电子设计竞赛论文

i2005年“索尼杯”全国大学生电子设计竞赛论文题目：高精度数控恒流源2005年9月ii摘要恒流电源是为特殊用电器提供稳定电流的重要仪器。本课题设计并实现了一台高精度的数控直流电流源。该电流源由恒流源、供电电源、数控系统三个部分组成。恒流源主调整器采用了LM350，并由超低噪声运算放大器AD797和OP07、高性能锰铜采样电阻等器件构成负反馈电路实现了对电流的精确控制；供电电源采用LM350、LM337、LM7805作为主稳压器，为整机提供了稳定的直流供电；控制系统以89S52单片机为核心，高精度12位A/D芯片AD1674实现采样输入，12位D/A芯片DAC1230产生控制输出，实现了输出电流的实时精确设定和检测。系统还设置了串口通讯功能。经测试，输出电流范围达10～2010mA，控制及测量精度优于（0.1％＋1mA），输出纹波及噪声小于60uArms，均优于题目指标。论文阐明了软硬件设计依据，给出了系统功能和性能测试结果，并附录了详细的设计资料。关键词:恒流源集成运放步进调整单片机数控系统串口通讯iiiABSTRACTTheconstantcurrentsourceistheimportantinstrumentwhichstabilizestheelectriccurrentforthespecialelectricapparatus.Thissubjecthasdesignedandrealizedsuchahigh-accuracydigitalcontroldirectcurrentsource.Thisconstantcurrentsourceisflowedthreepartsinthesource,powersupplypower,anddigitalcontrolsystempermanentlyandmadeup.ThemainadjusterofsourceflowspermanentlytoadoptLM350,samplebyultralowinnoiseoperationamplifierAD797andOP07,high-performancemanganesecopperresistancedeviceisitshoulderfeedbackcircuitrealizetheaccuratecontroloftheelectriccurrenttoform;SupplypowerpartadoptLM350,LM337,LM7805asthemainvoltagestabilizer,supplypowerafterofferingtocompletemachinesteadydirectcurrent;Isitregard89S52one-chipcomputerascorepartlytocontrol,highaccuracy12A/DchipAD1674isitsampleintroductiontorealize,chipDAC1230of12D/Asproducedandcontrolledexporting,hasrealizedexportingtheestablishingandmeasuringreal-timeandaccuratelyofelectriccurrent.Serialcommunicationfunctionhasbeenalsosetup.Exporttheelectriccurrentrangeandreach10-2010mA,controlandmeasuretheprecisionandissmallerthanthroughtesting(0.1%ofthe+1mA),outputthelineandinvolvethenoiseandissmallerthan100uA,issuperiortotheindexofthetopic.Thethesisexpoundsthedesignconsiderationsofsoftwareandhardware;providethesystematicfunctionandperformancetestresult,andthedetaileddesignmaterialsofappendix.KeywordsTheConstantCurrentSource;OperationalAmplifier;Step-Adjusting;DigitalControllingSystem;MCU；SerialCommunicationiv目录第1章方案论证与原理设计.....................................................................11.1恒流源方案.......................................................................................................11.2供电电源方案...................................................................................................21.3控制系统方案...................................................................................................21.4整机方案框图...................................................................................................2第2章电路设计与参数论证.....................................................................32.1恒流源主电路...................................................................................................32.2供电电源...........................................................................................................52.3数控电路...........................................................................................................7第3章系统功能与软件设计.....................................................................93.1系统功能分析...................................................................................................93.2软件设计结构.................................................................................................10第4章功能及性能测试...........................................................................144.1测试条件.........................................................................................................144.2整机调试.........................................................................................................144.3系统功能测试.................................................................................................144.4性能参数测试.................................................................................................15第5章设计总结及技术展望...................................................................17参考资料.........................................................................................................18附录.................................................................................................................18附录一原理电路图....................................................................................................18附录二元器件清单18附录三单片机程序181数控直流电流源是输出为稳定直流电流、并可用数控方式调节和稳定输出电流的电源设备，在对工作电流稳定度、纹波电流大小等有较高要求的领域具有广泛的应用，如：电镀，精密加工，激光器等。为此我们选择了数控直流电流源作为此次竞赛的课题。第1章方案论证与原理设计1.1恒流源方案恒流源是数控直流电流源的核心部分，是决定各项设计指标的关键性因素。1.1.1方案选择常见的恒流源电路方案有：脉冲调宽式、线性负反馈方式。方案一、脉冲调宽式恒流源方案一、脉冲调宽式恒流源方案一、脉冲调宽式恒流源方案一、脉冲调宽式恒流源脉冲调宽式（开关式）恒流源目前广泛应用于空间技术，计算机，通讯，家电等电器中。开关电源的调整器工作在开关状态，功率损耗小，效率高，可达70﹪～90﹪，比较经济。但纹波电流大，辐射干扰强，恒流精度低，不易满足本题要求。方案二、线性负反馈恒流源方案二、线性负反馈恒流源方案二、线性负反馈恒流源方案二、线性负反馈恒流源线性负反馈式恒流源具有失真小，稳定度高，纹波小等特点，但功率损耗大，效率较低，主要应用于高精度场合。线性负反馈恒流源的实现方法有分立元件和集成电路。分立元件稳流电路有二极管、三极管和电子管稳流等几种形式，但此种恒流电路的器件选择需要根据输入输出的电压、电流和负载来确定，电路调试复杂；集成电路恒流源可由三端稳压器或运放构成，电路结构简单，性能稳定。但由三端集成稳压芯片和电阻构成的恒流源精度稍差，达不到本题指标，因此由集成运放构成的线性负反馈恒流源将成为本体首选方案。1.1.2参数优化设计由于本题要求的输出电流精度高，纹波小。因此我们必须考虑保证这些质量参数的优化方案。纹波与噪声控制纹波与噪声控制纹波与噪声控制纹波与噪声控制最大纹波电流是在设定的直流电流的情况下，使电流的纹波(包过噪声)的绝对值大小，通常以峰－峰值或有效值表示。所以在设计时充分考虑这些因素，在电路中必要部分加入多种降噪滤波措施。2提高温度稳定性提高温度稳定性提高温度稳定性提高温度稳定性环境温度的变化影响器件参数的变化，从而引起恒流源输出电流的变化，这就是温度漂移。