数控直流电流源.doc

1、 - 1 - 数控 直流电流 源 摘要 : 本设计由三个部分组成，键盘与显示，基于 单片机的控制器，稳流电源 。以 89C52 为 主控 单元，以数模转换器 DAC0832输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块 LM350K的输出电压大小，设计 实用 ，精度高。 Abstract: This design is consisted of three elements, The controller based on microintrollers 89C52， Keyboard and display， Stable electric current source. The 51 synt

2、hesized with HD7279， achieve the aim to control the output current. - 2 - 一、 方 案 论证与比较 1、 电源 部分 （ 1）开关电源 采用单极开关电源，由 220V交流整流后，经开关电源稳压输出。该方案的优点是电路的效率较高，可以达到 70% 80%，在电联接较好的情况下效率可以达到 90%左右。但是此方案产生的直流纹波和干扰较大，而且开关电源结构复杂，在以后的电路中很难加以控制，很 可能造成设计的失败和技术参数的超标，鉴于时间和电路可靠性的考虑没有选择这套方案。 （ 2） 线性电源 交流电压经桥式电路整流滤波输出，直

3、接进入稳流电路。 这种方案的优点是，电路简单，容易实现，并且调试起来比较方便，只是功率损耗稍大，但是在这种小型非连续工作电源中这些功率损耗可以承受。 2、 稳流部分 （ 1） 内环 反馈 在稳流部分加入一个负反馈，在 DAC0832 输出电压值之后与LM350K 输出电压相比较，使其产生误差信号，运用负反馈原理降低误差，使输出性能较理想。电路连接图如 图 1 所示 ： M C UD / A 转 换 基 准 电 压 源- 3 - 图 1 内环 反馈 （ 2）双闭环控制 在 内环 反馈基础上再加上一个外部的负反馈。如 图 2 所示，即把输出后电压值经过 A/D 转换之后，再与 D/A 转换之前的电

4、压值相比较，然后经过 内环 反馈，即经过了两次负反馈过程。理论上讲这种方案比单独 内环 反馈要更精确， 但我们在实际调试中已经 调试通过了单片机软硬件及算法的设计 ， 但 经过比较，我们觉得 在本系统没有必要再加上外环控制。所以本 设计 选用了 内环 单独控制。 M C UD / A 转 换A / D 转 换基 准 电 压 源图 2 双闭环控制 二、 主要元器件选择 1、 HD7279A 与 8279 8279 单个芯片就能实现键盘输入管理和 LED显示控制两种功能。但是 8279的局限性是，对于 LED显示没有驱动功能，需要外接显示驱动电器，增加了电路的复杂性；且占用并行接口口线较多。 本系

5、统 采用 HD7279A代替 8279，取得了很好的效果。这种芯片不仅能实现 8279的大部分功能，而且解决了它的不足。 HD7279A的主要功能：同时驱动 8 位共阴式七段 LED 数码管（或 64 只独立的- 4 - LED），提供了两种译码方式和消隐、闪烁、移位等多种控 制功能，能管理多达 64 键的键盘矩阵，采用串行接口，节约单片机的 I O口线，特别适用于内嵌 ROM 的单片机不作总线扩展，仅使用片上的I O 接口的情况。这样，既节省了布线空间，又简化了电路设计，使仪表的进一步微型化成为可能。 图 3 单片机与 HD7279A 的连接电路 2、 LM317 与 LM350K LM31

6、7在输出电压范围为 1.2 37V时可以提供 1.5A的电流，本产品要求的最大电流为 2A，所以必须用两个 LM317并联，但是由于并联后两个 LM317 工作电流负载不均衡，使电路稳定性降低。 鉴于以上原因，本设计采用了单片 LM350K。 LM350K可以提供最大为 5A电流，满足本设计要求，而且不存在两片芯片同时运行中所产生的不同步问题，故性能比较优良，且电路稳定性提高。 本主电路的原理是通过 MCU控制 D/A的输出电压大小，通过放大器放大，给电压模块作为最终输出的参考电压，真正的电压，电流还是由电压模块 LM350K 输出。为了达到 2A 的输出电流， LM350K 必须选用金属外壳

7、封装，并且带稍大面积的散热片 3、 DAC0832 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 89C52 CS CLK DATA KEY HD7279A - 5 - 为了实现对输出电流的数字控制，该设计选用了 DAC0832。DAC0832 是一款常 用的 数模 有两种连接模式，一种是电压输出模式，另外一种是电流输出模式，为了设计的方便，选用电压输出模式， 引脚 Iout1和 Iout2之间接一参考电压 。 它有三种工作方式：不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。电路采用 双 缓冲模式，由于 /WR2=/XFER=0， DAC 寄存处于直通状态。又由于 ILE=1，故只要在选中该片（

