数控直流电流源设计任务ggly

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1、F数控直直流电流流源学校：哈哈尔滨工工程大学学姓名：刘刘迪铭姓名：李李庚姓名：林林华云目录摘要与关关键-2.技术术指标-41.1设设计任务务-41.2技技术指标标-51.3题题目评析析-52、方案案比较与与论证-62.1各各种方案案比较-62.2方方案论证证-63、系统统硬件设设计-773.1系系统的总总体设计计-883.2单单元电路路的设计计及参数数的计算算-883.5电电原理图图-84、系统统软件设设计-994.1程程序总体体流程图图-994.2各各个功能能模块流流程图-94.3程程序清单单-995、系统统的组装装-105.1整整机结构构图及工工艺说明明-105.2面面板图及及可调部部件说

2、明明-106、系统统调试-1116.1电电路的测测试方案案-1116.2测测试仪器器-126.3测测试结果果-1137、系统统电路存存在的不不足和改改进的方方向（或或称结论论）-14致谢-116参考文献献-177附录-220摘要本电路的的控制器器采用C80051FF0055单片机机作为控控制器,C80051FF单片机机是完全全集成的的混合信信号系统统级芯片片（SoC），具具有与80551兼容的的高速CIPP-511内核，与与MCSS-511指令集集完全兼兼容，片片内集成成了数据据采集和和控制系系统中常常用的模模拟、数数字外设设及其他他功能部部件；前前端电路路采用多多级稳压压的方式式和采用用四运

3、放放LM3324进行高高增益闭闭环调节节。配合合单片机机进行数数字与模模拟混合合调节方方式，大大大增强强恒流源源的稳定定性，第第一级运运放放大大倍数为为5倍，第第二级和和达林顿顿管配合合形成高高增益电电压闭环环控制和和计算机机电流闭闭环控制制保障障可控恒恒流功能能得以高高精度完完成。由由于CPU直接根根据设定定值与实实际值的的差别来来调整D/A输出以以控制输输出电流流，在A/D采样精精确的基基础上该该电路在在理论上上有很强强大的抗抗干扰能能力而输输出稳定定的直流流电流关键词：直流电电流源，C80051FF0055,数控控，模数数混合AbsttracctThe conntroolleer oof

4、 tthiss ciircuuit adooptss C880511F0005 oone-chiip ccompputeer aas tthe conntroolleer , whhat C80051FF onne-cchipp coompuuterr tootallly inttegrrateed mmixees oone graade of chiips of siggnall syysteem (SoCC), havve ccomppatiiblee wiith 80551 aat aa hiigh speeed CIPP-511 keerneel,iit iis ttotaallyy

5、coompaatibble to colllecct wwithh MCCS-551 oordeer, inttegrrateed ddataa arre ggathhereed iin sslicce aand commmonnly useed ssimuulattionn , diggitaal pperiipheerall haardwwaree annd ootheer ffuncctioons parrt iin cconttroll syysteem; Thee frrontt ciircuuit adooptss thhe wway andd addopttionn off th

6、he mmulttisttagee stteaddy vvolttagee too trranssporrt aand putt LMM3244 annd ggainn thhe rringg off cllosiing to reggulaate higgh ffourr tiimess. CCoopperaate witth tthe onee-chhip commputter to carrry on thee fiigurre aand simmulaatioon aand mixx thhe wway of reggulaatinng, strrenggtheen aand floo

7、w tthe staabillityy off thhe ssourrce perrmannenttly greeatlly ,Thee fiirstt iss itt iss itt ennlarrge mulltipple 5 , thhe ssecoond , aand Darringgtonn iss itt iss itt foorm higgh tto ggainn vooltaage cloose rinng cconttroll wiith commputter eleectrric currrennt cclossingg riing conntrool tto ccoopp

8、eraate to in chaargee off too puut tto ttrannspoort. Ennsurringg fllowiing conntroollaablyy annd ppermmaneentlly mmustt usse hhighh acccurracyy too fiinissh iin ffuncctioon. Beccausse CCPU adjjustts DD/A to expportt wiith thee diiffeerennce of acttuall vaaluee inn orrderr too coontrrol andd exxporrt

9、 tthe acccorddingg too thhe eestaabliishiing vallue dirrecttly, thhis cirrcuiit hhas verry sstroong antti-iinteerfeerennce abiilitty tto eexpoort thee stteaddy ddireect currrennt aand floow iin ttheoory on thee baasiss off thhe tthinng tthatt A/D ssamppless acccurrateely.eleectrric currrennt.Keywwor

10、dd: TThe dirrectt cuurreent floows in thee soourcce , C880511F0005, nummeriicall coontrrol, thhe mmoduuluss miixinng.一.设计计任务与与要求数控直流流电流源源（F题）一、任务务键盘控制器电流源负载显示器电 源设计并制制作数控控直流电流源。输入入交流2002400V，50HHz；输出出直流电电压10VV。其原原理示意意图如下下所示。二、要求求1、基本本要求（1）输输出电流流范围：2000mA20000mAA；（2）可可设置并并显示输输出电流流给定值值，要求求输出电电流与给给定值偏偏

