控直流电流源一、设计任务和技术要求1.设计壹个数控直流电流源。
2.输出电流0~99mA,手动步进1mA增、减可调,误差不大于0.01mA。
3.具有输出电流大小的数码显示。
4.负载供电电压+12V,负载等效阻值100Ω。
5.电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性。
6.设计电路工作的直流供电电源电路。
二、系统原理概述本设计要求设计出壹个数控的直流电源,且且输出电流为0~99mA,能够手动控制增减。
在此采用数模转换的原理,只要产生和0~99mA电流相对应的数字量(我们取数字量为0~99),再使用D/A转换器转换为模拟电压量,最后再用V/I转换器将电压量转换为和电压量相对应的电流量即可。
为控制输出电流手动步进为1mA增、减可调,我们只要保证数字量(0~99)——电压量(0~9.9V)——电流量(0~99mA)相对应,通过控制数字量手动增减步进为1可调即可。
综上,整个系统的原理框图如图壹所示:图一系统原理框图三、方案论证1.直流稳压电源电路单元小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。
如图二所示:图二稳压电源组成示意图方案壹:输出可调的开关电源开关电源的功能元件工作在开关状态,因而效率高,输出功率大;且容易实现短路保护和过流保护,可是电路比较复杂,设计繁琐,在低输出电压时开关频率低,纹波大,稳定度极差,因此在本设计中不适合此方案。
方案二:由固定式三端稳压器组成由固定式三端稳压器(7805、7812、7912)输出脚V0、输入脚V i和接地脚GND组成,它们的输入端接电容能够进壹步滤波,输出端接电容能够改善负载的瞬间影响,且且此电路也比较稳定,实现简单。
因此在此采用方案二,电路原理图如图三所示:图三固定三端式直流稳压电源电路2.手动增减数字量产生单元方案壹:74LS163为可预置的4位二进制同步加法计数器。
采用俩片74LS163运用反馈清零或者反馈置数法构成十进制计数器,再将俩片73LS163构成2位十进制加法计数器。
数控机床可控直流电源设计(DOC)
f) 电抗器的参数设计四.具体的计算和选择过程〈一〉.主电路的选择根据实验要求的原始数据,直流电机的功率P=7.5kW<10KW,根据下表,从变压器利用率、直流侧脉动情况、元件利用率、直流磁化、波形畸变及各整流电路应用场合分析,选择单相全控桥式整流电路作为本数控机床可控直流电源设计的主电路。
〈二〉.整流变压器的设计及计算相关参数见下表相关参数表<1>变压器二次侧电压有效值2U 的计算在不考虑最小控制角,电网电压波动,晶闸管管压降和变压器漏感等因素的理想情况时,直流端输出电压d U 为:222122U 2sin()()cos 0.9cos d U t d t U U πααωωααππ+===⎰所以20.9cos d U U α=<2>然而,由于整流器负载回路的电感足够大,所以变压器内阻及晶闸管通态压降可忽略不计。
在计算整流变压器的参数时,还应考虑以下因素: 1)最小触发延迟角min α。
在直流输出电压保持恒定的装置中,α应能自动调节补偿。
一般可逆系统的min α取3050,不可逆系统min α取1015。
2)电网电压波动。
根据规定,电网电压允许波动范围+5% 1.2)N UVU bK 变压器二次相电压电动机的额定电压3)U=2.5TM晶闸管可能承受的电压最大值当整流器的输入电压和整流器的连接方式确定后,的输入电压和晶闸管可能承受的最大电压有固定关系,23)UT K U --------晶闸管的电压计算系数--------整流变压器二次相电压()T I AV 的选择2倍的安全裕量。
(1.52)1.57T I 流过晶闸管的最大电流有效值实际计算中,常常是负载的平均电压已知,整流器连接方式即流经晶闸管的最大电流有效值和负载平均电流有固这样通过查对应系数可使计算过程简化。
max 2)IT d K I --------晶闸管电流计算系数-------整流器输出最大平均电流串联平波电抗器,电流近似恒定,故额定电流N I 50A额定电压N U100-2400V 触发电流TM I150mA〈四〉.触发电路的设计(1).触发电路的选择:TCA785是德国西门子(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路,它是取代TCA780及TCA780D 的更新换代产品,其引脚排列与TCA780、TCA780D 和国产的KJ785完全相同,因此可以互换。
数控机床可控直流电源设计精修订
最小触发延迟角 。在直流输出电压保持恒定的装置中, 应能自动调节补偿。一般可逆系统的 取 ,不可逆系统 取 。
电网电压波动。根据规定,电网电压允许波动范围-10% +5%,考虑在电网电压最低时,仍能保证最大整流输出电压的要求,通常电压波动系数b=0.9 1.05。
漏抗产生的换相压降 。
晶闸管或整流二极管的正向导通压降 。考虑到变压器自身的励磁电流时, 应乘以1.05左右的系数。 =41.3 1.05=43.4。
k
220V
272V
43.4A
41.3A
1
<4>变压器容量的计算
一次容量
= =9086
二次容量
= =9086
平均总容量
=9086
式中 ----变压器一二次侧相数。
------一次相电流计算系数;
------整流器空载电压;
---------------电动机额定电流(A);
---------------整流器额定直流电流(A)。
一次相电流 的计算
= = =0.81 1
=41.3
式中 --------------二次相电流计算系数;
----------------变压器的电压比
----------------市网电压220(V)。
数控直流电流源的设计
数控直流电流源的设计1.设计思路本设计以ATmega16L为核心,通过A/D、D/A转换、V/I转换及独特的算法实现高精度的,电流输出范围为20mA~2000mA的数控直流电流源。
该电流源具有电流可预置,1mA步进,同时显示给定值和实测值等功能。
2.方案设计2.1控制器模块方案利用ATmega16L单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换,驱动压控恒流源电路实现电流输出。
