数控恒流源设计报告加程序(doc 37页)

数控恒流源设计报告加程序(doc 37页)

数控恒流源

设计报告

背景

数控恒流源是单片机运用数字控制技术控制恒流源的一种设计方案。

当前，数字化数控恒流源的应用，随着电子技术的发展使用范围越来越广，在电子测量仪器、激光、传感技术、超导、现代通信等高新技术领域，恒流源都被广泛应用，且发展前景较为良好。同时，也不仅局限于此。电子领域，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术是有待发展，高性能的数控

设计方案

本设计本设计是基于单片机控制的直流恒流源, 分为以下几个组成部分: 单片机控制系统、A/D和D/A转换模块、电源模块、恒流源模块、负载及键盘液晶显示模块, 系统框图如图所示。

系统框图

用430单片机作为整机的控制单元，通过改变Ｄ/A转换器的输入数字量来改变输出电压值，从而间接地改变压控恒流源的输出电流大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流转换成电压，并经过A/D 转换器进行模数转换，用单片机实时对电压进

行采样，与输入预期值比较，并通过430单片机进行进行数据处理微调输出，提高精度实时显示。

第一章恒流电路

数控直流电流源可以采用电流输出型D/A转换器来实现，单由于其输出电流的幅值一般在uA 数量级，因此需要进行电流放大若干倍才能达到所需要的要求电流值，电路实现很困难。若选择电压输出型DAC，再通过V-I转换电路变成与之成比例的电流信号，则电路实现相对简单，因此设计直流电源时常采用该种方案实现，在这种方案中，V/I转换电路设计是关键。通常的V/I 转换有两种方式，一种是负载共地的方式，一种是负载共电源的方式。我们选用的是负载共地的方式，因为有很多电路负载在连接的时候需要进行共地。

R6为电流反馈采样电阻，R5为限流电阻，RL为负载电阻。R7为A/D转换采样电阻，R6采样到的电流信号加到电路的输入端，构成电流并联负反馈电路。

由虚断知，运算放大器输入端没有电流流过，

则(Vi –V2)/R1= (V1 –V4)/R2 ……a

同理(V3 –V2)/R3 = V2/R4 ……b

由虚短知V1 = V2 ……c

如果R1=R2=R4=R3，则由abc式得

V3-V4=Vi

上式说明R6两端的电压和输入电压Vi相等，则通过R7和RL的电流I=Vi/R6。如果负载

RL<<100KΩ，且运算放大器的放大增益足够大时，通过负载RL的电流仅有输入电压Vi决定，并且I=Vi/R6。所以R1、R2、R3、R4选用100k Ω。为了方便采样，我们选择R6为1Ω电阻。Vi为0~1V，我们做的恒流源输出电流在

0~100mA，R6=1/0.1=10Ω。为了扩大电流的输出能力，在上电路的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管的发射结，进行电流放大。

因为在恒流源电路中,MOSFET管的输入电

容太大,而一般运放的输出电阻都在几十欧姆

以上,会造成闭环的延迟,而高增益的闭环负反馈中的迟延很容易振荡,三极管的放大倍数选大些,也可以用复合管,实际上电阻的误差比三极管

基极电流的影响可能要大,还可以通过调节电阻的值来调节.所以我们选用的是三级管而不是MOSFET管。

第二章 MSP430F149单片机及电源

3.1 MSP430F149单片机

MSP430F149单片机是一个16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。由于它具有极低的功耗、达到60KB的FLASH容量、丰富的片内外设和相对较小的体积及方便灵活的开发环境，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的“芯星”。

开发板资源描述:

【1】.板载MSP430F149芯片

【2】.集成USB型BSL编程器（对自身或其他板子进行bsl编程）

【3】.提供32.768KHZ和8MHZ两种晶振连接方式

【4】.采用USB供电和程序下载，优质电容滤波

【5】.采用标准JTAG接口（14针），支持硬件仿真。

【6】.所有IO口（包括AD电源等）均引出（未焊接排针，可自己向上或向下焊接）。

【7】.4路彩色LED全部上拉，可以借此观察程序运行状态。

【8】.2个优质独立按键。

【9】.板载手动复位电路。

【10】.板载蜂鸣器电路，可做音乐实验等。

【11】.提供NRF24L01+无线模块接口。

【12】.板子集成USB转串口功能。

【13】.向外提供3.3v和5v电源排针。

MSP430的端口有P1、P2、P3、P4、P5、P6、S和COM（型号不同，包含的端口也不仅相同，如MSP430X11X系列只有P1,P2端口，而

MSP430X4XX系列则包含全部上述端口），它们都可以直接用于输入/输出。MSP430系统中没有专门的输入/输出指令，输入/输出操作通过传送指令来实现。端口P1`P6的每一位都可以独立用于输入/输出，即具有位寻址功能。常见的键盘接口可以直接用端口进行模拟，用查询或者中断方式控制。由于MSP430的端口只有数据口，没有状态口或控制口，在实际应用中，如在查询式输入/输出传送时，可以用端口的某一位或者几位来传送状态信息，通过查询对应位的状态来确定外设是否处于“准备好”状态。

端口的功能。（1）P1,P2端口：I/O,中断功能,其他片内外设功能如定时器、比较器；（2）

P3,P4P5P6端口：I/O,其他片内外设功能如SPI、UART模式，A/D转换等；（3）S,COM 端口：I/O,驱动液晶。

MSP430各端口具有丰富的控制寄存器供用户

实现相应的操作。其中P1,P2具有7个寄存器，P3~P6具有4个寄存器。通过设置寄存器我们可以实现：（1）每个I/O位独立编程；（2）任意组合输入，输出和中断；（3）P1,P2所有8个位全部可以用作外部中断处理；（4）可以使用所以指令对寄存器操作；（5）可以按字节输入、输出，也可按位进行操作。

端口P1,P2的功能可以通过它们的7个控制寄存器来实现。这里，Px代表P1或P2。

（1）PxDIR：输入/输出方向寄存器。8位相互独立，可以分别定义8个引脚的输入/输出方向。8位再PUC后都被复位。使用输入/输出功能时，应该先定义端口的方向。作为输入时只能读，作为输出时，可读可写。0：输入模式；1：输出模式。如：P1DIR|=BIT4; //P1.4输出，P2DIR=0XF0; //高4位输出，低4位输入。

（2）PXIN：输入寄存器，为只读寄存器。用户不能对它进行写入，只能通过读取其寄存器的内容来知道I/O口的输入信号。所以其引脚的方向要选为输入。如再键盘键盘扫描程序中经常要读