數(shù)控恒流源系統(tǒng)設計樣本

畢業(yè)設計題目：學院名稱：班級：學生姓名：學號：指引教師：教師職稱：20年06月13

一：概述1.1選題背景和意義電源為保障系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性都起到有至關重要作用，本篇咱們重要研究恒流源。而恒流電源由于它體積特別小、損耗相對低、而效率較高、尚有它簡潔電路都比較受歡迎，在咱們平時用計算機設備、通信設備，儀器儀表上面，尚有航空航天上面通信設備等都需要恒流源系統(tǒng)。近年來電子信息產業(yè)是發(fā)展相稱快，恒流電源也更多被運用到咱們生活中，因而，對恒流電源研究就顯得更故意義以及價值。數(shù)控恒流源技術是一種對實踐性規(guī)定很高工程技術，它存在與各個行業(yè)中，咱們在尋常會經?？吹?。電源技術還和電氣電子、控制理論等某些其他科學領域互相交叉融合，增進了當前信息技術和電源技術發(fā)展。這也預示著在系統(tǒng)上面對電源技術規(guī)定更高。普通電源系統(tǒng)在工作時候容易產生誤差，這樣會對整個系統(tǒng)精準度產生影響，更嚴重是會帶來諸多嚴重后果。世界各國為理解決這個問題便對電源產品制定了不同規(guī)定和一系列產品精度原則，只要達到規(guī)定達到原則后才可以進入市場。經濟全球化發(fā)展讓電源產品流通更加以便，但是必要滿足國際原則才可以有通行證。數(shù)控電源發(fā)展比較晚，從八十年代才開始，那個時候電力電子理論就開始建立。電力電子理論為此后電源產品發(fā)展奠定了較好理論基本，隨之，數(shù)控電流源技術得到了迅速蓬勃發(fā)展。但是市場上諸多產品還是輸出精度低，帶負載能力較差，體積相對大等缺陷。固然這也給了數(shù)控電流源發(fā)展指明方向就是不斷完善上面缺陷局限性。數(shù)控直流電流源對精度規(guī)定會越來越高。單片機，新控制理論，這些都為精準數(shù)控電源發(fā)展提供基本。從構成上，數(shù)控電流源分為器件、主電路和控制電路三某些。在這個課題中咱們重要分析是基于單片機數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)設計，電源是可以向負載提供恒定電流。由于恒流電源在尋常生活中應用范疇比較廣泛，在諸多地方都是不可缺少。例如咱們平時用充電器給蓄電池充電時候，當蓄電池端電壓逐漸升高時候，充電電流就會慢慢減少。咱們保證以電流不變充電，這時候就必要隨時提高充電器輸出電壓，這樣勞動強度和生產效率都會大打折扣，但是如果咱們當前采用恒流源輸電呢，就可以完全彌補其局限性。當咱們對電阻器阻值測量和分級時候，只要電流越穩(wěn)定，那么咱們就能使測量越精確。它還可以給放大電路提供偏流，或者作為有源負載等等。因此在差動放大電路中咱們會經?？吹剿鼞?。1.2國內外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)現(xiàn)狀：在咱們國家，咱們電源技術以電力電子技術作為核心，從二十世紀六十年代就開始形成，在幾十年發(fā)展中，對系統(tǒng)效率規(guī)定更高和對功耗規(guī)定更低尚有通信設備技術更新這些都推動了國內電源行業(yè)中直流/直流轉換器邁向更高靈活性與智能化，電源產業(yè)也因而得到了迅速發(fā)展。在電源產業(yè)規(guī)模迅速發(fā)展同步，國家自然科學基金也提供較大協(xié)助和以推動不斷創(chuàng)新，使國內電力電子技術發(fā)展從吸取消化和普通跟蹤發(fā)展從而邁向前沿跟蹤和基本創(chuàng)新，咱們國家也生產中了電源產業(yè)某些難度較大和國際先進水平相比某些產品以及較多具備代表性研究成果以及產品。咱們國家做出了諸多努力來增進電源行業(yè)發(fā)展。雖然發(fā)展迅速但是國內電源產業(yè)和世界上某些發(fā)達額國家做比較，咱們就會發(fā)現(xiàn)其實還是存在較大差距呢。隨著技術進步與發(fā)展，人們對數(shù)控恒定電流器件需求越來越高。曾經恒流源器件正在被迅速發(fā)展恒流源系統(tǒng)所代替。