2005全国大学生5电子科技设计大赛-数控直流电流源.doc

2005全国大学生电子科技设计大赛 题 目： 数控直流电流源 参赛队: 山东建筑工程学院 信息与电气工程学院 第 参赛队 参赛队员： 设计摘要 本系统设计以KBPC1010整流桥为核心，经以MAX530芯片为核心的子系统进行A/D和D/A转换，CPU计算出理后由4个LED数码管显示出来，最终实现数控直流电流源的设计。该系统以立足基础，争取发挥，精益求精为设计理念，融单片机控制、数据采集、A/D转换和D/A转换、数码管显示于一体，是一款能够准确实现设计要求的数控直流电流源。 一、方案比较 为了能够在短暂的时间内准确合理的完成电子科技设计大赛的题目，我们经过仔细分析，决定做一个能够实现以下功能的数控直流电流源： 基本部分：（1）、输出电流范围 200mA--2000mA （2）、可设置并显示输出电流给定值，并且保证输出电流与给定值偏差的绝对值≤1%+10mA; （3）、具有“+”、“-”不仅调整功能，步进≤10mA(步进为1mA、10mA、100mA）； （4）、改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，能够保证输出电流变化的绝对值≤1%+10mA； （5）、纹波电流≤2mA； （6）、电源自制。 发挥部分：（1）、输出电流范围为20mA--2000mA，步进为1mA; （2）、设计、制作测量并显示输出电流的装置（可同时或交替显示电流的给定值和实测值），测量误差的绝对值的≤测量值的0.1%+3个字； （3）、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0.1%+1mA； （4）、纹波电流≤0.2mA; （5）、其他。 经过慎重考虑、比较，我们一致认为，我们有信心和能力在完成《数控直流电流源》这个赛题的基本要求的基础上，通过自己的努力完成发挥部分的要求。 1、系统及方案比较 通过对题目的分析，我们把系统的结构图概括如下： 显示器 控制器 键盘 电流源 负载 电源 其中，A/D子模块用于采集模拟信号并转化为数字信号；控制子系统负责计算、处理、存储各个量值；键盘和显示模块为该系统的人机接口，把设计实现可视化；D/A子模块用于将数字信号转化模拟信号。小数码管显示，数码管显示为两部分：设定电流值、实测电流值，各为四位显示。 2、子系统级方案设计 对各子系统，针对其功能，划分为各相应模块，现对模块的功能及实现方略分析、比较如下： 控制子系统： A/D转换模块： 模拟信号必须转换为数字信号才能被CPU接受并处理，考虑到最小电流为20mA的要求，又鉴于输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1%+10mA，并且步进1mA的要求本系统采用结构简单、能稳定、价格合理的TLC2543芯片实现此功能。TLC2543是具有冷端热补偿的A/D 转换器，该片有三个控制输入端 是 １２位数据采集系统的最佳选择器件之一。 TLC2543的主要特性如下： a.11个模拟输入通道; b.66ksps的采样速率; c.最大转换时间为10μs; d.SPI串行接口 e.线性度误差最大为+1LSB f.低供电电流（1mA典型值） g.掉电模式电流为4μA. TLC2543管脚图如图所示 D/A转换模块： 给定的数字信号必须转换为模拟信号才能被电流源模块接受并处理，考虑到最小电流为20mA的要求，又鉴于输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1%+10mA，并且步进1mA的要求本系统采用结构简单、性能稳定的MAX530芯片实现此功能。芯片结构如如下： 采用MAX530芯片，该芯片是一种低功耗、12 位并行输入、采用+ 5V单电源或者±5V 双电源供电的D/ A 转换器芯片。它内部包含有+ 2. 048V 基准源和一个输出电压缓冲器, 输入选择锁存器以及控制逻辑电路。 +5V 供电时, 工作电流仅250μA ,而当处于等待工作状态时耗电仅40μA。具有上电复位、双缓冲并行逻辑输入等功能。虽然是并行12 位输入, 但其输入管脚仅8 个, 其中有4 根输入管脚是共用的。它的输入端与TTL/ CMOS电平兼容。该芯片的应用既保证了D/A的准确转换，又达到了安全省电的功效。