数控直流电流源课程设计与制作
(数控加工)数控直流电流源设计报告精编
（数控加工）数控直流电流源设计报告数控直流电流源一、设计任务和技术要求1.设计壹个数控直流电流源。
2.输出电流0～99mA，手动步进1mA增、减可调，误差不大于0.01mA。
3.具有输出电流大小的数码显示。
4.负载供电电压+12V，负载等效阻值100Ω。
5.电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性。
6.设计电路工作的直流供电电源电路。
二、系统原理概述本设计要求设计出壹个数控的直流电源，且且输出电流为0～99mA，能够手动控制增减。
在此采用数模转换的原理，只要产生和0～99mA电流相对应的数字量（我们取数字量为0～99），再使用D/A转换器转换为模拟电压量，最后再用V/I转换器将电压量转换为和电压量相对应的电流量即可。
为控制输出电流手动步进为1mA增、减可调，我们只要保证数字量（0～99）——电压量（0～9.9V）——电流量（0～99mA）相对应，通过控制数字量手动增减步进为1可调即可。
综上，整个系统的原理框图如图壹所示：图一系统原理框图三、方案论证1.直流稳压电源电路单元小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。
如图二所示：图二稳压电源组成示意图方案壹：输出可调的开关电源开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护和过流保护，可是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本设计中不适合此方案。
方案二：由固定式三端稳压器组成由固定式三端稳压器（7805、7812、7912）输出脚V0、输入脚V i和接地脚GND组成，它们的输入端接电容能够进壹步滤波，输出端接电容能够改善负载的瞬间影响，且且此电路也比较稳定，实现简单。
因此在此采用方案二，电路原理图如图三所示：图三固定三端式直流稳压电源电路2.手动增减数字量产生单元方案壹：74LS163为可预置的4位二进制同步加法计数器。
采用俩片74LS163运用反馈清零或者反馈置数法构成十进制计数器，再将俩片73LS163构成2位十进制加法计数器。
基于数控直流电流源系统的设计
基于数控直流电流源系统的设计摘要：随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，人们对数控恒定电流器件的需求越来越高。
应社会发展的需求，对基于单片机控制的“数控直流电流源的设计”进行研究论证，并运用Proteus 软件进行仿真。
以直流稳压电源和稳流电源为核心，结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。
首先采用了单片集成稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元件实现稳流。
为实现对输出电流的精确控制：一方面，通过Ｄ／Ａ输出实现电流的预置，再通过运算放大器控制晶体管的输出电流；另一方面，运用Ａ／Ｄ转换器件将输出电流的采样值送入单片机，与预置值进行比较，将误差值通过Ｄ／Ａ转换芯片添加到调整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。
Abstract：The requiements of numerical controlling constant current devices is increasing as development of electronic technology and expanding of digital circuit applicational field. As to satisfy society development, do a study based on " Numerical control dc current source design " of SCM controlling and apply Proteus to simulating software.DC（digital current ）V oltage regulator and DC current regulator is the key part of the design，its output current is controlled by single chip microprocessor,Firstly,single chip IC（integrated circuit）V oltage regulator LM338K is used to generate stable voltage, and then desperate devices is used to generate stabilize current . Tocontrol the output current ，on one hand ,system sets output current by D/A（digital／analogue converter and controls current of transistor by operational amplifier ；on the other hand ，with the help of A/D（analogue／digital）converter，system samples the output current and convert it into digital data ，compares it with preset value ，converts the error value into analogy and puts it on adjusting circuit ，and decreases the ripple of the system output current ．