数控直流电流源设计任务

F 数控直流电流源学校：哈尔滨工程大学姓名：刘迪铭姓名：李庚姓名：林华云 2019整理的各行业企管，经济，房产，策划，方案等工作范文，希望你用得上，不足之处请指正目录摘要与关键-2.技术指标-41.1设计任务-41.2技术指标-51.3题目评析-52、 方案比较与论证-62.1各种方案比较-62.2方案论证-63、 系统硬件设计-73.1系统的总体设计-83.2单元电路的设计及参数的计算-83.5电原理图-84、 系统软件设计-94.1程序总体流程图-94.2各个功能模块流程图-94.3程序清单-95、 系统的组装-105.1整机结构图及工艺说明-105.2面板图及可调部件说明-106、 系统调试-116.1电路的测试方案-116.2测试仪器-126.3测试结果-137、 系统电路存在的不足和改进的方向（或称结论）-14致谢-16参考文献-17附录-20摘 要本电路的控制器采用C8051F005单片机作为控制器,C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片（SoC），具有与8051兼容的高速CIP-51内核，与MCS-51指令集完全兼容，片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件；前端电路采用多级稳压的方式和采用四运放LM324进行高增益闭环调节。配合单片机进行数字与模拟混合调节方式，大大增强恒流源的稳定性，第一级运放放大倍数为5倍，第二级和达林顿管配合形成高增益电压闭环控制和计算机电流闭环控制保障可控恒流功能得以高精度完成。由于CPU直接根据设定值与实际值的差别来调整D/A输出以控制输出电流，在A/D采样精确的基础上该电路在理论上有很强大的抗干扰能力而输出稳定的直流电流关键词：直流电流源，C8051F005, 数控，模数混合AbstractThe controller of this circuit adopts C8051F005 one-chip computer as the controller , what C8051F one-chip computer totally integrated mixes one grade of chips of signal system (SoC), have compatible with 8051 at a high speed CIP-51 kernel, it is totally compatible to collect with MCS-51 order, integrated data are gathered in slice and commonly used simulation , digital peripheral hardware and other functions part in control system; The front circuit adopts the way and adoption of the multistage steady voltage to transport and put LM324 and gain the ring of closing to regulate high four times. Cooperate with the one-chip computer to carry on the figure and simulation and mix the way of regulating, strengthen and flow the stability of the source permanently greatly ,The first is it is it enlarge multiple 5 , the second , and Darington is it is it form high to gain voltage close ring control with computer electric current closing ring control to cooperate to in charge of to put to transport. Ensuring flowing controllably and permanently must use high accuracy to finish in function. Because CPU adjusts D/A to export with the difference of actual value in order to control and export the according to the establishing value directly, this circuit has very strong anti-interference ability to export the steady direct current and flow in theory on the basis of the thing that A/D samples accurately.electric current. Keyword: The direct current flows in the source , C8051F005, numerical control, the modulus mixing. 一.设计任务与要求 数控直流电流源（F题）一、任务键盘控制器电流源负载显示器电 源设计并制作数控直流电流源。输入交流200240V，50Hz；输出直流电压10V。其原理示意图如下所示。 二、要求1、基本要求（1）输出电流范围：200mA2000mA；（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值给定值的1+10 mA；（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进10mA；（4）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1+10 mA； （5）纹波电流2mA；（6）自制电源。2、发挥部分（1）输出电流范围为20mA2000mA，步进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+1 mA；（4）纹波电流0.2mA；（5）其他。二.