8、 /CS=0）的地址时，写入（ /WR=0）数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至 DAC 寄存器，经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束， /WR1和 /CS 立即 变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。 三 、电路设计 1、 键盘与显示部分 本部分选用 HD7279A，该芯片单片就可以完成 LED显示， 实现 键盘接口的全部功能。 通过键盘输入电流给定值（程序设定最小值20mA,最大值 2000mA） ，运行程序后，液晶显示器前四位显示实际输出值（此功能通过 ADC0809 转换实现），后四位显示给定值。 本部分 电路图如 图 4

9、所示 ： - 6 - 图 4 键盘显示部分电路 2、 控制部分 采用常用的 89C52芯片作为控制器， P0口和 DAC0832的数据口直接相连， D/A的 /CS 接 P2.3， /WR2和 /WR2接 P3.6接地，让 D/A工作在双缓冲方式下。通过调节可调电阻调节 LM350K的输出电压为5.12V，所以在 DAC的 8脚输出电压的分辨率为 5.12V/256=0.02V，也就是说 DA 输入数据端每增加 1，电压增加 0.02V。 D/A 的电压输出端接放大器 OP07CP 的输入端，放大器的放大倍数为 10，输出到电压模块 LM350K的电压分辨率为 0.02V 10=0.2V。所以

10、，当 MCU 输出数据增加 1 的时候，最终输出电压增加 10mA，当调节电流的时候，可以以每次 10mA的梯度增加或者降低电 压。 电- 7 - 路图如下： - 8 - 3、 电源部分 该部分输入电流为 220-240V，频率为 50Hz，经过变压器E66X32-A15降压为 15V， 经过 RS507L电路桥 变为直流。图中 0.5 的两电阻用于电压采样， LM350K用于电压的调节与输出。给定值经过 DAC0832 数模转换控制 电流输出，后经 HA17741I-V 变换控制电压输出，后经 OP07CP 的电压比较反馈给 LM350K进行调整。 电路图如下 ： 四、结果分析与调试 1、

11、输出电流范围： 20mA 2000mA， 并且 特别 设置了限制功能，键盘输入在 20mA以下或者 2000mA以上无法进行输 入，保证 了系统的 安全 ，达到了本题目发挥部分的要求。 2、 可以通过键盘来设置输出电流给定值，并且可以同时显示实 测值， 本系统中没有采用外闭环，为了验证我们已实现了该项功能，将- 9 - A/D 直接连在 D/A上，显示数值正确。 在 20mA2000mA的范围内不会出现输出电流大 于给定值的 1%+10mA 的情况，完全符合设计要求 。 如 下表 ： 3、 本设计 具有 非常突出的 “ +”，“ -”步进功能，可 以单独步进1mA， 10mA， 100mA，使

12、步进调整过程更加快捷方便 ，而且在任何情况下不会超出设定值的上下限。 4、 改变负载电阻，当输出电压在 10V 以内变化时，输出电流值的变化与输出电流值的大小比较如下 ，满足设计的要求，并且电流值变化很小，达到了很高的精度，下表为输出电流是 1000mA 时测量值： 次数 1 2 3 4 5 6 单位 电阻值 1 3 5 7 9 12 测量值 0.2484 0.2488 0.2489 0.2491 0.249 0.2496 V 电流值 0.9936 0.9952 0.9956 0.9964 0.998 0.9984 A 符合指标要求。 5、 芯片的供电部分是基本的电源电路，没有必要自制，处于时

13、间因素考虑，用成品电源。恒流源部分是由可调式线性稳压块结合闭环次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 单位 给定值 2000 1800 1600 1200 800 400 200 50 20 mA 测量值 0.4979 0.4489 0.3995 0.2984 0.202 0.1002 0.0544 0.012 0.0048 V 电流值 1991.6 1795.6 1598 1193.6 808 400.8 217.6 49.2 19.2 mA 偏差值 8.4 4.4 2 6.4 -8 -0.8 -17.6 0.8 0.8 mA 给定值1%+10mA 30 28 26 22 18 14 12 10.5 10.2 mA - 10 - 控制而制成的，具有精度高，线性性能好等特点。 五、 结语 该数控电压源经过时间实际使用说明，具有精度高，使用方便，硬件电路简单等特点。如果要 做成 产品，还需要增加电流测量和显示部分，对这部分电路请参考相关资料。本文主要对如何控制功率输出电压大小做出个例子，该电路对测量领域，以及马达调速方面都可以扩展使用。