输出电流经处理电路,作A/D转换反馈到单片机系统,通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。
D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片 TLC5618,直接输出电压值,且其输出电压能达到参考电压的两倍,A/D转换器选用高精度16位模数转换芯片AD7705。
2.2显示器模块方案采用19264D汉字图形点阵液晶显示模块同时显示电流给定值和实测值。
使用LCD显示。
LCD具有轻薄短小,可视面积大,方便的显示汉字数字,分辨率高,抗干扰能力强,功耗小,且设计简单等特点。
2.3键盘模块方案采用标准4X4键盘,此类键盘采用矩阵式行列扫描方式,优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目,而且可以做到直接输入电流值而不必步进。
2.4压控电流源模块方案精密压控电流源是本数控电流源的关键之所在,针对设计要求和使用需求、结合设计思路,精密电流源模块必须具备以下指标:纹波小于2mA,误差小于0.1%,具有低的输出失调。
基于稳定性要求和以上考虑,电流源电路选择了经典的压控电流源电路,它负责与后级扩流模块连接,用电压控制后者,而使用电流反馈,这样可以保证有足够高的精度。
该部分采用了高性能、低温漂、低失调的运算放大器OP77和精密元件组成,保证性能指标的良好发挥。
2.5扩流模块方案为了克服传统扩流电路在高精度、高稳定性要求下的缺陷,追求一种精度高、稳定性好、对前级影响小的扩流电路,受到S类功率放大器的启发,本设计率先把S类放大器优秀的电压跟随器原理引入电流源电路之中。
高精度数控直流稳压电源的设计与实现
化
工
自 动
化
及 仪
表
第4 O卷
高精 度数 控 直 流 稳压 电源 的设 计 与 实现
黄 天辰 荣广 宇 李 丹丹 濮 霞
( 中国 人 民解 放 军军 械 工 程 学 院 , 石 家庄 0 5 0 0 0 3 )
摘 要 基 于单 片机 A T 8 9 S 5 1 设 计 了 一 种 高精 度 数 控 直 流 稳 压 电 源 , 数 控部 分采 用 1 2位 高 精 度 D / A
1 系统 概 况
笔者设 计 的 直 流 稳 压 电源 主 要 包 括 供 电 电 源、 稳 压 电路和 数控 三大部 分 , 具 有 的指标 和功 能
如 下 :
1 5 V
a .输 出 电压 0 . 0~ +9 . 9 V, 最 大 输 出 电流
+5 V
5 0 0m A ;
理如 图 1 所 示 。
变
备, 常见 的直流 稳 压 电 源大 多 采 用 串联 反 馈式 稳 压原 理 , 通 过调 整 输 出端 取 样 电 阻支 路 中的 电位
器来 调整 输 出电压 。 由于 电位器 阻值 变化 为非 线
性, 而且 其调整 范 围窄 , 致 使普通 直流 稳压 电源 难
采样 电路 为 R 6和 R w。
稳压 电路 部分 是整 个 高精度 数控 直流 稳压 电
源硬 件 系统 的基 础 , 采 用 电压 串联反 馈式 结构 , 以
R2 电流 采 样 图 2 稳 压 电路
由2 N 3 0 5 5和 T 5 6 0 9构 成 的达 林 顿 管 为 稳 压 电路 的调 整管 , 与 负载 串联 , 输 出电压 的变化 量 直
基于LPC938的高精度数控直流电流源的设计
基于LPC938的高精度数控直流电流源的设计
总体方案选择与设计1 方案论证与比较①主电路及调整方式的选择
方案一开关稳压调整开关稳压调整方式效率高,普遍应用于计算机等现代数字仪器中,但一般纹波较大,难以控制,很有可能造成设计的失败和技术参数的超标。
方案二串联反馈调整该方案采用负反馈网络,从输出电压取样与基准电压比较,并将误差经放大器放大后反馈至调整管,使输出电压在电网电压变动的情况下仍能保持稳定。
该电路输出电压稳定性好,负载调整率高,引入的负反馈使纹波电压大大减小,且电路简单、容易调试。
但其属于线性稳压源,即调整管工作在放大区,因而功耗比较大。
方案三综合以上两种方案结合开关稳压调整与串联反馈调整的优点,在串联反馈调整的基础上增加一级预稳压,构成智能恒压差系统,在保证调节范围的基础上减少功耗。
②控制方案的论证比较方案一计数式数字电路控制此方案使用计数器来来控制输出电流的步进,是一种采用小规模数字电路的控制方法。
其优点是不需要软件支持,但元件多、硬件电路复杂、控制呆板、步进难以改变,且精度不高,难以达到设计要求。
方案二CPLD 控制采用大规模数字逻辑电路CPLD,能够实现高精度控制,功耗也不大,但其成本高、设计复杂。
方案三单片机控制单片机控制系统具有成本低、控制灵活的特点,通过软件的编制能够实现多种控制算法,且控制精度高、功耗低;特别是现代的增强型单片机,具有D/A、A/D、PWM、ICP 等多种功能,能够单片完成较复杂的控制要求,所以选择单片机控制方式。
数控直流稳压电源设计说明
数控直流稳压电源设计[摘要]本设计以直流电压源为核心,STC89C52RC单片机为主控制器,单片机系统是数控电源的核心。
它通过软件的运行来控制整个仪器的工作,从而完成设定的功能。
通过数字键盘来设置直流电源的输出电压,输出电压围为0—9.9V,最大电流为300mA,并可由液晶屏LCD1602显示实际输出电压值。
本设计由单片机程控输出数字信号,经过D/A转换器(DAC0832)输出模拟量,再经过运算放大器LM324隔离放大,最后输出各种设备所需要的电压。
实际测试结果表明,本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。
[关键字]直流稳压电源;单片机;数控;DAC08321.概述1.1课题背景电源技术特别是稳压电源技术在工程技术方面使用性很强,在各个行业里得到了广泛的应用。
直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。