11、差的绝绝对值给定值值的1+110 mmA；（3）具具有“+”、“-”步进调调整功能能，步进进10mmA；（4）改改变负载载电阻，输输出电压压在10V以内变变化时，要要求输出出电流变变化的绝绝对值输出电电流值的1+10 mA；（5）纹纹波电流流2mA；（6）自自制电源源。2、发挥挥部分（1）输输出电流流范围为为20mmA20000mAA，步进1mA；（2）设设计、制制作测量量并显示示输出电电流的装装置(可同时时或交替替显示电电流的给给定值和和实测值值)，测量量误差的的绝对值值测量值值的0.1+3个字；（3）改改变负载载电阻，输输出电压压在10V以内变变化时，要要求输出出电流变变化的绝绝对值输出电

12、电流值的的0.1+1 mmA；（4）纹纹波电流流0.22mA；（5）其其他。二.方案案论证与与比较方案一:利用新新华龙单单片机F0005实现对对数控电电流源系系统的制制作根据设计计的要求求，可以以选择使使用新华华龙系列列单片机机来实现现制作数数控直流流电源,在该系系统中，可可以实现现吸入式式负反馈馈恒流源源电路来来制作,对与该该恒定电电流电路路，所需需要的硬硬件系统统比较少少，该系系统的实实现需要要有高度度稳定的的电源信信号来供供给,因此要要选择一一个高度度稳定的的电源电电路来提提供系统统的前端端需求,将电流流源电路路和单片片机系统统构成闭闭循环回回路，可可以在电电流源工工作时即即时检测测电路

13、的的供给电电流，从从而可以以实现对对电流输输出的设设定和校校正。方案二:采用MCCS-551系列单单片机实实现对数数控电流流源系统统的控制制作根据设计计要求,我们需需要用单单片机实实现对恒恒流电路路的控制制,MCCS-551系列单单片机是是一款非非常经典典的单片片机,要实现现对电路路系统的的控制,我们需需要使用用外部A/D和D/A来采集集和处理理数据信信号。综上所述述：我们们可以选选择不同同的单片片机来实实现对系系统的控控制,但是要要得到比比较稳定定和精度度高的电电流,需要单单片机在在处理信信号上有有一个较较高的速速度,通过以以前对新新华龙和和MCSS-511系列单单片机的的使用，在在处理速速

14、度上，新新华龙系系列单片片机远远远高于MCSS-511系列单单片机。由由于C80051FF0055具有一一系列的的优点，为为了更好好地达到到设要求求，我们们使用内内部集成成了12位A/D和D/A的C80051FF0055，将控控制电路路和电源源电路组组合起来来，实现现数控直直流电流流源的制制作。三.系统统硬件设设计、系统统总方框框图设计计.系统原理理及框图图如下图图所示，前前端交流流电经过过整流，两两级滤波波稳压，输输出纹波波较小的的直流电电，经过过放大缓缓冲电路路输出电电流。输输出电流流通过采采样电路路由C80051FF0055芯片内内部集成成12位A/D转换器器采到，输输出电流流交由软软件

15、处理理来实现现对输出出电流的的检测和和调整。电电流设定定值由4*4键盘来来控制。A/D采样实实际值与与设定值值比较结结果送由由D/A转换器器直接控控制输出出电流的的大小,实现高高增益数数模混合合闭环调调节。由由于A/DD,D/A是由CPU分别控控制的独独立系统统，不会会互相牵牵制和影影响。控控制调整整的依据据来自于于实际值值与设定定值的差差值，且且CPU随时输输出电流流采样，比比较，处处理，只只要A/D精度足足够高，系系统都能能对任何何的外界界扰动都都能作出出迅速的的反应，并并作出精精确的调调整因因此该系系统是一一个集高高稳定度度与高精精度为一一体的直直流恒流流源。双级稳压系统达林顿功率放大器

16、负载双级运放调整控制电流采样CPUDACADC键盘数码管图2、单元元电路的的硬件设设计.1)、稳稳压电源源的设计计两级高精精度可调调节器三三端稳压压器可以以大大克克服纹波波，增强强电压稳稳定度，使使电流稳稳定度得得到保障障。图直直流稳压压电源电电路原理理图2)、运运放调整整控制电电路设计计采用四运运放LM3324进行高高增益闭闭环调节节。配合合单片机机进行数数字与模模拟混合合调节方方式，大大大增强强恒流源源的稳定定性，第第一级运运放放大大倍数为为5倍，第第二级和和达林顿顿管配合合形成高高增益电电压闭环环控制和和计算机机电流闭闭环控制制保障障可控恒恒流功能能得以高高精度完完成。图3运放放调整控控

17、制电路路图3)、CC80551F0005控制电电路的设设计信号采集集处理与与控制系系统由新新华龙系系列单片片机C80051FF0055完成。C80551F0000系列器器件是完完全集成成的混合合信号系系统级MCU芯片，C80551F0005有一个个真正的的12位多通通道ADC或一个10位的多多通道ADC每种器器件都江江堰市有有一个可可编程增增益放大大器，两两个12位ADCC,两个电电压比较较器，一一个电压压基准，一一个具有有32K字节FLAASH存储器器并与80551兼容的的微控制制器内核核。这些些特性使使得电路路的设计计得到大大大的简简化，由由此带来来的优点点是电路路的稳定定性大大大提高。外

