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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:石 磊 于鹏飞 聂玉庆
指导老师:刘兆峰 张元国 李艳红
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
D/A子模块
D/A子模块
控制器
控制器
A/D子模块
A/D子模块
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
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