目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源,利用分立元件组成,体积大,效率低,可靠性差,操作使用不便,自我保护功能不完善,故障率高(长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏)但在直流稳压电源中,通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的[1]。
当在外在电压波动或负载电流变化的时侯也会使输出电压有所改变。
供给电子设备的电压源的不稳定,会使设备产生很多问题。
所以,设计出质量优良的直流稳压电源,才能满足各种电子线路的要求。
数控电源是从80年代才真正的发展起来的,系统的一些电力电子理论基础在那期间刚刚建立。
这些理论的研究为其后来电源的发展提供了一个较好的基础。
在以后的电力电子发展中,数控电源技术的发展得到了长足的进步。
不过其产品存在数控程度要求达不到、分辨率不够高、功率密度低、可靠性比较差等缺点。
因此稳压电源以后主要的主要发展方向,是针对上述缺点不断的进行改善。
单片机技术与电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。
新的变换技术和控制理论的不断发展,各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用,到90年代,己出现了数控精度达到0.05V的数控电源,功率密度达到每立方英寸50W 的数控电源[2]。
数控式直流电源设计
一
t 1 ●1 . 11 I
:
+ 5 V
P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 l 3
P 1 . 4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
VCC P 0 . 0 P 0 . 1 P 0 . 2
P 0 . 3
本数控式直流 电源采用单片机作为控 制器 , 以D / A转 换 电路 、 放 大 电路 、 检 测 电路 、 A / D转换 电路 、 按 键输 入 电 路、 显示 电路等构成整个硬件系统。 通过键 盘设定 输出值 , 检测 电路测量 实际输 出值 , 然后 与设定值 进行 比较 , 根据 偏差值调整和控制输 出值 ,从而使 电源输 出值达 到稳定 。 系统框 图如 图 1 所示。
c e n t r l a c o n t r o l mo d u l e ,t h e wh o l e p o we r s y s t e m i s c o n s t i t u t e d b y A/ D s w i t c h i n g c i r c u i t ,D/ A s w i t c h i n g c i r c u i t ,a mp l i f i c a t i o n c i r c u i t ,
数控直流电压源设计与实现
数控直流电压源设计与实现概要:本数控直流电压源设计方案巧妙、电路及控制原理简单,输出可调且具有不错的带负载能力、很高的转换效率,可应用于供电电压在24V以下的各类电子设备供电。
传统可调电源往往通过电位器来达到目的,虽然这样的电源有很大的输出功率,但很难做到精确调整,效率也不高。
而数控直流电压源输出精确可调,亦有较高的输出功率以及转换效率,且更加轻便。
本文的目的就是研究和实现高效低耗的数控直流电压源。
1数控直流电压源基本组成及工作原理本文所设计的数控直流电压源的基本组成结构框图如图1所示,系统中,MCU选用AVR单片机Atmega16,它内部资源丰富,功耗低,可以保证系统稳定、可靠运行。
DA转换器选用TLC5615,其基准源由基准源芯片REF5020产生。
模拟电路模块包括开关稳压芯片LM2596_ADJ,运放芯片TL082,开关型电压转换芯片LMC7660以及功率电感等器件,共同构成一个BUCK电路。
输出电压、电流经采样电路采入MCU并由液晶LCD5110进行显示。
按键作为输入设备,对输出电压进行设置。
本设计工作原理是将单片机与DA转换器进行SPI通信,使DA输出可调的控制电压,送到运放TL082反相端。
而以开关稳压芯片LM2596_ADJ为核心的BUCK电路上电后即输出电压,经分压后送到运放同相端,此时TL082作为比较器使用以比较上述两个电压。
运放输出信号经二极管IN4148送入LM2596-ADJ 的反馈脚(FB端)控制输出电压,由于LM2596-ADJ内部有1.235V基准电压以及比较器,当FB脚处电压小于基准时,会抬高输出电压;反之,则会降低,最终达到稳定从而达到数控的功能。
接上负载后,输出电压、电流经采样点路送入MCU,就能在LCD5110上显示输出电压与输出电流。
当采得电流值大于额定值,则将软件关闭LM2596_ADJ的使能端,进行过流保护。
2系统硬件电路设计2.1 单片机最小系统电路设计单片机最小系统是利用最少的外围器件而使单片机工作的电路组织形式。
(数控加工)数控直流电源的设计与实现精编
(数控加工)数控直流电源的设计与实现数控直流电源的设计和实现壹、实验目的1.了解数控技术和电源技术。
2.熟悉微机原理及其接口技术。
3.运用微机系统实现壹个数控直流电源。
二、实验内容和要求基于80x86实验箱平台设计且制作数控直流电源。
要求由键盘预置输入直流电压在0~+9.9V之间的任意壹个值,数控直流电源输出,且输出电压和给定值偏差不大于0.1V。
主要技术指标:(1)输出电压:范围0~+9.9V,纹波不大于10mV,电压值由数码管显示;(2)具有“+”、“-”步进调整的功能,步进0.1V;(3)用自动扫描代替人工按键,实现输出电压变化(步进0.1V不变)。
三、实验报告要求1.设计目的和内容2.总体设计3.硬件设计:原理图(接线图)及简要说明4.软件设计框图及程序清单5.设计结果和体会(包括遇到的问题及解决的方法)四、总体设计采用8086处理机构成该系统的核心——数控模块,和基本接口实验板相连,通过软件编译实现设计各种功能的实现,输出部分也不再采用传统的调整管方式,而是在D/A转换后,经过稳定的功率放大电路得到。
由于使用了微处理器,整个系统可编程实现,系统的灵活性大大增加。
系统设计框图如图1所示。
