全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽設(shè)計報告

1、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽設(shè)計報告全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽設(shè)計報告編號： f甲1004 題目：數(shù)控直流電流源學(xué)校：山東大學(xué)參賽隊員姓名：楊喜超，夏驛杰，馬云朋 目錄 一.摘要-3abstract and keyword-3二.方案選擇與論證-42.1設(shè)計要求-2.2總體設(shè)計方案-2.2.1設(shè)計思路-2.2.2控制模塊的模擬電路設(shè)計方案確定-2.2.3軟件仿真模擬確定方案-2.2.4人機(jī)界面-2.2.5聲光報警提示-三.系統(tǒng)的具體設(shè)計與實(shí)現(xiàn) - 3.1.系統(tǒng)的硬件設(shè)計-3.1.1電源部分-3.1.2鍵盤/顯示器接口電路-3.1.3電壓控制電流模塊-3.1.4 d/a和a/d模塊原理圖-3.1.5聲光報

2、警模塊-3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計-3.2.1主程序流程圖-3.2.2預(yù)設(shè)置子菜單程序流程圖-3.2.3顯示輸入步進(jìn)子菜單流程圖-3.2.4步進(jìn)調(diào)節(jié)輸出子菜單流程圖-四.系統(tǒng)功能測試及其整體指標(biāo)-4.1 使用的儀器儀表記錄表-4.2.2步進(jìn)調(diào)整檔位測試記錄分析-4.2.3，紋波電流的測定記錄與分析- 4.2.4測試結(jié)果分析 -五.結(jié)束語-參考文獻(xiàn)數(shù)控直流電流源摘要本系統(tǒng)采用spce061a 16位單片機(jī)作為控制核心的直流源，可以完全按用戶要求輸出相應(yīng)電流值的智能數(shù)控直流源，其電流輸出可以進(jìn)行按照不同幅度調(diào)節(jié)。本設(shè)計采用了高共模抑制比低溫漂的直流放大器op07，因其一般工作在閉環(huán)狀態(tài)只要外接幾個電阻即

3、可構(gòu)成具有深度負(fù)反饋的放大器，故可以在反饋性恒流源電路作比較器，使其各項性能指標(biāo)得到顯著提高。我們采用12位d/a轉(zhuǎn)換器ad767實(shí)現(xiàn)d/a轉(zhuǎn)化得到近似線形電壓，為放大器提供基準(zhǔn)電壓來控制電流放大器產(chǎn)生相應(yīng)的電流，同時通過12位a/d轉(zhuǎn)換器ad574進(jìn)行電壓采樣，利用軟件對電流進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，以達(dá)到獲取精確電流的目的。關(guān)鍵詞：高共模抑制比集op07 閉環(huán)調(diào)節(jié) ad767 ad574 spce061a 數(shù)控電流源abstract: this system is a numerical control direct current supply which adopts the spce061a,

4、16_bit mcu, as the control core. our intelligent works can output the requiring exact current under the users order. besides, the current output can change in different scales. the operational amplifier op07 with a high cmrr and a low temperature drift，which can make up a deep-feedback amplifier wit

5、h only several resistances，can be used as the comparator in the current producer in order to optimize our all kinds of guidelines. the mcu provides the 12_bit d/a converter ad767 with digital signals to make the signals converted into exactly linear voltages, which is used to supply the current modu

6、le a reference benchmark to produce the direct current. in the mean time, the 12_bit a/d converter ad574 pick up the voltage sample from the circuit, which is used as the measurement value displayed on the lcd screen as well as a reference. then our software will work as a regulator based on the ad

7、value (a close loop with the da output) to ensure our works to output the high accurate current. keywords: op07 with a high cmrr and a low temperature drift,close-loop adjusting, 12_bit d/a converter ad767,12_bit a/d converter ad574, spce061a(mcu),numerical control direct current supply二.方案選擇與和論證 2.

8、1設(shè)計要求： 2.1.1基本要求：（1）輸出電流范圍：200ma2000ma；（2）可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值給定值的1+10 ma；（3）具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)10ma；（4）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10v以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的1+10 ma；（5）紋波電流2ma；（6）自制電源。2.2.2、發(fā)揮部分（1）輸出電流范圍為20ma2000ma，步進(jìn)1ma；（2）設(shè)計、制作測量并顯示輸出電流的裝置 (可同時或交替顯示電流的給定值和實(shí)測值)，測量誤差的絕對值測量值的0.1+3個字；（3）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10v以內(nèi)變化

9、時，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的0.1+1 ma；（4）紋波電流0.2ma；（5）其他。2.2總體設(shè)計方案2.2.1控制核心 mcu方案選擇 我們的控制核心采用spce061a單片機(jī) spce061a是繼nsp系列產(chǎn)品spce500a等之后凌陽科技推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。主要性能如下：16位nsp微處理器；工作電壓：vdd為2.43.6v(cpu), vddh為2.45.5v(i/o)；cpu時鐘：32768hz49.152mhz ；內(nèi)置2k字sram、內(nèi)置32k flash；可編程音頻處理；32位通用可編程輸入/輸出端口；32768hz實(shí)時時鐘，鎖相環(huán)pll振蕩器提供系統(tǒng)時

