#简易直流电流源.docx
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#简易直流电流源
合肥学院电子信息和电气工程系
认知实习
南京恒力化纤织造有限公司认知实习报告
系 别电子信息和电气工程系
专 业电气信息类
班级09级电气信息类
(1)班
姓 名徐宗涛
学号0905071037
指导老师徐泽忠
成绩
2011年8月25日
简易数控直流电流源
摘要:
本系统设计以STC89C52为核心,通过D/A转换、二级运算放大电路、实现了电压输出范围在0~9.9V范围内的数控直流电源。
此外本电源还具有菜单选择功能、电压可预置、多种波形供选择、并可以以0.1V步进,同时显示给定值等功能。
关键词:
单片机DA转换数字控制功率放大
一、引言
1.1系统设计目的
设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。
满足下列要求:
(1)输出电压:
范围0~+9.9V,步进0.1V,纹波不大于10mV;
(2)输出电流:
500mA;
(3)输出电压值由数码管显示;
(4)由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减;
(5)为实现上述几部件工作,自制一稳压直流电源,输出±15V,+5V。
设计概念图如下所示:
图一:
设计概念图
另外还可以实现如下要求:
(1)输出电压可预置在0~9.9V之间的任意一个值;
(2)用自动扫描代替人工按键,实现输出电压变化(步进0.1V不变);
(3)扩展输出电压种类(比如三角波等)。
1.2系统设计思想
本系统以STC89C51为系统控制单元、DA转换器为数字控制输出单元、运放组合电路为功率放大单元、4*4键盘为预置控制输入单元,数码管为显示单元。
通过键盘控制实现预置初始化,由单片机给DA转换器相应的数据,通过功率放大电路运放,最后经射极输出器完成输出。
二、方案比较及确定
2.1、主要控制模块
(1)凌阳单片机是本身具备语音识别功能的十六位单片机,具有基本的DSP功能,具备语音识别的优点。
如常见的语音控制机器人,语音控制小车等。
(2)采用STC89C51作为控制模块核心。
单片机最小系统相对简单,容易制作PCB,算术功能强,软件编程灵活、可以通过ISP方式将程序快速下载到芯片,方便的实现程序的更新,自由度大,较好的发挥C语言的灵活性,可用编程实现各种算法和逻辑控制,同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。
基于以上分析,选择方案
(2),利用STC89C51单片机将电压步进值或预先设定值通过换算由D/A转换,驱动功率放大电路实现电压输出。
输出电流经处理电路显示到数码管上。
2.2稳压电源模块
(1)使用LM337、317作为三端稳压器的电压可调电源。
(2)使用固定电压输出的7805、7815、7915作为三端稳压器的电源。
选用方案
(2);该模块采用LM337和LM317可调三端稳压器使其具有正负可调的功能,输出电压范围为-15V~+15V,同时采用LM7805和LM7905稳压芯片输出固定的±5V电压,滤波电容选择的是3300uF/30V、100uF/25V、10uF/25V的电解电容以及104瓷片电容,使输出电压的纹波控制在十几毫伏左右。
本系统要求自制一稳压直流电源,输出±15V,+5V。
电源主要为单片机系统、DA转换器、功率放大电路及实际显示电路供电。
电源为同一电源供电,并且要求共地,这种状态下的电路工作起来更加稳定。
2.3、显示模块
方案
(1)数码管显示,数码管使用起来简单方便,显示简洁。
方案
(2)12864液晶显示。
LCD12864显示功能较齐全,能够显示汉字、字符等。
LCD12864是带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式的图形液晶显示器。
但是操作较为复杂,不利于编程。
本系统使用方案
(1)数码管显示模块。
2.4、DA电路转换模块