目录1 引言 (1)1.1 数控直流电流源的发展现状 (1)1.2 数控直流电流源的研究意义 (1)1.3 该研究解决的主要内容 (1)2 设计任务及要求 (1)2.1任务 (1)2.2 设计思路 (2)2.3 方案论证 (2)2.4 总体方案设计 (2)3 硬件系统的设计 (3)3.1 硬件系统的模块 (3)3.1.1 单片机最小系统 (3)3.1.2 自制电源模块 (5)3.1.3 显示模块 (5)3.1.4 键盘模块 (7)3.1.5 电流源模块 (8)3.1.6 负载模块 (8)3.1.4 D/A、A/D转换模块 (8)3.2 系统的原理图 (9)4 软件系统的设计 (10)4.1 单片机资源使用情况 (10)4.2 软件系统的模块 (10)4.3 程序流程图 (11)4.4 程序清单 (15)5 仿真测试及结果 (15)5.1 设计结论及使用方法 (15)5.2 仿真结果 (15)5.2.1 输出电流范围仿真 (15)5.2.2 步进调整仿真 (17)5.2.3 输出电流仿真 (17)5.3 误差分析 (18)6 总结 (20)参考文献 (21)谢辞 (22)附录 (23)1 引言1.1 数控直流电流源的发展现状电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。
数控直流恒流源的设计与制作
数控直流恒流源的设计与制作数控直流恒流源的设计与制作本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±4mA，因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源的领域。
1 系统原理及理论分析1.1单片机最小系统组成单片机系统是整个数控系统的核心部分，它主要用于键盘按键管理、数据处理、实时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整。
主要包括AT89S52单片机、模数转换芯片ADC0809、12位数模转换芯片AD7543、数码管显示译码芯片74LS47与74LS138等器件。
1.2系统性能本系统的性能指标主要由两大关系所决定，设定值与Ａ/Ｄ采样显示值（系统内部测量值）的关系。
内部测量值与实际测量值的关系，而后者是所有仪表所存在的误差。
1.3恒流原理数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中OUT1和OUT2是电流的输出端。
为了实现数控的目的，可以通过微处理器控制AD7543的模拟量输出，从而间接改变电流源的输出电流。
从理论上来说，通过控制AD7543的输出等级，可以达到1mA的输出精度。
但是本系统恒流源要求输出电流范围是20mA~2000mA，而当器件处于2000mA的工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管值下降，从而导致电流不能维持恒定。
为了克服大电流工作时电流的波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流的波动，此反馈回路采用数字形式反馈，通过微处理器的实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节。
经测试表明，采用常用的大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善。
电路反馈原理如下图所示。
2 总体方案论证与比较方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。
一种数控DC电流源的设计与实习
２ ｌ Ｒ６ （ ＋Ｒ６ ］ Ｖ ｉ ／ ）＋ Ｒ６ Ｓ ＰＣＥ ６ Ａ。该 单 片 机 采 用 现 代 电 子 字 符 型 液 晶 显 示 屏 ＬＣＤＳＭ Ｃ１ ０ Ａ ０１ ６ ２ 则 有 Ｖ１ 【 — ／ Ｒ２ 技 术 — — 片 上 系 统Ｓ （ｙ ｔｍ Ｏｌ 模 块 。 该 模 块 具 有 轻 薄 短 小 、 低 压 微 （ ＯＣ ｓ ｓｅ ｉ Ｒ２＿Ｒ６ ＝Ｖ １ Ｒｌ Ｒ １ 卜 ） １ （ ＋Ｒ６ 。 由 ）
温 度 系 数 很小 （ ５×１ ／℃） 火 线径 可 ＡＧ Ｃ、ＤＴＭ Ｆ 模 块 ，语 音 功 能 可 以 尽 快 找 出 外 部 信 号 模 拟 量 的 数 字 ０ 等
以 使 其温 度影 响减 至 最 小 。 ３ 三极 管 个 由软 件 编 程 实 现 ， 不 需 要 外 按 任 何 电
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００ ２ ５７ 晕１劳
（ ＋Ｒ６ ＝Ｖ１ Ｒ ｌ Ｒ１ Ｒ２ ） １ ／（ ＋Ｒ５ 。 令 连 接 方 式 或 行 列 武 （ 阵 式 ）连 接 方 ） 矩
Ａ／ ＃ 部 分 程 序 主 要 用 于 将 采 Ｄ｝ 换
Ｒｌ Ｒ２ ０ ２ —１ｋ【 ，Ｒ５ Ｒ ｌ ， － ６ ｋ 则台 式 ，该 模 块 的 功 能 主 要 完 成 对 输 出 电 样 电 阻 采 到 的 模 拟 电 压 信 号 转 换 为 数 Ｖｆ Ｖｉ ６ Ｒ２ Ｖｉ １ 。若 暂 不 考虑 反 流 和 其 他 信 息 的设 定 。 直 流稳 压 电 源 字 信 号 。采 样 信 号 由Ｉ Ａ６ 入 并 直 接 Ｒ ／ 一 ／０ Ｏ 输