10、鐘信號；2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)；2個10位dac(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)和單通道語音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器自動增益控制(agc)功能；系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))耗電小于2a3.6v；14個中斷源：定時器a / b，2個外部時鐘源輸入，時基，鍵喚醒等；具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽音頻編碼sacm_s240方式(2.4k位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)； 具有低電壓復(fù)位(lvr)功能和低電壓監(jiān)測(lvd)功能； 內(nèi)置在線仿真電路接口ice（in- circuit emulator）；

11、具有保密能力；具有watchdog功能；凌陽單片機(jī)強(qiáng)大的功能，完全可以滿足我們整個系統(tǒng)控制a/d，d/a轉(zhuǎn)換，lcd顯示，鍵盤驅(qū)動以及語音功能的要求。凌陽同時支持匯編與c語言，編程方式靈活，c語言用來做主體程序框架，大大減輕編程的負(fù)擔(dān)。需要指出的是，語音功能是凌陽的一大特色，是其他單片機(jī)是無法比擬的。2.2.2設(shè)計思路根據(jù)題目要求系統(tǒng)可劃分為以下幾個基礎(chǔ)模塊，如圖：圖（1） 方案選擇： 1. 電源方案 a)單片機(jī)以及相關(guān)芯片工作電源方案選擇單片機(jī)需要在+5v 電壓工作，我們按照題目要求，制作了電源，采用目前比較流行的穩(wěn)壓管技術(shù)，利用7805，7812，7912，7815，7915等穩(wěn)壓管，獲得

12、+5v ，12v ，15v ，完全可以滿足單片機(jī)以及相應(yīng)芯片的電壓要求。b)壓控電流源功率電源方案選擇由于電流源的最大電流需要達(dá)到2a ，估算一下功率要達(dá)到30w 以 所以我們選用功率大的變壓器（需要改進(jìn)） 2.電流源模塊方案選擇（）1)采用穩(wěn)壓管和可調(diào)變阻器組成恒流源。穩(wěn)壓管用來提供基準(zhǔn)電壓，通過人工調(diào)節(jié)變阻器來獲得合適電流。公式為lw r r ui +=該方案特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。但是從公式可以看出，其輸出電流與負(fù)載有關(guān)系，在使用過程中，需要 不斷調(diào)節(jié)變阻來獲得合適的電流，負(fù)載一旦改變，就需要重新進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以使用起來很不方便。顯然，如果想對這種方案進(jìn)行只能控制只能對電阻進(jìn)行編程，軟

13、件實(shí)現(xiàn)起來比較困難。 2） 使用三極管和一些電阻搭建直流電流源，如右圖：負(fù)載電流為ew l r u i 7.0-=，其中w u 為穩(wěn)壓管的電壓。由公式可知，電流只與e r 有關(guān)，不隨負(fù)載變化而變化。通過改變電阻e r 的阻值獲得相應(yīng)的電流，同方案（1）線性改變電流值不容易實(shí)現(xiàn)。另外，由于三極管本身的恒流特性容易受到外界因素的影響，比如溫度，單獨(dú)做電流源，不能長期保持穩(wěn)定工作狀態(tài)。3) 利用場效應(yīng)管，構(gòu)建恒流源。電阻s r 為電流的主要決定因素。s r 與場效應(yīng)管構(gòu)成反饋回路，可以輸出比較穩(wěn)定的電流可以根據(jù)以下兩個公式s gs ir u -=和2)()|1(off gs gs dds u u i

14、 i -=（為漏電流為夾斷電壓dds i gs u ）可以計算出電流。通過改變s r 來電流，所以不適合用來做數(shù)控電流源。4) 使用運(yùn)放和一些電阻來搭建電流源。集成運(yùn)放的一些基本運(yùn)算電路可以產(chǎn)生電流，如圖，并且可以通過電壓0v 來改變輸出電流l i ，單片機(jī)可以使用da 芯片對其進(jìn)行控制。但是其有一個很大的缺點(diǎn)，能夠 產(chǎn)生的電流比較小，不能完成題目的大電流的要求。 5） 我們考慮到4）方案在數(shù)控方面具有可行性，決定對其電路進(jìn)行改進(jìn)。由于運(yùn)放輸出電流比較小，我們需要做的是增大電流輸出，在運(yùn)放輸出口串接大功率三極管，對電流進(jìn)行放大。另外，采用雙反饋來屏蔽負(fù)載電阻對電流的影響。具體方案如下文論述。 2.2.2控制模塊的模擬電路設(shè)計方案