(1)AD5320是单片12位电压输出D/A转换器,单电源工作,该器件具有省电功能以降低器件的电流损耗,5V时对应的典型值为200nA。
(2)DAC0832是NS公司生产的一种,8位CMOS数模转换芯片,其特点有:
8位并行D/A转换、片内二级数据锁存,提供数据输入双缓冲、单缓冲、直通三种工作方式、电流输出型芯片,具有双缓冲控制输出、参考电压为-10~+10V而且和MCS-51连接方便,使用简单。
本DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点在单片机使用系统中得到广泛的使用。
结合本系统的实际要求,选择DAC0832作为数模转换器。
3.5键盘电路设计
单片机4×4矩阵键盘电路比较简单,如图3.5.1所示。
图3.5.1键盘连接示意图
3.6输出模块
图五:
系统方框图
三、系统硬件设计及理论分析
3.1单元硬件模块设计
根据本次设计要实现的功能本系统分为六个模块:
控制模块、DA转换模块、稳压电源模块、功率放大模块、显示模块和输出模块。
3.1.1控制模块
本系统采用STC89C51单片机作为主控芯片。
STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
在本系统中单片机的主要功能是根据外围键盘的操作判断预置请求,从而对DA发出相应的数据信号经功率放大后输出。
此外单片机还分别控制数码管显示。
实现的功能较多,本系统使用的是4*4矩阵键盘。
单片机的驱动是靠最小系统来完成,包括一个复位电路和振荡电路。
两个电路分别为单片机提供复位和时钟信号。
3.1.2DA转换电路模块
DAC0832、功率放大部分的工作原理及参数计算
题目要求的电压输出范围0~9.9V,步进0.1V,共有100种状态,因此8位字长的D/A转换器能满足设计要求。
取两个电压控制字代表0.1V,即当电压控制字从0,2,4,6,……,198时电源输出电压为0.0V,0.1V,0.2V,……,9.9V。
该模块选择的D/A转换芯片是DAC0832,该芯片的精度高而且价格不高。
DAC0832是电流输出型D/A,输出的电流随输入的电压控制字成线性变化。
因此要想实现电流到电压的转换还需要外接一片运放。
而运放输入端的输入电流对DAC0832的转换精度影响很大,因此应当选择高输入阻抗的运放,例如OP07,它的输入电流可以忽略。
DAC0832需要外接基准电压,基准电压Vref的精度和稳定性对D/A转换器的精度影响很大,因此要求基准电压具有高稳定度和低纹波,故选取LM336-5作为基准源。
由于实际用到的最大电压控制字为198所以D/A部分最大输出电压为:
Uimax=(198/255)×5.0=3.882V
又∵Ui=(Uref/(28-1))×∑2iDi(i:
0→7)
功率放大级的输入电压即是D/A转换得的输出电压Ui。
3.1.3显示模块
本系统使用的是数码管作为总的显示模块。
硬件电路结构以及显示程序都要简洁得多,使用简单、方便、价格相对较低廉。
3.1.4稳压电源模块()
本系统要求自制5V,±15V稳压电源,满足对系统的供电。
(1)对于5V电源,我们制作了使用7805芯片的稳压电源。
电路主要包括:
整流电路、滤波电路、稳压电路组成。
整流电路采用四个二极管整流,经2200uf电容使电流平缓后用0.1uf电容滤波,然后接至7805输出是纹波较小的5V电压。
电路图如下所示:
图六:
5V
(2)对于±15V的稳压电源,类似的,本系统使用以7815、7915为三端稳压器的电源。
本电源外接的是由220—15V变压器输出的交流电压。
这里整流电路已省去。
3.1.5功率放大模块
根据上述,当DA的8位数据口全为1时,输出为最高电压即为基准电压,因为基准电压有限,并不能达到设计要求为此我们在DAC0832后加一级功率放大电路。
基准电压最高为5V,要求的最高电压为9.9V,因此确定放大倍数为2.第一级运放为I—V转换,通过一级运放实现了DAC输出从电流到电压的转换。
第二级运放为功率放大级,通过调节滑动变阻器改变它和输入端电阻的比值可以调节整个放大电路的放大倍数。
当DAC输出为5V时,功率放大输出端应为10V.