图1方案三系统设计框图为实现数控直流电源的各项功能,系统分为三个组成部分:键盘/显示电路,数控模块,稳压输出电路。
下面介绍系统各部分的基本功能:(1)键盘/显示电路:该电路的显示部分又可分为电压预制值显示电路和电压实际输出值显示电路。
系统利用可编程且行接口8255单元电路构成实验板上4*4小键盘的接口和LED 数码管电路的接口,从而识别键码同时显示电压预置值;在得到实际输出值后,实验板上提供了模数转换ADC0809单元电路,转化成数字量后传递给LED数码管就能够显示实际输出值。
(2)数控模块:该部分主要由8086微处理器和数模转换DAC0832单元电路组成。
其中通过编写汇编语言程序控制8086微处理器快速完成各功能所需的复杂运算,然后数模转换电路DAC0832可将运算所得的数字量转换为模拟量。
数控直流电源设计
数控直流电源设计(总10页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--数控直流稳压电源 1)输出电压:范围0~+,步进,纹波不大于8mV。
2)输出电流:500mA。
3)输出电压值用数码管LED显示。
4)用+、—两键分别控制输出电压的步进增减。
5)为实现上述几个部件工作,自制一台稳压直流电源,输出+ 、-15V、+5V。
发挥部分:1)输出电压可预置在0~之间的任何一个值。
2)用自动扫描代替人工按键,实现输出电压变化(步进不变)。
3)扩展输出电压种类(如三角波等)。
#include <>#include <>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DataPort P2sbit LCM_RS=P1^5;sbit LCM_RW=P1^6;sbit LCM_EN=P1^7;sbit K1=P3^4;sbit K2=P3^2;sbit K3=P3^0;sfr P1ASF=0x9D;sfr ADC_CONTR = 0xbc;sfr ADC_RES = 0xbd;sfr ADC_RESL= 0xbe;void GET_AD_Result();void AD_init( );extern void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc);extern void InitLcd();extern void DisplayoneChar(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char DData); extern void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar code *DData);unsigned char codedispcode[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};unsigned char dispbuf[8]={0,0,16,0,0,16,0,0};uchar AD_value,key,Vd=60;unsigned char i,j,temp8,temp9,temp10,temp11;float tt=;uchar tt1=0,tt2=0,tt3=0,m=0;uchar code str0[]={"by "};0CK2K2K2设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。
关于精密数控直流电源设计研究
关于精密数控直流电源设计研究发表时间:2017-09-22T11:43:25.767Z 来源:《基层建设》2017年第15期作者:刘寰[导读] 摘要:在文章中,笔者将全面而深入的分析并研究精密数控直流电源的设计,供相关部门人员参考和借鉴。
身份证号码:1201051986xxxx2418 天津市 300384摘要:在文章中,笔者将全面而深入的分析并研究精密数控直流电源的设计,供相关部门人员参考和借鉴。
关键词:精密数控;直流电源;设计引言随着科学技术的不断发展,电源作为电器设备的供电电路,也在不断的发展和完善中。
电路系统需要有电源的带动才能使各模块运行起来,所以电源在电路系统中起到了至关重要的作用。
电源的种类繁多,包括直流稳压电源、直流恒流电源、交流稳压电源等。
数控电源是近年来不断研究和发展的新方向,它在传统电源的基础上增加了以单片机为基础的数字控制部分,克服了普通电源只能输出恒定电压值的缺点,即它能在其他硬件设备的支持下通过单片机编程来改变电压的输出范围和步进系数。
由于具有灵活控制能力、良好的控制性能和强抗干扰能力等优点,使得数控电源成为电源发展的主流。
一、总体方案设计精密数控直流电源总体方案设计框图如下图所示工作原理:采用AC-DC主电路输出直流电压,通DC-DC斩波电路输出电压,并采用过流保护电路实现输出电流的保护。
通过矩阵键盘给定输出电压值,通过I2C接口的数字电位器 MAX5478控制DC-DC斩波电路的反馈端电压,达到调节输出电压的目的。
输出电压经过采样,与矩阵键盘给定电压进行比较,实时改变数字电位器的阻值,构成闭环调节电路,该部分主要通过软件实现。
闭环调节可提高稳压电源的带负载能力。
二、系统主电路设计本系统中,主功率输出芯片采用串联型(Buck)集成开关电源芯片LM2576,它是一种以开关方式工作的直流稳压电源,具有高效率、体积小等特点,广泛用应于电子、通信设备等领域。
1.系统技术指标。
数控直流电压源的设计 毕业设计 好
数控直流电压源的设计摘要直流稳压电源的应用非常的广泛,质量优良的直流稳压电源才能满足电子现在的要求。
所以,直流稳压电源的设计颇为重要,特别是数控直流电压源。
本文主要介绍数控直流电压源的设计,将单片机数字控制技术,有机的融入直流稳压电源的设计中,就能设计出一款高性价比的多功能数字化通用直流稳压电源。
本文论述了一种基于基于A VR16单片机为核心控制的数控直流电压源的设计原理和实现方法,该电源具有电压可预置、可调整、输出的电压信号和预设电压信号可同时显示。
本系统主要包含LCD1602显示模块、4*4矩阵键盘模块、功率放大电路(推挽输出),和辅助电源+15V , -15V , +5V。