體積更小、精度更高、穩(wěn)定性更好是將來恒流源發(fā)展方向與拽求。由于咱們研究分析恒流源系統(tǒng)設計構成是很有現(xiàn)實意義。相對與老式智能電源模塊，數(shù)字化智能電源模塊減少了生產過程中不擬定因素和人為參加環(huán)節(jié)從而減少了誤差彌補了老式電源模塊局限性，從而使電源模塊中更加可靠、更具備智能化和產品一致性，這樣極大提高了生產效率和生產產品可維護性。二：總體方案設計2.1設計任務輸入交流電壓200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤6.5V。1、輸出電流范疇：0.04A～9.83A；2、可設立并顯示輸出電流給定值，規(guī)定輸出電流與給定值偏差絕對值≤0.05；3、運用proteus軟件對整體電路進行仿真驗證。

2.2設計思路設計思路是:這個系統(tǒng)是485總線控制數(shù)控恒流源系統(tǒng)，涉及各種數(shù)控恒流源電壓和電流監(jiān)控及控制。以單片機為主控制器，電腦輸入信號后，由轉換裝置將Rs232接線轉為Rs485總線。Rs485接線分別接模版一，模塊二等模塊。單片機接受到485傳數(shù)字信號，通過D/A轉換輸出模仿量，控制信號變化。上位機PC端對恒流源進行實時監(jiān)控，通過單片機PIC16F877AA/D輸入端接口，實時把模仿量轉化為數(shù)字量，再經單片機分析解決反映給上位機，在上位機上通過數(shù)字量形式呈現(xiàn)出來，從而構成穩(wěn)定恒流源。2.3總體方案設計在系統(tǒng)總設計方案里面，咱們會用到有單片機PIC16F877a模塊，D/A轉換模塊。，V/I轉換等，最后擬定系統(tǒng)框圖如圖2.1所示：：圖2.1系統(tǒng)框圖此方案采用電腦控制變化輸入信號辦法來變化電流大小。運用DAC0832在單片機程序控制下提供可變基準電壓，電壓通過V/I轉換電路，壓控恒流源系統(tǒng)最后得到電流通過單片機PIC16F877AA/D轉換接口將輸出電流反饋至單片機進行比較，調節(jié)DAC0832輸入電壓，從而達到數(shù)控目。

三：硬件模塊設計系統(tǒng)成功與否很大限度上在與硬件模塊設計，咱們分別分析如下模塊3.1穩(wěn)壓電源電路設計 這個系統(tǒng)中有單片機PIC16F877a，DAC0832，OP07等這些器件都需要穩(wěn)壓電源。但由于咱們是在運用Proteus仿真，因此對于此模塊咱們可以用軟件自帶勵磁電壓代替。3.2恒流源電路設計恒流源設計咱們采用運放和場效應管壓控恒流源。這個電路較簡樸，穩(wěn)定性較高。電路由光耦合三極管，運算放大器OP07、大功率場效應管IRFP150N、采樣電阻R1等構成。輸入模仿信號通過光耦合三極管會輸入一定電壓值，在這個電路中，調節(jié)管采用大功率場效應管IRFP150N工作于飽和區(qū)時，漏電流Id近似可以看作電壓U10控制電流，而場效應管漏極電流和源極電流近似相等，因此可以看作為是珊極電壓控制著源極電流變化，通過測量采樣電阻R1兩端電壓值就可以斷定是達到了恒流效果。電路如圖3.1所示：圖3.1壓控恒流源原理圖3.3采樣電壓、電流電路設計在該電路中，采用OP07求差電路測量負載兩端電壓值輸出模仿信號U8，輸出模仿信號再經OP07放大電路使輸出電壓變?yōu)椋≧14+R13）/R13倍電壓，然后再將模仿信號連接單片機PIC16F877A模仿信號接口RA0端，同步再將值返回給輸入信號做比較。如下圖3.1所示：圖3.1負載電流、電壓測量電路3.4D/A和A/D轉換器模塊單片機與外部數(shù)據(jù)連接分別由A/D模塊和D/A模塊，因此這兩個模塊選取與使用非常重要。3.4.1.D/A轉換器D/A轉換器可以將從單片機輸入數(shù)字信號轉化為容易比較直觀測量模仿信號。DAC0832與微解決器兼容，并且是8辨別率D/A轉換集成芯片。接口簡樸，價格較低這些都是它長處。DAC0832廣泛應用在單片機系統(tǒng)中。8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路共同構成D/A轉換器。