数控恒流源设计报告加程序

数控恒流源设计报

告加程序

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,也不但局限于此。电子领域,数控恒压技术已经很成熟,可是恒流方面特别是数控恒流的技术是有待发展,高性能的数控恒流器件的开

发和应用存在巨大的发展空间。因此设计一个数控恒流源方案来提高恒流源的稳定性、适用范围以及精度很有必要。

目录

第一章设计方案

第二章恒流电路

第三章MSP430F149单片机及电源

第四章 AD模块

第五章 DA模块

第六章键盘模块和显示模块

第七章软件设计

第八章实验总结

第一章设计方案

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,经过改变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,能够将电流转换成电压,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,并经过430单片机进行进行数据处理微调输出,提高精度实时显示。

第二章恒流电路

数控直流电流源能够采用电流输出型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,再经过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。一般的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,则经过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,经过负载RL的电流仅有输入电压Vi决定,而且

I=Vi/R6。因此R1、R2、R3、R4选用100kΩ。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经过电阻直接反馈,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,也能够

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,还能够经过调节电阻的值来调节.因此我们选用的是三级管而不是MOSFET管。

第三章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”。