原理图如下图所示:
图七:
功率放大电路
四、系统软件设计
本系统程序采用KeiluVision2软件编译,通过独立键盘来对电压输出和波形输出进行功能选择,然后分别通过矩阵键盘来实现多种方式调节输出电压和不同波形的功能。
整个系统软件的流程图如下图所示
图4软件流程图
五、系统测试
3.1调试内容
1.调节Rp1使功率放大部分的输出电压Uo随电压控制字的改变而改变,即使得电压控制字每改变2输出电压Uo改变0.1V。
2.调试程序使得LCD1602显示的预置电压和键盘输入的预置电压等同。
3.调节RP3使VT7的Ube>0.6V时,A点呈现低电平,从而触发单片机进入中断,执行中断保护程序使预置输入电压为零。
3.2系统指标测试
1)输出端空载时
数据记录(温室)
测量的次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
预置电压/V
(1602显示)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
9.9
输出电压/V
(数码显示)
0.0
1.00
2.00
3.00
4.01
5.00
6.01
7.00
8.00
9.00
9.91
实测电压/V
(示波器测)
0.00
0.99
1.98
2.98
3.97
4.96
5.96
6.94
7.94
8.93
9.82
2)带负载0.5A时
数据记录(温室)
测量的次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
预置电压/V
(1602显示)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
9.9
输出电压/V
(数码显示)
0.0
0.98
1.99
2.98
3.99
5.00
5.99
6.99
7.90
8.55
8.50
实测电压/V
(示波器测)
0.00
0.98
1.97
2.97
3.97
4.97
5.96
6.98
7.90
8.56
8.54
六、系统所用到的材料及仪器
本系统用到的元器件如下表所示。
表3系统元器件清单
名称
数量
STC89C51单片机
1
数码管
2
芯片
1
LM336
若干
11.0592M晶振
1
发光二极管
若干
数码管
4
电阻
若干
电容
若干
导线
若干
键盘
若干
OP07
若干
七、总结
我们暑期培训的第一个课题,由于我们专业基础不牢固,专业知识又很欠缺,使我们在课题的研究和设计上遇到了很多困难。
课题牵涉A/D、D/A转换等模拟部分的知识,这又是我们的弱项。
经过努力,我们不断查阅资料学习知识,不断请教指导老师和学长一些技术问题,最终才使我们的作品得以完成。
在此,要感谢指导老师实时提点指导,,在接下来的课题中,我们会继续加倍努力,完成暑假培训所有课题,学习更多的知识,提高个人能力,提升团队力量。
参考文献:
[1]郭天祥.51单片机C语言教程—入门、提高、开发、拓展全攻略.北京:
电子工业出版社,2009.
[2]于永.51单片机C语言常用模块和综合系统设计.北京:
电子工业出版社,2007
[3]陈永真.全国大学生电子设计竞赛试题精解选.北京:
电子工业出版社,2007
附录一:
电路图
图一:
附录2部分程序清单
#include
#defineuncharunsignedchar
#defineunintunsignedint
sbitx0=P2^0;
sbitx1=P2^1;
sbitx2=P2^2;//数码管段选
sbitBEEP=P2^3;
sbitled=P2^4;//声光报警
sbitkey5=P2^7;//波形选择按键
sbitkey4=P2^5;//独立按键的T0递增1
sbitkey1=P3^2;//独立按键的T0递增0.1
sbitkey2=P3^3;//独立按键的T1递减0.1
sbitkey3=P3^4;//独立按键的T0递增1
sbitcsad=P3^1;//DA片选
sbitwr=P3^5;//DA读数据
voiddelay_bo(unintz);
voidsquare();
voidsanjiaobo();
voidzhengxianbo();
voiddelay_baojing();
voiddelay_baojing1(unsignedcharn);
voidbeep();
voidMain(void)
{
uncharnum=0,num1=0;
BEEP=0;
csad=0;
wr=0;
while
(1)
{
if(key5==0)
{
Delay(10);//软件消抖,试验为10ms
if(key5==0)
{
num1++;
}
Delay(10);
}
if(num1==4)
{
num1=0;
}
if(num1==1)
{
square();
}
if(num1==2)
{
sanjiaobo();
}
if(num1==3)
{
zhengxianbo();
}if(num1==0)
{
if(key1==0)
{
Delay(10);//软件消抖,试验为10ms
if(key1==0)
{
num++;
}
Delay(10);
}
if(key2==0)
{
Delay(10);//软件消抖,试验为10ms
if(key2==0)
{
num--;
}
Delay(10);
}
if(key3==0)
{
Delay(10);//软件消抖,试验为10ms
if(key3==0)
{
num=num+10;
}
Delay(10);
}
if(key4==0)
{
Delay(10);//软件消抖,试验为10ms
if(key4==0)
{
num=num-10;
}
Delay(10);
}
if(num>=0&&num<100)
{
Display(num);
Dacontrol(num);
}
if(num>=100||num<0)
{
beep();
csad=0;
wr=0;
P1=0x00;
Display(12);
}
}
}
}
- 配套讲稿:
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- 简易 直流 电流