方案论证与比较方案一:利用新华龙单片机F005实现对数控电流源系统的制作 根据设计的要求，可以选择使用新华龙系列单片机来实现制作数控直流电源,在该系统中，可以实现吸入式负反馈恒流源电路来制作,对与该恒定电流电路，所需要的硬件系统比较少，该系统的实现需要有高度稳定的电源信号来供给,因此要选择一个高度稳定的电源电路来提供系统的前端需求,将电流源电路和单片机系统构成闭循环回路，可以在电流源工作时即时检测电路的供给电流，从而可以实现对电流输出的设定和校正。 方案二:采用MCS-51系列单片机实现对数控电流源系统的控制作 根据设计要求,我们需要用单片机实现对恒流电路的控制,MCS-51系列单片机是一款非常经典的单片机,要实现对电路系统的控制,我们需要使用外部A/D和D/A来采集和处理数据信号。综上所述：我们可以选择不同的单片机来实现对系统的控制,但是要得到比较稳定和精度高的电流,需要单片机在处理信号上有一个较高的速度,通过以前对新华龙和MCS-51系列单片机的使用，在处理速度上，新华龙系列单片机远远高于MCS-51系列单片机。由于C8051F005具有一系列的优点，为了更好地达到设要求，我们使用内部集成了12位A/D和D/A的C8051F005，将控制电路和电源电路组合起来，实现数控直流电流源的制作。三.系统硬件设计、系统总方框图设计.系统原理及框图如下图所示，前端交流电经过整流，两级滤波稳压，输出纹波较小的直流电，经过放大缓冲电路输出电流。输出电流通过采样电路由C8051F005芯片内部集成12位A/D转换器采到，输出电流交由软件处理来实现对输出电流的检测和调整。电流设定值由4*4键盘来控制。A/D采样实际值与设定值比较结果送由D/A转换器直接控制输出电流的大小,实现高增益数模混合闭环调节。由于A/D,D/A是由CPU分别控制的独立系统，不会互相牵制和影响。控制调整的依据来自于实际值与设定值的差值，且CPU随时输出电流采样，比较，处理，只要A/D精度足够高，系统都能对任何的外界扰动都能作出迅速的反应，并作出精确的调整因此该系统是一个集高稳定度与高精度为一体的直流恒流源。双级稳压系统达林顿功率放大器负载双级运放调整控制电流采样CPUDACADC键盘数码管图2、单元电路的硬件设计.1) 、稳压电源的设计两级高精度可调节器三端稳压器可以大大克服纹波，增强电压稳定度，使电流稳定度得到保障。图直流稳压电源电路原理图2)、运放调整控制电路设计采用四运放LM324进行高增益闭环调节。配合单片机进行数字与模拟混合调节方式，大大增强恒流源的稳定性，第一级运放放大倍数为5倍，第二级和达林顿管配合形成高增益电压闭环控制和计算机电流闭环控制保障可控恒流功能得以高精度完成。图3运放调整控制电路图3)、C8051F005控制电路的设计信号采集处理与控制系统由新华龙系列单片机C8051F005完成。C8051F000系列器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，C8051F005有一个真正的12位多通道ADC或一个10位的多通道ADC每种器件都江堰市有一个可编程增益放大器，两个12位ADC,两个电压比较器，一个电压基准，一个具有32K字节FLASH存储器并与8051兼容的微控制器内核。这些特性使得电路的设计得到大大的简化，由此带来的优点是电路的稳定性大大提高。外围器件与单片机的接口如下：数码管P1,P0.0P0.3蜂鸣器p0.0键盘P2采样模拟输入：AN1D/A输出：DA0四系统软件设计软件流程图如下图所示；、 开机初始化、 键扫描，等待键输入，并将键值读入返回、 启动A/D转换，对输出电流值进行采样，被送数码管显示。、 比较判断采样值是否为给定值，如果是，则输出，如果不是，若采样值小于给定值，则加D/A输出，若采样值大于给定值，则减小D/A输出。、 延时一段时间以后，继续采样循环。、 每隔一段时间送显示。开始键扫描读键值a显示A/D读取I I=a?NY调整D/A值电流输出结束五系统组装整个系统总共由以下几个模块组成：单片机主板，显示模块，键盘控制模块，变压器，整流及双级运放放调整模块，其中显示数码管与键盘装在机箱面板上。由于有较大功率的变压器以及整流模块，故在安装时要充分考虑到散热通风。以下为机箱控制面板图。电压测试端电流测试端键盘数码管显示六系统调试与性能测试1、使用仪器：数字万用表2、测试方法：1)调整功能测试：分别取不同的负载电阻值，按设定键，输入所需的电流值，有数字表分别接电流测试端，电压测试端，读取设定值，实际输出值，显示值以入负载电压值，填入表格。2)步进功能测试：按动向上或向下键，记录每次设定的理论输出值，显示值，实测电流值，负载电压值，并记录数值。单位：mA 负载RL=5指标组别设定值AD采样值电流表实测值负载电压(V)200mA201mA200.0mA1.011V300mA301mA302.0mA1.502V400mA402mA398.0mA1.193V500mA501mA501.1mA2.501V600mA599mA600.6mA3.002V700mA700mA697.9mA3.490V800mA802mA803.6mA4.015V1000mA1005mA1002mA5.001V1500mA1506mA1500mA7.506V2000mA1998mA2001mA9.950V表mA 负载RL=指标组别设定值AD采样值实测值负载电压(V)200201202.10.4002400400400.30.8006600596597.31.196800795796.31.4011000992993.01.9601200119812022.4021400140214022.8041600159615973.1961800180218023.6052000199019924010表mA 负载RL=1指标级别显示实际值实测值负载电压(V)2002011970.1964004034030.4006006015990.5948007987860.7811000100310010.9881200119512041.2031400140014021.4801600160216001.551800180318051.812000199819931.96表七、 系统电路存在的不足和改进方向1、纹波克服非常困难，很难达到满意的效果。其改进方向增加LC滤波和采用超大容量电容器，才能有效克服纹波。2、系统稳定性需要在散热方面加强合理设计，才能保证温漂很小。3、系统精度需要进一步加强硬件补偿和软件补偿致谢本次作品的成功制作是在学校和大赛组委会给我们提供了很好的锻炼平台的基础上完成的.因此首先要感谢学校和组委会给我们的机会。此次大赛本着锻炼当代大学生实践设计能力的原则，在短时间里完成一个科技作品的制作，对我们大学生既是一种炼，更是一种挑战。在此次大赛的过程中，组员们发扬团结一致的精神，