直流稳流电源报告.doc

“求实杯”合肥学院第五届电子设计大赛 设计报告 竞赛题目： 直流稳流电源 （F题） 系别班级：电子系06级电子（1）班 队员姓名：张悦龙 郭登五 马婧 题目名称：直流稳流电源（F题） 摘要：本设计是基于单片机的一种数控电流源,与一般电流源相比具有宽范围电流输出、、步进调节、输出电流及设定电流显示等特点。它以作为核心控制器,包括电源、取样、A/D和D/A转换、键盘控制与显示等模块。可以直接通过键盘设置，修改系统的输出电流，使用方便；采用A/D、D/A进行检测和控制，控制部分电路简单明了,连线较少,结构紧凑；电源部分由基准源扩流而成，大大提高了电源稳度和精度，电流输出较为平稳；综合测试表明，本恒流源功能较为齐全，输出电流精度较高，使用方便灵活，全面实现了题目的要求 AT89S52单片机进行控制。用 AT89S52进行控制比较简单，但是 51 单片机片内资源有限，需要通过外接D/A、A/D才能控制输入输出，电路较复杂。 方案二：采用SPCE061A单片机进行控制。SPCE061A 凌阳单片机具有强大功能的16 位微控制器，它内部集成7路10位ADC和 2 通道10位DAC，可以直接用于电流测量时的数据采集，以及数字控制输出；I/O 口资源丰富，可以直接完成对键盘输入和显示输出的控制； 采用 SPCE061A 单片机，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性能提高。 所以选择使用方案二。 2.2.2 电源模块的选择方案 由于该题要求输出最大电流达 1A，输出最大电压达到 10V，且纹波电流要求很小，因此对电源的要求比较高，尤其体现在电源的功率和纹波电压的要求。 方案一：采用三端稳压集成电路：一般的三端稳压集成块稳压效果较好，但要达到1A左右的电流输出，稳压块发热严重，输出电流不稳定且带负载能力不强，不能实现稳流目的，若通过并联三极管的方式达到扩流目的，会使得电路较复杂。 方案二：采用三端稳压集成电路外接扩流管这种电路既利用了稳压集成块优秀的稳压性能，又能够有一定的电流输出，在一些高精度的线性稳压电源中被广泛采用。采用三端稳压集成电路 LM7818 驱动达林顿管 TIP127， 该管最大集电极电流为 8A，纹波电压也较小，有着非常优异的性能。 由于本次电路涉及到的模块不多，且要求较高，若使用方案一，电路搭建较复杂，且对并联的稳压块指标要求较高，所以选择使用方案二。 2.2.3 电流取样电阻的选择方案 由于输出电流通过实验仪器不方便测量，一般采用电阻两端加电压的方法，通过间接计算得到。因此在产生电流或者测量电流值时，采样电阻的选择非常重要。 方案一：采用普通电阻：在电流比较小的情况下，普通的 1/4W 或者 1/8W 的电阻可以被用作电流测量，但是本题需要测量的是电流源的输出电流，最大需要达到 1 A。因此即使是比较小的电阻，如 1Ω电阻，当通过 1A 电流时也会由于功率过大而烧毁。 方案二：采用大功率电阻：为了满足流过大电流的要求，可以采用大功率电阻，当大电流流过时不会烧断，但是会引起电阻发热，导致电阻温度急剧上升，产生比较大的温度漂移。在测量电流的情况下，测量电流也会随着阻值的温度漂移而产生变化，将造成测量误差变大。 方案三：采用康铜丝电阻。康铜丝电阻是电流测量中很常用取样电阻，其特点在于温度漂移量非常小，对电流的稳定起了很重要的作用。另一方面，1Ω的康铜丝约长 1m，由于和外界接触面积大，即使通过大电流也能很快的散热，进一步的减小温度漂移带来的影响。 由于康铜丝电阻不容易买到，且通过试验发现当电流最大输出1A时采样电阻发热并不是很严重，考虑到时间问题，我们选择方案二。 3 系统设计 3.1 总体设计 根据以上的分析，本次设计系统由凌阳16位单片机及其外围电路、DAC转换模块、压控恒流电路、ADC转换模块、显示模块、电源模块等电路组成，系统原理框图如图3.1所示： 图3.1 直流稳流电源系统原理框图 预置的电流值使用键盘键入并通过单片机处理后由DA给出，通过I-V转换模块将电流信号转换为电压信号后送至压控恒流电路，电路输出电流由恒流电路中的采样电阻换算得到，同时AD对该电路输出电压进行采集，将电压信号换算为电流信号并与预设的电流信号进行比较，之后单片机通过计算二者误差对电路中电流进行调整，最终达到稳流目的。 3.2 单元电路设计 3.2.1数模、模数转换器设计 根据设计要求，电路需要输出的最大电流为1A，最小步进值为1mA。凌阳片内自带的DAC为10位，精度可以达到1A/1024=0.001A=1mA，满足要求，所以选择直接使用凌阳内部的DAC作为电流源的输入端。 A/D转换电路是对恒流源电路中的采样电阻进行采样，所得到的数字信号送给单片机处理。 3.2.2 I-V转换电路 数控部分