数控直流电流源的设计.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：数控直流电流源的设计1．设计思路本设计以ATmega16L为核心通过A/D、D/A转换、V/I转换及独特的算法实现高精度的电流输出范围为20mA～2000mA的数控直流电流源。该电流源具有电流可预置1mA步进同时显示给定值和实测值等功能。2.方案设计2.1控制器模块方案利用ATmega16L单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换驱动压控恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统通过补偿算法调整电流的输出以此提高输出的精度和稳定性。D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片TLC5618直接输出电压值且其输出电压能达到参考电压的两倍A/D转换器选用高精度16位模数转换芯片AD7705。2.2显示器模块方案采用19264D汉字图形点阵液晶显示模块同时显示电流给定值和实测值。使用LCD显示。LCD具有轻薄短小可视面积大方便的显示汉字数字分辨率高抗干扰能力强功耗小且设计简单等特点。2.3键盘模块方案采用标准4X4键盘此类键盘采用矩阵式行列扫描方式优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目而且可以做到直接输入电流值而不必步进。2.4压控电流源模块方案精密压控电流源是本数控电流源的关键之所在针对设计要求和使用需求、结合设计思路精密电流源模块必须具备以下指标：纹波小于2mA误差小于0.1%具有低的输出失调。基于稳定性要求和以上考虑电流源电路选择了经典的压控电流源电路它负责与后级扩流模块连接用电压控制后者而使用电流反馈这样可以保证有足够高的精度。该部分采用了高性能、低温漂、低失调的运算放大器OP77和精密元件组成保证性能指标的良好发挥。2.5扩流模块方案为了克服传统扩流电路在高精度、高稳定性要求下的缺陷追求一种精度高、稳定性好、对前级影响小的扩流电路受到S类功率放大器的启发本设计率先把S类放大器优秀的电压跟随器原理引入电流源电路之中。2.6电源模块方案系统需要多个电源单片机、A/D、D/A、使用5V稳压电源运放需要±12V稳压电源同时题目要求最高输出电流为2000mA电源需为系统提供足够大的稳定电流。综上所述采用三端稳压集成7805、7812、7912分别得到+5V和±12V的稳定电压利用该方法实现的电源电路简单工作稳定可靠。2.7总设计流程图图1总的设计原理框图3.单元电路设计3.1单片机最小系统设计采用ATmega16L为控制模块核心。其单片机最小系统简单容易制作PCB算术功能强软件编程灵活、可以通过JTAG调试接口将程序快速下载到芯片方便的实现程序的更新自由度大较好的发挥C语言的灵活性可用编程实现各种算法和逻辑控制同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。在本设计系统中的主要作用是：通过键盘模块输入给定的电流值或是步进调整信号传送给单片机单片机在接受到信号后进行处理运算并显示其给定的电流值然后经D/A转换以输出电压驱动压控电流源电路实现电流输出并将采样电阻上的电流经过A/D转换输入单片机系统通过补偿算法进行数值补偿处理调整电流输出并驱动显示器显示当前的电流值。其电路如图2所示：图2单片机最小系统电路图3.2键盘电路设计在本设计中使用标准的4x4键盘可以实现0～9数字输入“+”、“-”、“设置”。其电路如图3所示：图3键盘的电路图3.3液晶显示器电路设计本设计采用RT19264DSTN型汉字图形点阵液晶显示模块与单片机接口采用8位并行接法用于显示设定值与当前测量值。其电路如图4所示：图4液晶显示器电路图3.4.A/D与D/A转换器电路设计A/D转换器选用双通道16位AD转换器AD7705。其串行数据接口包括5个：片选输入口串行施密特逻辑输入时钟SCLK数据输入口DIN转换数据输出口DOUT指示数据准备就绪的状态信号输出口。对于D/A转换器由于设计基本要求电流的输出范围为20mA～2000mA将最高输出电流2000mA进行十进制～二进制转换有：要满足步进为1mA的要求需选用十二位的D/A转换器TLC5618是较好的选择。其电路如图5所示：图5A/D与D/A转换器电路图3.5.压控电流源电路设计通过该电路把电压转换成恒定电流输出。其电路如图6所示：图6压控电流源电路图3.6.扩流单元电路设计其电路图如图7所示：图7扩流单元电路图3.7.稳压电源电路设计在本设计中运放需±12V供电单