本文所设计的数控直流电压源与传统稳压电源相比,具有操作方便、电压稳定度高的特点,其输出电压大小采用数字显示。
数控直流电压源在研究单位、实验室、工业生产线等实际应用中有诸多优势,值得进一步学习和研究。
关键词:单片机数控LCD1602IAbstractThe application of dc voltage stabilizer very extensive, quality excellent dc voltage stabilizer can meet the requirements of electronic now, so, dc voltage stabilizer design are important, especially the numerical control dc voltage source this paper mainly introduces the numerical control dc voltage source design, be single chip microcomputer control technology digital, organic integration into the dc voltage stabilizer design, can design a high ratio of performance multi-function digital general dc voltage stabilizer This paper discusses the AVR16 based on single chip microcomputer as the core control based on the numerical control dc voltage source design principle and method, the power supply voltage preset with adjustable output voltage signal and the voltage signal can also shows that this system mainly include LCD1602 display module 4 * 4 matrix keyboard module power amplifier circuit (the push-pull output), and auxiliary power + 15V,-15 V, + 5 VThe design of the CNC dc voltage source and the traditional manostat, it is characterized by easy operation voltage stability high characteristic, the output voltage size using digital display numerical control dc voltage source research unit in laboratory of industrial production line, in practice, there are many advantages, deserves further study and researchKeywords: a single-chip microcomputer, numerical control, LCD1602目录摘要 .................................................................................................................I Abstrac t.........................................................................................................II 目录 .............................................................................................................. III 1 前言 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3课题研究方法 (2)2 数控直流电压源的方案介绍 (4)2.1数控直流电压源的方案论证 (4)2.2方案比较 (6)3 数控直流电压源的工作原理 (7)3.1整体电路框图 (7)3.2工作原理 (7)3.2.1内部A/D转换电路工作原理 (7)3.2.2电源电路 (9)3.3推挽输出电路工作电路图 (10)4 单元电路工作原理 (12)4.1时钟电路 (12)4.1.1时钟振荡电路图 (12)4.1.2时钟信号的产生 (12)4.2 复位电路 (13)4.3键盘接口电路 (14)4.3.1键盘电路 (14)4.3.2键盘电路工作原理 (14)4.4显示接口电路 (15)4.4.1 LCD1602引脚 (15)4.4.2显示电路原理图 (16)4.5 A/D转换前端电路 (16)4.6主要芯片介绍 (17)4.6.1单片机A Tmega16 (17)4.6.2 LM358 (23)4.6.3 LF356 (24)5 数控直流电压源的软件系统 (25)致谢 (27)参考文献 (28)附录1:元器件清单 (29)附录2:源程序清单 (33)1 前言1.1 研究背景及意义数控直流电压源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。
数控式高精度简易直流电源的设计
一、项目背景数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。
传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。
普通直流稳压电源品种很多, 在家用电器和其他各类电子设备中,通常都需要电压稳定的直流电源供电。