如下圖3.2所示：圖3.2D/A轉換器圖D0～D7引腳是8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平（5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”），在本系統(tǒng)中，這8個引腳作為單片機信號輸入線；ILE引腳：高電平有效，數(shù)據(jù)鎖存容許控制信號輸入線，在本系統(tǒng)中與單片機RA2引腳連接；CS引腳：片選信號輸入線，在本系統(tǒng)中做接地解決，低電平有效；WR1：這個是數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線。在本系統(tǒng)中ILE、CS、WR1均做接地解決；XFER：數(shù)據(jù)傳播控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應不不大于500ns）有效；WR2：這個引腳是DAC寄存器選通輸入線，負脈沖有效。在本系統(tǒng)中將WR2、XFER做接地解決。IOUT1：電流1輸出端，其值隨DAC寄存器內容變化而線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：這個引腳是反饋信號輸入線，變化Rfb端外接電阻值可調節(jié)轉換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc范疇為+5V～+15V；*VREF：基準電壓輸入線，VREF范疇為-10V～+10V；*AGND：模仿信號地；*DGND：數(shù)字信號地。3.4.2A/D轉換器由于咱們用是單片機PIC16F877A，而此單片機上面有RA0,RA1等模仿信號輸入端，因而咱們不需要再用其她A/D轉換模塊。3.4.3D/A與單片機連接電路在這個電路中，單片機RD8個引腳全接D/A08328個串行并行輸入口，給VCC施加5V電壓，CS，WR1，GND均做接地解決。ILE引腳接單片機RA2引腳作為單片機參照電壓輸出。整體D/A0832與單片機PIC16F877A連接電路如下圖3.3所示。圖3.3D/A與單片機圖3.5PIC16F877A控制模塊在恒流源系統(tǒng)設計中，咱們本次選用功能強大PIC16F877A單片機作為控制器。3.5.1PIC16F877A重要功能簡樸簡介P\o"IC（integratedcircuit）集成電路"IC16F877A\o"就是一種微型電腦，麻雀雖小，五臟俱全"單片機它功能比較齊全。它有33個I/O引腳，A有6個，B有8個，C有8個，D有8個，E有三個引腳。它內部功能可以做A/D轉換器、模仿比較器，帶比較和捕獲功能定期器／計數(shù)器等等。它每個引腳基本均有2到三個功能。在這個本次設計中，咱們會用到它A/D轉換功能，實用性比較高。在這次設計中咱們重要用到PIC16F877A系統(tǒng)配備引腳有：VDD：正電源端。VSS：接地端。OSCI/CLKIN：時鐘振蕩器晶體連接端1／外部時鐘源輸入端。OSC2/CLKOUT：時鐘振蕩器晶體連接端2外部時鐘源輸出端。主復位引腳.MCLRNPP：人工復位輸入端（低電平有效）／編程電壓輸入端。RA0到RA3，RE1，RE2：模仿信號輸入端。RD0到RD7：并行口與其他微解決器連接端口。RC6,RC7：分別作為串行通信發(fā)送和接受數(shù)據(jù)端口。RC4，RC5：分別作為SPI數(shù)據(jù)輸入，輸出。除此晶振CLOCK=4MHZ。3.5.2PIC16F877A與485總線連接電路RS485傳播距離比較遠，從幾米大至幾千米，它抑制共模干擾能力特別強，與232比較，485串口通訊可以一對多，在本次設計中，一種上位機可以發(fā)信號給各種下位機進行控制，而上位機與下位機之間通訊就是通過485線連接。其中上位機通過485總線與單片機進行連接原理如圖3.4所示：圖3.4D/A轉換器與485連接圖 3.6輸出電流測試圖樣咱們需要軟件有peotues,虛擬串口助手。將程序文獻寫入單片機，然后將虛擬串口導入到peotues軟件內。然后開始仿真運營。這時候可以看到整個電圖處在工作狀態(tài)。