全国大学生电子设计竞赛设计报告

1、全国大学生电子设计竞赛设计报告全国大学生电子设计竞赛设计报告编号： f甲1004 题目：数控直流电流源学校：山东大学参赛队员姓名：杨喜超，夏驿杰，马云朋 目录 一.摘要-3abstract and keyword-3二.方案选择与论证-42.1设计要求-2.2总体设计方案-2.2.1设计思路-2.2.2控制模块的模拟电路设计方案确定-2.2.3软件仿真模拟确定方案-2.2.4人机界面-2.2.5声光报警提示-三.系统的具体设计与实现 - 3.1.系统的硬件设计-3.1.1电源部分-3.1.2键盘/显示器接口电路-3.1.3电压控制电流模块-3.1.4 d/a和a/d模块原理图-3.1.5声光报

2、警模块-3.2系统的软件设计-3.2.1主程序流程图-3.2.2预设置子菜单程序流程图-3.2.3显示输入步进子菜单流程图-3.2.4步进调节输出子菜单流程图-四.系统功能测试及其整体指标-4.1 使用的仪器仪表记录表-4.2.2步进调整档位测试记录分析-4.2.3，纹波电流的测定记录与分析- 4.2.4测试结果分析 -五.结束语-参考文献数控直流电流源摘要本系统采用spce061a 16位单片机作为控制核心的直流源，可以完全按用户要求输出相应电流值的智能数控直流源，其电流输出可以进行按照不同幅度调节。本设计采用了高共模抑制比低温漂的直流放大器op07，因其一般工作在闭环状态只要外接几个电阻即

3、可构成具有深度负反馈的放大器，故可以在反馈性恒流源电路作比较器，使其各项性能指标得到显著提高。我们采用12位d/a转换器ad767实现d/a转化得到近似线形电压，为放大器提供基准电压来控制电流放大器产生相应的电流，同时通过12位a/d转换器ad574进行电压采样，利用软件对电流进行闭环调节，以达到获取精确电流的目的。关键词：高共模抑制比集op07 闭环调节 ad767 ad574 spce061a 数控电流源abstract: this system is a numerical control direct current supply which adopts the spce061a,

4、16_bit mcu, as the control core. our intelligent works can output the requiring exact current under the users order. besides, the current output can change in different scales. the operational amplifier op07 with a high cmrr and a low temperature drift，which can make up a deep-feedback amplifier wit

5、h only several resistances，can be used as the comparator in the current producer in order to optimize our all kinds of guidelines. the mcu provides the 12_bit d/a converter ad767 with digital signals to make the signals converted into exactly linear voltages, which is used to supply the current modu

6、le a reference benchmark to produce the direct current. in the mean time, the 12_bit a/d converter ad574 pick up the voltage sample from the circuit, which is used as the measurement value displayed on the lcd screen as well as a reference. then our software will work as a regulator based on the ad

7、value (a close loop with the da output) to ensure our works to output the high accurate current. keywords: op07 with a high cmrr and a low temperature drift,close-loop adjusting, 12_bit d/a converter ad767,12_bit a/d converter ad574, spce061a(mcu),numerical control direct current supply二.方案选择与和论证 2.

8、1设计要求： 2.1.1基本要求：（1）输出电流范围：200ma2000ma；（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。2.2.2、发挥部分（1）输出电流范围为20ma2000ma，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

9、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。2.2总体设计方案2.2.1控制核心 mcu方案选择 我们的控制核心采用spce061a单片机 spce061a是继nsp系列产品spce500a等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。主要性能如下：16位nsp微处理器；工作电压：vdd为2.43.6v(cpu), vddh为2.45.5v(i/o)；cpu时钟：32768hz49.152mhz ；内置2k字sram、内置32k flash；可编程音频处理；32位通用可编程输入/输出端口；32768hz实时时钟，锁相环pll振荡器提供系统时

10、钟信号；2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位dac(数-模转换)输出通道；7通道10位电压模-数转换器(adc)和单通道语音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(agc)功能；系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2a3.6v；14个中断源：定时器a / b，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等；具备触键唤醒的功能；使用凌阳音频编码sacm_s240方式(2.4k位/秒)，能容纳210秒的语音数据； 具有低电压复位(lvr)功能和低电压监测(lvd)功能； 内置在线仿真电路接口ice（in- circuit emulator）；

11、具有保密能力；具有watchdog功能；凌阳单片机强大的功能，完全可以满足我们整个系统控制a/d，d/a转换，lcd显示，键盘驱动以及语音功能的要求。凌阳同时支持汇编与c语言，编程方式灵活，c语言用来做主体程序框架，大大减轻编程的负担。需要指出的是，语音功能是凌阳的一大特色，是其他单片机是无法比拟的。2.2.2设计思路根据题目要求系统可划分为以下几个基础模块，如图：图（1） 方案选择： 1. 电源方案 a)单片机以及相关芯片工作电源方案选择单片机需要在+5v 电压工作，我们按照题目要求，制作了电源，采用目前比较流行的稳压管技术，利用7805，7812，7912，7815，7915等稳压管，获得

12、+5v ，12v ，15v ，完全可以满足单片机以及相应芯片的电压要求。b)压控电流源功率电源方案选择由于电流源的最大电流需要达到2a ，估算一下功率要达到30w 以 所以我们选用功率大的变压器（需要改进） 2.电流源模块方案选择（）1)采用稳压管和可调变阻器组成恒流源。稳压管用来提供基准电压，通过人工调节变阻器来获得合适电流。公式为lw r r ui +=该方案特点是：结构简单，易于实现。但是从公式可以看出，其输出电流与负载有关系，在使用过程中，需要 不断调节变阻来获得合适的电流，负载一旦改变，就需要重新进行调节，所以使用起来很不方便。显然，如果想对这种方案进行只能控制只能对电阻进行编程，软

13、件实现起来比较困难。 2） 使用三极管和一些电阻搭建直流电流源，如右图：负载电流为ew l r u i 7.0-=，其中w u 为稳压管的电压。由公式可知，电流只与e r 有关，不随负载变化而变化。通过改变电阻e r 的阻值获得相应的电流，同方案（1）线性改变电流值不容易实现。另外，由于三极管本身的恒流特性容易受到外界因素的影响，比如温度，单独做电流源，不能长期保持稳定工作状态。3) 利用场效应管，构建恒流源。电阻s r 为电流的主要决定因素。s r 与场效应管构成反馈回路，可以输出比较稳定的电流可以根据以下两个公式s gs ir u -=和2)()|1(off gs gs dds u u i

14、 i -=（为漏电流为夹断电压dds i gs u ）可以计算出电流。通过改变s r 来电流，所以不适合用来做数控电流源。4) 使用运放和一些电阻来搭建电流源。集成运放的一些基本运算电路可以产生电流，如图，并且可以通过电压0v 来改变输出电流l i ，单片机可以使用da 芯片对其进行控制。但是其有一个很大的缺点，能够 产生的电流比较小，不能完成题目的大电流的要求。 5） 我们考虑到4）方案在数控方面具有可行性，决定对其电路进行改进。由于运放输出电流比较小，我们需要做的是增大电流输出，在运放输出口串接大功率三极管，对电流进行放大。另外，采用双反馈来屏蔽负载电阻对电流的影响。具体方案如下文论述。 2.2.2控制模块的模拟电路设计方案