但在实际生活中,都是由220V 的交流电网供电。
这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。
滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波,一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成,若由晶体管滤波器来替代,则可缩小直流电源的体积,减轻其重量,且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源,这既降低了家用电器的成本,又缩小了其体积,使家用电器小型化。
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。
电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。
当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。
随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命,给电力电子技术提供了广阔的发展前景,同时也给电源提出了更高的要求。
随着数控电源在电子装置中的普遍使用,普通电源在工作时产生的误差,会影响整个系统的精确度。
电源在使用时会造成很多不良后果,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。
只有满足产品标准,才能够进入市场。
随着经济全球化的发展,满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。
数控电源是从80年代才真正的发展起来的,期间系统的电力电子理论开始建立。
这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。
在以后的一段时间里,数控电源技术有了长足的发展。
但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。
因此数控电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以改善。
单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。
新的变换技术和控制理论的不断发展,各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用,到90年代,己出现了数控精度达到0.05V的数控电源,功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。
数控直流电源设计
contents
目录
• 数控直流电源概述 • 数控直流电源设计基础 • 数控直流电源关键技术 • 数控直流电源的应用 • 数控直流电源的发展趋势与挑战 • 数控直流电源设计案例分析
01
数控直流电源概述
定义与特点
定义
数控直流电源是一种能够输出精确、 可调直流电压或电流的电源设备。
选用合适的液晶显示屏或数码管,用于显示电源的输出电压、电 流等参数。
驱动电路
为显示模块提供必要的驱动信号。
接口电路
实现微控制器与显示模块之间的数据传输。
安全保护电路设计
过流保护
当输出电流超过设定值时,自 动切断电源输出。
过压保护
当输出电压超过设定值时,自 动切断电源输出。
短路保护
当发生短路故障时,自动切断 电源输出。
整流电路
将交流电转换为直流电,为后续电路提供稳定的 直流电源。
稳压电路
采用线性稳压器或开关稳压器,确保输出电压稳 定。
控制电路设计
1 2
微控制器
用于接收输入信号和控制电源输出。
驱动电路
将微控制器的输出信号放大,驱动功率开关管。
3
采样电路
采集输出电压和电流信号,反馈给微控制器。
显示电路设计
显示模块
医疗器械往往需要用到不同规格的直流电源,数控直流电源的灵活性和可调性能够满足各种不同的需求,提高医疗设备的稳 定性和可靠性。
05
数控直流电源的发展趋 势与挑战
高效能化
总结词
随着科技的发展,对电源设备的要求越来越高,高效能已成为数控直流电源的重要发展 趋势。
详细描述
为了满足各种高功率应用的需求,数控直流电源需要具备更高的转换效率和更低的能量 损失。这需要采用先进的电路拓扑结构和控制算法,优化电源的散热设计,提高电源的
数控直流稳压电源的设计与实现
数控稳压直流电源设计报告1、数控直流稳压电源设计指标及设计1.1设计技术指标本设计是线性数控直流电源,设计要求如下:1、电压变化范围+5%~-5%条件;2、输出电压可调范围为0~10V;1.2本课题研究方法和目标数控电源的主要研究思路:1、硬件部分(1)单片机采用STC89C52最小系统方案,采用数码管和按键做人机界面,采用DA 芯片作为主要的单片机系统。
(2)电压调整靠调整输入到DA的数字量来改变输出电压大小,再通过电压功率放大器将其放大,得到输出电压。
2、软件部分(1)键盘输入程序用键盘扫描程序,将按键设置的电压交给D/A芯片产生输出电压。
(2)单片机通过A/D芯片读取当前输出电压值,通过显示程序,显示在数码管上。
2硬件电路详细设计2.1单片机系统外围电路设计在本次设计中,使用AT89C52单片机,其外围电路有复位电路、晶振电路、按键电路、数码管显示和D/A芯片接口电路。
以下是电路的详细设计。
2.1.1 复位电路设计单片机在启动的时候都需要复位,使单片机系统处于初始状态,然后开始工作。
89系列的单片机的RET引脚是复位信号的输入端,当系统处于正常工作状态,振荡器稳定,RET引脚上出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就进入数位状态,但是如果引脚RET出现持续的高电平,单片机就处于循环复位状态[9]。
复位通常有两种基本形式:上电复位和手动复位。
本次设计采用上电复位。
电路图如图2-1所示。
图2-1复位电路2.1.2 时钟振荡电路设计单片机的CPU实质上是一个复杂的同步时序电路,它的工作都是必须在时钟控制下进行的。