在虛擬串口中按照485通訊格式輸入字符串AA41000455。點擊執(zhí)行可以看到單片機系統(tǒng)顯示6.96A電流。變化輸入字符串輸出電流也會變化它們誤差大概在0.03左右。如下圖：未輸入字符串之前：輸入字符串：輸入字符串之后顯示電流值：3.7上位機測試在上位機頁面，左邊顯示是電流設立值，是輸入電流信號。右邊顯示是實時變化顯示輸出電流。由于咱們所選D/A轉換器為0832，其精度達不到，會產生某些誤差，導致輸入與輸出值有稍微偏差。如下圖：如果咱們輸入電流值是5A，上位機頁面所得到圖樣為：電路圖紙上面顯示電流為：當變化外界電阻RVI大小時候。就會對輸出電流信號產生影響，上位機會實時采集顯示輸出電流變化值。四：軟件設計數(shù)控核心某些就是軟件設計了，是決定與否實現(xiàn)恒流源重要因素，在本篇設計中，咱們采用C語言編程設計，運用mplabide軟件進行編譯。4.1程序闡明軟件某些需要解決重要難點是上位機輸入預置電流值轉換為誤差放大器高精度基準電壓，并跟蹤顯示。在本次設計中咱們采用C語言,對PIC16F877A進行編程以實現(xiàn)各種功能。軟件實現(xiàn)功能是：1.電流給定值設立2.測量輸出電流值3.控制DAC0832工作編程是個復雜環(huán)節(jié)，不斷仿真研究后，詳細程序見附錄二。4.2程序流程圖軟件總體流程圖如下圖4.1所示。圖4.1軟件總體流程圖合同為0X01為本機地址，0X41為修改電流功能，背面兩個字節(jié)為電流設定值。最后以0X55為一幀結尾。按照流程圖思路編程，程序運用mplabide軟件進行編譯，在符合規(guī)定后寫入單片機不斷進行仿真調試，直至達到設計規(guī)定?？偨Y本次畢業(yè)設計是對數(shù)控恒流源系統(tǒng)設計研究，選用是上位機，下位機兩大模塊共同構建而成。其中最重要就是下位機中單片機模塊，DA模塊，壓控恒流源模塊選用。在本次設計中還是遇到了不小困難。查閱網(wǎng)上資料時候比較零散繁瑣，諸多專業(yè)術語還都理解不了。在指引教師協(xié)助下才逐漸熟悉了正個電路構建與功能應用。在上位機設計和軟件設計上面都遇到了很大困難，讓作為本科畢業(yè)生我明顯感到自己所具備知識欠缺。本次畢業(yè)設計，使得我對數(shù)控恒流源系統(tǒng)有了更加深刻結識，對其原理更加清晰。固然，在做畢業(yè)設計過程中也明白了自身局限性之處，也學到了諸多東西，涉及對Proteus使用和對文獻資料查閱有了一定提高，我相信這也將對我即將踏出校園進入工作崗位有很大協(xié)助。致謝通過這次畢業(yè)設計讓我學到了諸多東西，寫論文資料要靠自己從圖書館和網(wǎng)上進行查閱，較好鍛煉了我自學以及收集信息能力。在這里，我更應當感謝我導師徐峰教師，一位特別親切指引教師，一路陪我走來，當我有問題時候，都會認真詳細為我指引，有些問題甚至將了好多遍，直到我聽懂為止。在和同窗們交流中我也學到了諸多知識。在跨出校門進入工作崗位后，我會更加努力學習，以便獲得更大進步。

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while(count<x) { if(T0IF==1) { count++; T0IF=0; } }}//-----------------------------------------------------------------//串口初始化//-----------------------------------------------------------------voidSerial_port_init(){SYNC=0；//選取異步通信模式BRGH=1；//選取高速波特率發(fā)生模式TXEN=1；//容許發(fā)送數(shù)據(jù)SPBRG=_XTAL_FREQ/16/19200-1；//設立波特率為19200SPEN=1；//串行通信端口打開CREN=1；//使能持續(xù)接受串行數(shù)據(jù)}//-----------------------------------------------------------------//外設初始化(定期器,485等)//-----------------------------------------------------------------voidPer_Initialize(){ ADCON0=0X01;ADCON1=0X8E;//只打開RA0作為AD采集，采集成果高6位為0 ADIF=0; TRISA0=1;TRISA2=0； CMCON=0X07； RDE_485=1;//日后修改 //設立D口作為數(shù)據(jù)輸出控制0832 TRISD=0; PORTD=0; //open=0; TRISC7=TRISC6=1;//TX,RX數(shù)據(jù)口方向配備 TRISC5=0;//485口數(shù)據(jù)方向為輸出 TRISC4=0;//進行485虛擬仿真時需要 //配備定期器TIME0 T0CS=0;PSA=0;PS2=1;PS1=1;PS0=1;//前256分頻給TIMER0 //T0CS=0;PSA=1;PS2=1;PS1=1;PS0=1;//前256分頻給看門狗 //T2CON=0X3F;PR2=230;TMR2IE=0;TMR2IF=0;//啟動計數(shù)器T2 Serial_port_init(); RDE_485=1;//容許發(fā)送，禁止接受 RC4=0;//測試時用 //這兒可進行有關端口初始化自己設立 //端口設立初始化完畢 RCIE=1;//容許串口接受中斷 TMR1IE=1;//容許時間TIMER1溢出中斷 PEIE=1;//外圍中斷 GIE=1;//全局中斷 RDE_485=0;//容許接受，禁止發(fā)送 RC4=1;//測試時用 TMR1ON=1;//啟動TIMER1 delayus(2); Set_TIMER1(FRAME_SPAN); Recv_OK=0;}voidProcess_User()//自己定義程序進行有關事務解決{ INT8Ui; if(recv_Data[1]==65)//表達設立電流 { PORTD=recv_Data[3]; ADIF=0; GO_DONE=1; while(ADIF==0); //ADIF=0; DATA[0]=ADRESH; DATA[1]=ADRESL; //test=(DATA[0]<<8)|DATA[1]; Send_Byte(sl_Addr);//發(fā)送從機地址 Send_Byte(recv_Data[1]);//發(fā)送指令 for(i=0;i<2;i++) Send_Byte(DATA[i]);//發(fā)送采集數(shù)據(jù) Send_Byte(CRC);//發(fā)送校驗碼 } elseif(recv_Data[1]==66)//表達數(shù)據(jù)采集 { ADIF=0; GO_DONE=1; while(ADIF==0); //ADIF=0; DATA[0]=ADRESH; DATA[1]=ADRESL; Send_Byte(sl_Addr);//發(fā)送從機地址 Send_Byte(recv_Data[1]);//發(fā)送指令 for(i=0;i<2;i++) { Send_Byte(DATA[i]);//發(fā)送采集數(shù)據(jù) } Send_Byte(CRC);//發(fā)送校驗碼 }}//-----------------------------------------------------------------//主程序//-----------------------------------------------------------------voidmain(){ RA2=1; Per_Initialize()；//外設初始化RA2=1; PORTE=PORTE;//由于是施密特觸發(fā)器while(1){//---------------------------------------------------------//如果從機接受主數(shù)據(jù)成功則繼續(xù)下面解決if(Recv_OK&&recv_Data[1]==65){ GIE=0; 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