数控直流电源--开题报告 毕业设计

浙江师范大学本科毕业设计(论文)开题报告

三、研究的内容及可行性分析

课题研究内容：

1．设计一款稳定性好、精度高、输出可预置的直流电流源。

2. 数控直流电流源设计的具体参数要求：

（1）输出电流范围：20mA～2000mA；

（2）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小于等于给定值的1％+10 mA；

（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；

（4）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％+10 mA；

（5）纹波电流≤2mA；

课题可行性分析

本课题准备采用AT89C52作为数控直流电流源的控制核心, 为了实现电流设置、控制、输出、测量和显示。该数控直流电流源由电流源模块、测量模块、数控模块、显示模块构成。电流源模准备块采用集成运放和大功率复合管构成的闭环电压深度负反馈电路。测量模块准备由双积分型高精度A/D来测量取样电阻上的电压值进而转化为电流值来完成。数控模块准备以单片机为核心控制高精度D/A的输出电压送入电流源模块，可完成对输出电流的小步进控制。通过键盘输入给定值，由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经D/A输出电压作为恒流源的参考电压，用中文液晶显示输出。

本设计的系统原理框图如图1所示。

图1 系统原理框图

采用AT89C52单片机作为整机的控制单元，通过改变D/A的输入数字量来改变

输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流通过取样电阻转换成电压，并经过A/D 转换器(MAX197)进行模/数转换，间接用单片机对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。 1. 键盘与显示电路

使用单片机作为这一控制的核心，单片机与键盘相连，采用查询方式，由键盘控制输入电流，同时也由键盘进行控制其步进调整功能。显示器LCD 选用1602B ，具有体积小、质量轻、功耗低等优点，单片机四条数据线与其相连，数据分两次传送；两条控制线E 、R/S 控制LCD 的显示。键盘与显示电路原理图如图2所示。

图2 键盘与显示电路

2. 如何实现D/A 、A/D 的转换

根据课题要求输出电流范围为20mA ～2000mA 、步进为1mA ，需要至少有1980个状态2n ＞1980，n ≤11，为了达到系统的控制精度，选取12位D/A 。具体电路接口如图3所示。

图3 D/A 转换电路

D/A 转换器选用TLV5618，它是串行输入可编程双路12位D/A 转换器。该器件仅有8个引脚，但精度可以达到0.5mV 。AT89C52单片机控制它只需要三个引脚，

DIN 1SCLK 2CS 3OUTA 4

AGND

5

REFIN 6OUTB 7VDD 8DPJ3

TLV5618

VIN 1VOUT 2GND 3NC 4

NC

5

NC 6NC 7NC 8DPJ4MC1403

VCC

VCC

10K

RES1

P35

P36P37

非常方便。该芯片内部有两个12位CMOS电压输出DAC，双缓冲结构使双路输出（OUTA和OUTB）可同时更新，+5V单电源工作。选典型参考电压2.048V，输出电压公式为：

V o=2×V ref ×（n/2048）（3-1）其输出电压范围为：0～4.096V。

A/D转换电路如图4所示：

图4 A/D转换电路

A/D转换器选用MAX197芯片，MAX197一种通用A/D芯片，可以和多种微机接口，在此选用AT89C52单片机作为主处理器。通过AT89C52的P0.0~P0.7与MAX197的D0~D7相连，既用于输入MAX197的初始化控制，也用于读取转换结果数据。

A/D转换器(MAX197)将采样电阻上的电压转换成数字信号反馈给单片机，单片机将此反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。同时，A/D采样回来的电流经过单片机处理传送到LCD，显示当前的实际电流值。

四、论文拟解决的关键问题及难点

1．如何实现恒流

该模块主要功能是把由D/A输出的电压通过V/I转换电路构成线性转换成输出电流，通过深度电流串联负反馈电路保证输出电流有很高的稳定性，如图5所示。

对于理想运算放大器，同相反相间得压差为0，即：

V 1=V 2 （3-4）

所以输出电流与输出电压间的关系：

I =

9

1

V R （3-6） 五、研究方法

根据题目要求，该数控直流电流源由数控模块、显示模块、电流源模块、测量模块构成。 1．电流源模块

电流源模块采用基于运算放大器和晶体管构成的电流深度负反馈电路。该方案不仅在电路中引入了深度电流负反馈，可以保证输出电流具有很高的稳定性。而且电流源所需要的控制电压由高精度D/A 转换器（TLV5618）提供，以实现输出电路的小步进调节。该方案如图6所示。

图6 电流源模块设计原理

2．数控与显示模块

采用以AT89C52单片机为核心的单片机最小系统。单片机系统具有灵活的接口和在线编程的能力，容易实现题目中的有关键盘设置、显示以及测量功能等。 3．测量模块

测量模块是由双积分型高精度A/D 来测量取样电阻上的电压值进而转化为电流值来完成。A/D 转换器(MAX197)将采样电阻上的电压转换成数字信号反馈给单片机，单片机将此反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。 综上所述，系统总原理框图如图7所示。