CPU工作发出的控制信号在时间上的相互关系就是CPU的时序问题[9]。
CPU的时序需要外部硬件电路来实现,既振荡器和时钟电路。
51单片机内部都有一个高增益反向放大器,用于构成振荡器,但是构成时钟,外部还需要加一些附加电路。
本次设计采用单片机外部加晶振构成振荡电路,如图4-2所示。
图2-2单片机振荡电路该振荡电路时采用的单片机内部时钟方式,是直接在引脚XTAL1和XTAL2两端接晶振,就构成了稳定的自激振荡器,振荡器产生的脉冲信号直接送入内部时钟电路。
高精度数控直流稳压电源的设计与实现
1.2直流稳压电源类型
直流稳压电源按其工作方式来分有以下几种类型。
可控整流型。用改变晶体管的导通时间来调整输出电压。
斩波型。输入是不稳定的直流电压,以改变开关电路的通断比 得到单向脉动直流,再经滤波后得到稳定直流电压。 变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电,再 经变压、整流、滤波后,从所得新的直流输出电压取样,反馈
与显示电压值相同的电压。
4.1 程序设计流程图
设计流程图分为三大部分,即主 程序流程图、键盘扫描流程图和 键盘控制流程图。主程序流程图 如图10所示。
图10程序流程图
4.2调试
准备就绪后,将变压器通电,开始进行测试,检测它们是否 达到设计要求。检查的项目包括输出电压范围、整个输出电压范 围内的步进调整值、输出电压与预置电压是否匹配以及数字电压 表功能的精准度。数控电源系统的供电由直流稳压电源提供,由 硬件电路的±15 V电源和5 V电源提供。电压测试结果如表1所示。 以上为电压测试结果,由于PWM的分辨率为0.2,所以其误差 范围可以限制在0~0.2 V左右,在这个范围内产生误差是允许的。 因此监测电压与输出电压基本一致。因为PWM输出为8 bit,分辨 率=PWM占空比/250,那么当占空比值变化1时,其电压变化为 0.02 V,之后运放将电压放大变化0.04 V。所以可达到电压变化精 度为0.04 V。
3.3数字控制部分
ATmega16是基于增强的AVR RISC结
构的低功耗8位CMOS微控制器(图6);数 据吞吐率高达1 MIPS/MHz可以缓减系统 在功耗和处理速度之间的矛盾;具有4 通道的PWM以及8路10 bit ADC。
图6 AVR ATmega 16 单片机管脚图
本系统的D/A选择常用的DAC0832。把单片机的 数据线与DAC0832的输入端直接相连即可。其 各个引脚的连接及外围如图7所示。DAC0832为 8 bit D/A转换器,单电源供电,范围为+5 V~+15 V,基准电压范围为±10 V。电流的建 立时间为1μ s。CMOS工艺功耗20 mW。输入设 有两级缓冲锁存器。
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source source
output current stability and load
ca-
output current of l OmA to 4000mA
adjustable constant cu卜
error
output
adjustment
Step lmA,10mA and 100mA optional,the measured current
2一
后用直接搜索法对其中部分较优个体在这些个体所 在极小区域作“局部精细”搜索,找出它的极小值,
MAX538输出电压精度为l(mV),加在阻值为1
Key words:MCU;Current negative feedback;Combined optimal algorithm;PID algorithm
http://www.cicmag.com
万 方数据
1
设计任务
定是具有整定速度快,调节时间短,稳态误差小等优
点。同时结合PID算法,形成软件闭环,实现对输出 设计并制作数控直流电流源。输入交流
3.3
A/D转换器设计
3.2恒定电流源设计 本设计采用集成有运放的线性恒流源。电路由 两个低漂移运放LM358、晶体管TIP41C、负载电阻 R、限流电阻R3和直径为lmm康铜丝绕制成的电 流反馈采样电阻褂组成,如图3所示。
本系统的电流测量部分由12位MD芯片 TLC2543构成,该芯片是一种12位开关电容逐次逼 近A/D转换器,芯片共有11个模拟输入通道。芯片 的串行三态输出数据端、输人数据端、输入/输出时 钟3个控制端能形成与微处理器之间数据传输较快 和较为有效的串行外设接口。12位AiD可以达到该 系统的1%+lmA的精度要求。
图如2所示。
l所示。Biblioteka 图1数控直流电流源原理框图
要求:输出电流范围:200mA一2000mA;可设置 并显示输出电流给定值,要求输出电流与给定值偏 差的绝对值≤给定值的1%+10mA;具有步进调整 功能,步进≤10mA;纹波电流≤2mA;改变负载电 阻,输出电压在10V以内变化时,要求输出电流变 化的绝对值≤输出电流值的1%+10mA。
基于混合最优算法的 高精度数控直流电源设计
陈伟杰张虹 (华南农业大学电子工程系,广州510642)
摘要:基于单片机与最优化理论,设计并制作出一种数控直流电流源。在传统电路设计的基础上,利用 控制系统中反馈与控制原理,引入电流负反馈,使硬件电路工作在闭环状态;综合利用主控制器AT- megal28单片机高速处理优势及其内部资源,设计基于遗传算法和直接搜索策略的混合优化算法,并结 合PID算法,形成软件闭环控制。实现对输出电流的精确控制,提高电流源输出电流的稳定度及电流源 负载能力。本数控直流电流源恒流输出电流范围为10mA一4000mA可调,输出恒流调整步长lmA、10mA、 100mA可选,实测电流与预置电流误差不大于lmA。本装置人机交互界面友好,工作状态和各种参数显 示清晰,并可实现负载过流报警和记录故障持续时间等功能。 关键词:单片机电流负反馈混合优化算法PID算法
resources,design based
genetic algo-