18、围器件件与单片片机的接接口如下下：数码管P1,P0.0PP0.33蜂鸣器p0.0键盘P2采样模拟拟输入：AN11D/A输输出：DA00四系统统软件设设计软件流程程图如下下图所示示；、 开机初始始化、 键扫描，等等待键输输入，并并将键值值读入返返回、 启动A/D转换换，对输输出电流流值进行行采样，被被送数码码管显示示。、 比较判断断采样值值是否为为给定值值，如果果是，则则输出，如如果不是是，若采采样值小小于给定定值，则则加D/A输出，若若采样值值大于给给定值，则则减小D/A输出。、 延时一段段时间以以后，继继续采样样循环。、 每隔一段段时间送送显示。开始键扫描读键值a显示A/D读取II=a?NY

19、调整D/A值电流输出结束五系统统组装整个系统统总共由由以下几几个模块块组成：单片机主主板，显显示模块块，键盘盘控制模模块，变变压器，整整流及双双级运放放放调整整模块，其其中显示示数码管管与键盘盘装在机机箱面板板上。由由于有较较大功率率的变压压器以及及整流模模块，故故在安装装时要充充分考虑虑到散热热通风。以下为机机箱控制制面板图图。电压测试端电流测试端键盘数码管显示六系统统调试与与性能测测试1、使用用仪器：数字万用用表2、测试试方法：1)调整整功能测测试：分别取不不同的负负载电阻阻值，按按设定键键，输入入所需的的电流值值，有数数字表分分别接电电流测试试端，电电压测试试端，读读取设定定值，实实际输

20、出出值，显显示值以以入负载载电压值值，填入入表格。2)步进进功能测测试：按动向上上或向下下键，记记录每次次设定的的理论输输出值，显显示值，实实测电流流值，负负载电压压值，并并记录数数值。单位：mmA 负载RLL=5指指标组别设定值AD采样样值电流表实实测值负载电压压(V)200mmA201mmA200.0mAA1.0111V300mmA301mmA302.0mAA1.5002V400mmA402mmA398.0mAA1.1993V500mmA501mmA501.1mAA2.5001V600mmA599mmA600.6mAA3.0002V700mmA700mmA697.9mAA3.4990V80

21、0mmA802mmA803.6mAA4.0115V10000mA10055mA10022mA5.0001V15000mA15066mA15000mA7.5006V20000mA19988mA20011mA9.9550V表mA 负载RL=指指标组别设定值AD采样样值实测值负载电压压(V)200201202.10.40002400400400.30.80006600596597.31.1996800795796.31.400110000992993.01.96601200011988120222.40021400014022140222.80041600015966159773.199618000

22、18022180223.600520000199001992240100表mA 负载载RLL=1指指标级别显示实际际值实测值负载电压压(V)2002011970.19964004034030.40006006015990.59948007987860.78811000010033100110.98881200011955120441.20031400014000140221.48801600016022160001.5551800018033180551.8112000019988199331.966表七、系统统电路存存在的不不足和改改进方向向1、纹波波克服非非常困难难，很难难达到满满意的效效

23、果。其其改进方方向增加加LC滤波和和采用超超大容量量电容器器，才能能有效克克服纹波波。2、系统统稳定性性需要在在散热方方面加强强合理设设计，才才能保证证温漂很很小。3、系统统精度需需要进一一步加强强硬件补补偿和软软件补偿偿致谢本次作品品的成功功制作是是在学校校和大赛赛组委会会给我们们提供了了很好的的锻炼平平台的基基础上完完成的.因此首先先要感谢谢学校和和组委会会给我们们的机会会。此次次大赛本本着锻炼炼当代大大学生实实践设计计能力的的原则，在在短时间间里完成成一个科科技作品品的制作作，对我我们大学学生既是是一种炼炼，更是是一种挑挑战。在此次大大赛的过过程中，组组员们发发扬团结结一致的的精神，在在

24、这个短短时间内内，努力力完成了了所设计计的系统统制作，在在次，感感谢各个个组员，为为了完成成制作，大大家付出出了心血血。再次感谢谢学校和和组委会会为我们们提供了了设计制制作的机机会。参考文献献1成成运算放放大器原原理与应应用中中国科学学出版社社19880.222运运算放大大器中中国计量量出版社社19887.113单单片机原原理及其其接口技技术清华大大学出版版社20004.24模模拟电子子技术哈尔滨滨工程大大学出版版社20003.65C80051FFXXXX高速SOCC单片机原原理及应应用北京航航空航天天大学出出版社220022.56模模拟电子子线路北京理理工大学学出版社社19996.557MCSS-511系列单单片机应应用系统统设计北北京航空空航天大大学出版版社19991.3附录附录内容容： 系统控制制电路原原理图及及板图 系统软件件程序清清单