数控直流电流源
(F题)
设计报告
参赛学校:扬州大学
学院:信息工程学院
作者:嵇春凡,刘德银,周磊
摘 要
本文采用自顶而下层次化方法和在系统编程技术设计数控直流电流源系统.通过方案设计论证确定出系统结构组成和工作原理.该系统由控制器和外围电路组成,控制器由加减计数器,七段译码器和BCD码二进制码转换模块等组成,用键盘设定电流,用加减计数实现10mA,1mA电流步进,用数码管显示电流值,用BCD码二进制码转换电路输出与电流对应的二进制码,该部分设计在在系统编程芯片内;外围电路由D / A转换电路,电源电路,恒流源电路和输出电流显示等部分组成,用于把设定电流所对应的数字量再转换为与之相对应的实际电流值并显示出来.经过组装测试:基本要求所能实现的输出电流范围为:200mA—2000mA,步进10mA,误差的绝对值 ≤ 1% +10mA,纹波电流 ≤ 2mA;完全符合要求.发挥要求所能实现的输出电流范围为:20mA—2000mA,步进1mA,误差的绝对值 ≤ 0 . 1% +1mA,纹波电流 ≤ 0.2mA,可以同时显示电流的给定值与实测值,符合要求.
关键字 : 在系统编程技术 数控直流电流源 电流步进
一 设 计 指 标
1 . 基本部分
(1)输出电流范围:200mA～2000mA;
(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20mA～2000mA,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 方案比较及论证
2.1 基本部分总体方案确定
方案1. 利用FPGA作为控制器,以它为中心设计外围电路,并利用D/A转换形
闭环回路.
图1 总体方框图
数控直流电流源由键盘,控制器,显示器,数模转换,电压电流转换和模数转换等部分组成,
键盘的作用是设定电流值和确定电流步进值;控制器的作用是将设定电流值的8位(或12位)二进制输出;显示器的作用是显示设定电流值;数模转换的作用是设定电流值的数字量转换为模拟量;电压电流转换的作用是将电压转换成恒定电流输出;模数转换的作用是将输出的模拟量再转换为数字量反馈到控制器,使实际输出电流值与设定电流值一致.
方案2:利用单片机作为控制器,外围配显示器,键盘,D/A,A/D,信号放大电平转换,差动放大,压控恒流源,负载及采样电阻组成.
2.2 控制器方案的选择
控制器主要有单片机和可编程器件,单片机做主控器件,由于单片机在科学计算,数据处理,过程控制,仪器仪表,辅助设计等方面有着广泛的应用,操作起来简便,而且单片机在适时控制方面有它独特的优势,本次电流源的制作正需要步进控制;而且可以用已经做好的单片机开发板,用在显示和控制方比较方便.但是由于单片机的I/O口相对有限,需要用8155等可编程器件进行口的扩展,操作相对复杂,而且对于反馈回来的数字信号不好处理;相比而言使用可编程芯片,如CPLD或FPGA在控制时序方面有它独特的地方: (1) 规模大;(2) 编程方式简单方便;(3) 可靠性高;(4) 实现了硬件设计的软件化.基于以上优点以及我们对于CPLD的成熟应用,因此我们决定用CPLD来作为控制器.
2 .3 数模转换模块的实现
由于设计指标中要求输出电流的误差为1%+10mA,DAC0832为八位的转换器,误差为1/256,误差指标满足要求,故选择DAC0832作为数模转换芯片;但由于DAC0832为电流输出型D/A转换,要获得模拟电压输出,要外加转换,以实现电流/电压的转换.
2.4 电压电流转换的实现
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更新时间：2007-06-01
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