由单 片机 ＤＡ ｃ 出。 因为理 想运 输 实时 显示 等功能 的协调 ，通过 多种 方 小数 点等信 息 ，但 由于其显 示信 息单 Ｖｉ
案 论 证 后 ， 选 用 凌 阳 十 六 位 单 片 机
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数控直流电流源设计摘要本设计大致分五个模块：单片机控制模块、数模（D/A）转换模块、恒流源模块、模数（A/D）转换模块、显示模块。
单片机控制模块以单片机为核心，对输入电流信号进行转换成数字量输出；恒流源模块将D/A转换来的电压模拟量通过恒流源电路变成恒流；显示模块采用数码管显示译码芯片与74LS47设计成10进制4位数码动态显示电路。
键盘模块采用常见单路复位开关，做成4×4矩阵键盘，用动态扫描方式读取外部按键动作，这样设计可靠，配合凌阳AT89S52单片机，可以很轻松的实现按键输入。
此外，本设计可实现电流0-2A且有±1mA和±10mA的两种步进，同时有数码显示输入的电流值。
关键词单片机键盘控制D/A转换恒流源A/D转换译码显示Constant Current Resource Digital ControlledABSTRACTThe design is divided into five modules: Single-chip control, digital-to-analog (D / A) conversion module, constant current source module, the output display module. To single-chip single - chip control module as the core of the input current signals to digital output; Constant current source modules will be D / A converter to the voltage analog circuit through the constant current source into a constant current; display module display digital 74LS47 decoder chip designed with 10-band digital dynamic display four circuits. Common use of the keyboard module reset single switch, make 4 * 4 matrix keyboard, using dynamic scanning button to read the external action, so that the design of reliable, with Sun plus AT89S52 microcontroller, can easily achieve the keystrokes. In addition, the design can achieve the current 0-2A and a ± 10mA and ± 1mA Step two, at the same time digital display of the current input.KEY WORDS Single - chip Keyboard control D / A converter A / D conversion Decoding show目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)1.1概述 (1)1.2课题的背景和意义 (1)1.3数控直流恒流源简介 (2)1.4恒流源的应用 (2)2 数控直流电流源整体设计 (3)2.1整体结构设计与论证 (3)2.2系统原理与基本框图 (5)3 硬件电路设计 (6)3.1单片机模块的设计 (6)3.1.1 单片机的选择 (6)3.1.2 单片机最小系统组成及AT89S52介绍 (6)3.1.2.1 AT89S52单片机功能特性描述 (6)3.1.2.2 AT89S52引脚功能描述 (7)3.2D/A转换模块设计 (11)3.2.1 D/A转换方案 (11)3.2.2 12位串行D/A转换芯片MAX538介绍 (11)3.2.2.1 性能特点 (11)3.2.2.2 主要参数 (12)3.2.2.3 内部结构 (12)3.2.2.4 引脚结构 (12)3.2.2.5 输入接口 (13)3.2.3 D/A转换模块电路 (14)3.3V/I转换模块设计 (14)3.3.1 V/I转换方案 (14)3.3.2 V/I转换电路 (15)3.4A/D转换模块设计 (17)3.4.1 A/D转换方案 (17)3.4.2 12位串行A/D转换芯片MAX197介绍 (18)3.4.2.1 MAX197的特性 (18)3.4.2.2 MAX197的结构 (18)3.4.3 A/D转换模块电路 (20)3.5显示模块设计 (21)3.5.1 显示电路方案 (21)3.5.2 译码器74LS47简要介绍 (21)3.5.3 LED显示器的工作原理 (23)3.5.4 显示模块电路 (25)3.6键盘模块设计 (26)3.6.1 键盘电路方案选择 (26)3.6.2 键盘模块的电路 (26)3.7电源模块设计 (28)3.7.1 稳压电路电源方案 (28)3.7.2 电源原理 (28)3.7.3 LM7805、LM7812简要介绍 (28)3.7.4 电源模块电路 (29)4 软件设计 (30)总结 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)1绪论1.1概述随着科学技术的迅速发展，人们对物质需求也越来越来高，特别是一些高新技术产品。