rithms and direct search strategy hybrid optimization algorithm,combined with PID algorithm,a closed-loop control software.Achieve precise control of the output current,improving current pacity with current source.The digital DC current
出电流进行检测和控制。本文在传统电路设计的基 础上,利用控制系统中反馈与控制原理,引入电流负 反馈,在采样电阻上获取和电流成正比的采样电压, 并接人运算放大器的反向输入端,实现负反馈,形成 恒流输出的闭环控制系统;软件方面,将具有全局寻 优能力但收敛速度慢的遗传算法和具有收敛速度快 且局部寻优能力强的直接搜索法结合在一起,设计 基于遗传算法和直接搜索策略的混合优化算法,充
过程的“粗调”,同时利用直接搜索法良好的局部搜 索能力作为优化过程的“微调”,集中了两者的优 点,而克服了两者的弱点,得到的目标函数值较遗传
退火策略更优,而且一致性更好,用于PID参数整
力,电路稳定性好,内部有可编程带内部振荡器的看
门狗定时器,带有8通道单端或差分输入的10位
A/D转换芯片。本系统选用ATmegal28作为电流源
use
negative feedback to work in
closed—loop circuit hardware status.Make full
of the main controller AT—
on
megal28 microcontroller high-speed processing advantages and intemal
压器得到15 V左右交流电压,再经过电桥整流得到
直流电压,15 V直流电压经过电容的滤波,然后再 通过三端稳压块7805转换得到5 V电压,通过三端
稳压块7812得到12 V电压。
及U+_U--扣(即R)知:驴意亭U:『
负载电流仅由输入电压决定,而与负载R的大 小无关。由于运放电源的限制,负载只能在一定范 围内变化。当输入电压不变时,负载电阻在一定范
序编辑方便,外围电路扩展简单。由于MAX538具
4.1混合最优算法设计
鉴于遗传算法收敛慢,易早熟,且对参数依赖性 大,而直接搜索法在局部有很好的搜索能力。本设计
综合利用两种算法的优良性能,克服各自的缺点,先 用遗传算法在给定的区域上作“全局粗略”搜索,然
有内部基准电压为4.096V,由公式(可4.096)可得
图2数控直流电流源原理示意图
2系统设计方案
鉴于目前数控直流源一般采取运放构成的电流
3硬件电路设计
数控直流电流源由自制电源电路、键盘输入电
一电压转换电路与单片机结合,设计方案大多为开
环系统,主控制器仅用于数字给定及显示,没有对输
路、显示电路、单片机最小系统、D/A转换电路、恒定 电流源电路、A/D转换电路和输出电流采集等模块 电路组成。
围内变化,输出电流将保持不变,构成恒流源电路。 本方案的另外一个特色是,采用康铜丝组成采 样电阻,康铜丝的温度系数为5ppm/。C,通过电流时 引导起的温度升高对其电阻阻值并不会有太大影 响,温度特性好,同时采用反向对称绕法把其绕制成 空心绕线电阻,以减少绕制电阻时产生附加的电感, 达到减少纹波电流的目的。为保证足够的V—I转换 精度,电路中各电阻应选用精密电阻。
因编码键盘扫描采用中断方式,具有占用ldO 口较少的优势,本设计采用2 X 8编码键盘,共16个 按键。编码键盘采用硬件电路代替软件判断按键编 号的方式,当按键按下时,键盘通过优先编码器进行 编码,编码器同时向单片机发出中断信号,单片机读 取键号,调用按键子程序进行相应处理。
后和设定的电流I。相比较,得出差值Ek=Is-'I,主控 制器根据E。的正负大小,调节PID控制器,计算出
200~240V。50Hz;输出直流电压≤10V。原理框图如 电流的精确控制。
系统工作原理如下:由键盘预置电流值,输入到 单片机;采样电阻采集的电流信号经A/D转换器送 入单片机,当两值之差绝对值为零或不大于设定值 时,不作任何调整;当两值之差大于设定值时,运用 PID算法进行调整,送入D/A转换,调整输出电流, 直到差值在允许的范围内。单片机控制液晶显示电 流的设定值、实际输出值和电流步进值。其原理示意
万 方数据
方式,当二者交替点亮表示当前为交替显示电流的 给定值和实测值,LED3、LED4、LED5分别指示3种 步长(1rnA、10mA、100mA)。
4软件设计
在数控恒流源闭环控制系统中,为保持负载电
流恒定,并且负载电流随设定值变化时没有超调,同 时又希望系统有较好的抗扰动性能,本设计采用 PID控制器来改善系统的性能。具体控制过程为: ATmegal28经A/D转换器读取实际输出电流I,然
Design of the High Precision Digital DC Current Source Based
on
Combined Optimal Algorithm
CHEN Wei-Jie ZHANG Hong
(Department
Abstract:Based
on
of Electronic Engineering,South China Agriculture University,Guangzhou
and
preferences current
is
more than lmA.This device friendly man-machine interface,the state and various parameters
clear,and
load flow
alarm and fault duration record functions.
a
510642)
source.In the仃a—
cur—
the MCU and the optimization theory.design and produce
on
digital DC
current
ditional circuit design
rent
the basis of the
a
use
of feedback control systems and control theory,tlle introduction of
分利用了遗传算法的全局搜索能力并以此作为优化