浅谈数控直流电流源的设计与实现
浅谈数控直流电流源的设计与实现
在电子设备中经常用到稳定性好、精度高、输出可预置的直流电流源。
本文设计的数控直流电流源能够很好地降低因元器件老化、温漂等原因造成的输出误差，输出电流在20mA～2000mA可调，输出电流可预置、具有“+”、“-”步进调整、输出电流信号可直接显示和语音提示等功能。
硬件电路采用凌阳单片机SPCE061A为控制核心，利用闭环控制原理，加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环，在软件方面主要利用PID算法来实现对输出电流的精确控制。
该系统可靠性高、体积小、操作简单方便、人机界面友好。
系统硬件实现方案
本设计采用单片机作为主要控制部件，通过键盘预置输出电流值并采用液晶模块实时显示。
整个系统硬件部分由微控制器、电压-电流转换、键盘、显示、直流稳压电源和语音提示等模块组成。
系统组成框图如图1所示。
图1 数控直流电流源的基本模块方框图
微控制器是整个系统的核心，负责整个系统的运作。
为了实现简化硬件电路、系统性能稳定可靠，便于实现语音播报、键盘设置和信息的实时显示等功能的协调，通过多种方案论证后，微控制器选用凌阳公司的SPCE061A，该单片机内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCD-Driver等电路(与IC型号有关)。
它采用精简指令集(RISC)，指令周期均以CPU时钟数为单位。
另外，它还兼有DSP功能，内置16位硬件乘法器和加法器，并配备有DSP拥有的特殊指令，大大加速了各种算法的运行速度。
同时可以在。
数控直流电流源的设计
《关于单片机数控直流的电流源设计》要：本文介绍了基于单片机的数控直流电流源设计方案，给出了硬件组成及软件系统。
本系统以单片机AT89S52为核心部件，由键盘、显示、D/A及A/D转换，V/I转换、功率放大等模块组成。
采用负反馈闭环控制系统，单片机实时将预置值和实测值进行比较、调整控制，提高了电流源的输出精度。
所设计的数控直流电流源采用PID算法实现了量程可选、输出可调、步进精确、纹波电流极小的功能，而且可将输出电流预置值、实测值在LED上同时显示。
经实验证明具有较高的控制精度。
关键词：单片机，电流源，数控，Ｖ/Ｉ变换0引言低纹波、高精度稳定直流电流源是一种非常重要的特种电源，在现代科学研究和工业生产中得到了越来越广泛的应用。
普通电流源往往是用电位器进行调节，输出电流值无法实现精确步进。
有些电流源虽能实现数控但输出电流值往往比较小，且所设定的输出电流值是否准确不经测试无法知道等等[1,2]。
为此，结合单片机技术及Ｖ/Ｉ变换电路，采用反馈调整控制方案设计制作了一种新型的基于单片机高精度数控直流电流源。
它可实现以下功能：（1）具有多个量程,用户可根据实际需要选定。
(2)输出电流值可精确预置,最小步进为1ｍＡ，最大输出电流2000ｍＡ。
(3)纹波电流极小，小于0.1ｍＡ。
(4)LED可同时显示预置电流值、实测电流值及当前量程档，便于用户操作及进行误差分析。
1 硬件系统设计根据数控直流电流源的要求，由于要求有较大的输出电流范围和较精确的步进要求以及较小的纹波电流，所以不适合采用简单的恒流源电路FET和恒流二极管，亦不适合采用开关电源的开关恒流源，否则难以达到输出范围和精度以及纹波的要求[3]。
根据系统要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，控制D/A的输入从而控制电流值的方法。
系统的原理框图如图1所示。
图1 系统的原理框图1.1 数控部分设计（1）89S52单片机基本系统：数控部分的核心采用89S 52。
数控直流电流源设计
摘要：本次主要任务是使用Proteus、Multisim、PSPICE、TINA-TI、Matlab等电路仿真软件，设计仿真一个简易数控恒流源电路方案以微控制器为核心，设计一数字式直流电流控制系统，实现了可控的恒电流源．系统以89c52单片机为控制核心，通过12位D/A MAX5822控制输出电流、12位A/D MAX1241对输出电流进行检测，利用电流串连负反馈特性采用OP07和达林顿管组成的恒流源，实现一种宽范围、高精度、低纹波、带负载能力强的直流电源。
此外，该电流源可以通过键盘进行预置调整设定值，且输出通过LCD显示。
本次仿真所用的软件主要是Proteus与Multisim。
关键词：数控直流电流源 89C52 MAX5822 MAX1241 仿真目录1.设计任务与要求 (2)1.设计任务与要求 (3)1.1任务 (3)1.2要求 (3)2. 方案论证与比较 (4)2.1. 数控模块 (4)2.2.恒流源电路模块 (4)3 系统硬件组成及各部分的原理分析 (5)3.1数控电流输出及测量模块 (5)3.1.1数控电流输出 (5)3.1.2 测量电流输出 (6)3.2键盘与显示电路 (7)3.3恒流源电路 (7)3.4供电电路 (9)4 系统软件设计 (9)4.1软件的结构 (9)4.1软件流程图 (10)5电路各部分的仿真结果 (11)5.1显示和按键控制电路仿真 (11)5.2 DA转换仿真 (11)5.3 AD转换仿真 (12)5.4恒流源电路仿真 (13)6设计总结 (14)7附录 (15)1.设计任务与要求1.1任务设计并制作数控直流电流源。
输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V1.2要求用仿真软件对电路进行设计并仿真，使其满足以下要求：1、基本要求（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。
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课程设计任务书
一、设计题目：数控直流电流源的设计与制作
二、主要内容及要求
1．功能与主要技术指标
（1）输出电流：0∽1A步进可调，调整步距4mA；误差≤0.1mA
（2）输入电压：12V；
（3）显示：输出电压值用LED数码管显示；
（4）电流调整：由“+”、“-”两按键分别控制输出电流的步进增减；
（5）输出电流预置：输出电流可预置在0∽1A之间的任意一个值；
（6）其它：自制电路工作所需的直流稳压电源，输入电压为±12V，+5V；
三、进度安排
任务设计2012年3月12日—2012年3月16日
练习制作2012年3月19日—2012年3月23日
数控直流电流源设计与制作
一、设计任务和技术要求
1、设计一个数控直流电流源
2、输出电流0～1A，手动步进4mA增、减可调，误差不大于0.1mA；
3、负载供电电压＋12V，负载等效阻值10欧姆；
4、电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性；
二、总体设计方案原理及结构框图
数控直流电流源共有六部分组成，其中输出电流的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电流精确到0.1A以手动控制可逆计数器分别作加，减计数；控制数字量为8位二进制码：00000000～11111111增、减变化。
可逆计数器的二进制数字输出分两路运行，一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电流值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路）；数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电流，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电流。
图2-1电路结构原理框图
三、部分模块原理及结构图
1、74LS193芯片
74LS193具有同步可逆计数功能、异步清零功能、异步并行置
数和保持功能。
与
是为74LS193级联时使用的。
级联时只要把低位的端、端分别与高位的CP U、CP D连接起来，各芯片的CR 端连接在一起, 端连接在一起，就可以了。
图3-1 74LS193引脚排列图和逻辑功能示意图CR异步清零端，高电平有效；
异步置数，低电平有效；
CPU加法计数脉冲输入端，上升沿触发；
CPD减法计数脉冲输入端，上升沿触发；
进位脉冲输出端；
BO CO
BO
CO
LD
LD
CO
借位脉冲输出端。
2、D/A 转换控制单元电路
工作原理：数模转换电路采用一个DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路。
由于DAC0832不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器相配，才构成完整的D/A 转换器，低位DAC 输出的模拟量经过9：1分流器分流后与高位DAC 输出模拟量相加后送入运放，具体实现由900欧姆和100欧姆的电阻相并联分流实现。
运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用的是低噪声的NE5534芯片。
DAC0832 芯片主要功能引脚的名称和作用如下：
图3-2 D/A 转换控制单元
DI7~DI0：8 位二进制数据输入端； ILE ：输入锁存允许，高电平有效 CS ：片选信号，低电平有效
WR1，WR2：写选通信号，低电平有效 XFER ：转移控制信号，低电平有效 Rf ：内接反馈电阻，Rf=15KΩ； IOUT1，IOUT2：输出端，其中 IOUT1 和运放反相输入相连，IOUT2 和运放同相输入端相连并接地端。
Vcc ：电源电压，Vcc 的范围为+5V~+15V ； Vref ：参考电压，范围在-10V~+10V;
BO
GND：接地端。
当ILE=1,CS=0,WR=0，输入数据d7~d0 存入8 位输入寄存器中，当WR2=0，XFER=0 时，输入寄存器中所存内容进入8 位DAC 寄存器并进行D/A 转换。
当DAC0832 外接运放A 构成D/A 转换电路时，电路输出量V0 和输入d7~d0 的关系式为：
3、电压-电流转换驱动单元
工作原理：由D/A转换控制单元经过死去校正输出的电压，通过A6放大器、N沟道管、电容、电阻处理转换成稳定直流电流。
图3-3 电压-电流转换驱动单元
4、克服死去校正电压单元
工作原理：D/A转换控制输出的电压进入克服死去校正单元，通过滑动变阻器和电阻从而进行控制模拟量，再经过放大器对这个模拟电压进行放大，以实现克服死去电压校正。
图3-4 克服死去校正电压单元
5、加减计数器
工作原理：此部分电路主要用两个按钮开关作为输出电压增和减的调整键，与可逆计数器的加计数CPU时钟输入端和减计数CPD 时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块74LS193芯片级联而成。
图3-5 加减计数器
四、电路系统参数计算公式
U0=-(R13/R P2*U i+R13/R11*U RP1) U0=-(V i1+V i2)
I d=I d0*(U gs/V gs(th)-1)2
I=12/R9+R P1+R11
U0=I*U i/R P1+12/ R9+R P1+R11五、系统电路原理总图
图5-1系统电路原理总图
六、元器件清单
七、调试、测试用仪器设备清单。