数控恒流源系统设计样本

毕业设计题目：学院名称：班级：学生姓名：学号：指引教师：教师职称：20年06月13

一：概述1.1选题背景和意义电源为保障系统安全性与稳定性都起到有至关重要作用，本篇咱们重要研究恒流源。而恒流电源由于它体积特别小、损耗相对低、而效率较高、尚有它简洁电路都比较受欢迎，在咱们平时用计算机设备、通信设备，仪器仪表上面，尚有航空航天上面通信设备等都需要恒流源系统。近年来电子信息产业是发展相称快，恒流电源也更多被运用到咱们生活中，因而，对恒流电源研究就显得更故意义以及价值。数控恒流源技术是一种对实践性规定很高工程技术，它存在与各个行业中，咱们在寻常会经常看到。电源技术还和电气电子、控制理论等某些其他科学领域互相交叉融合，增进了当前信息技术和电源技术发展。这也预示着在系统上面对电源技术规定更高。普通电源系统在工作时候容易产生误差，这样会对整个系统精准度产生影响，更严重是会带来诸多严重后果。世界各国为理解决这个问题便对电源产品制定了不同规定和一系列产品精度原则，只要达到规定达到原则后才可以进入市场。经济全球化发展让电源产品流通更加以便，但是必要满足国际原则才可以有通行证。数控电源发展比较晚，从八十年代才开始，那个时候电力电子理论就开始建立。电力电子理论为此后电源产品发展奠定了较好理论基本，随之，数控电流源技术得到了迅速蓬勃发展。但是市场上诸多产品还是输出精度低，带负载能力较差，体积相对大等缺陷。固然这也给了数控电流源发展指明方向就是不断完善上面缺陷局限性。数控直流电流源对精度规定会越来越高。单片机，新控制理论，这些都为精准数控电源发展提供基本。从构成上，数控电流源分为器件、主电路和控制电路三某些。在这个课题中咱们重要分析是基于单片机数控直流恒流源系统设计，电源是可以向负载提供恒定电流。由于恒流电源在寻常生活中应用范畴比较广泛，在诸多地方都是不可缺少。例如咱们平时用充电器给蓄电池充电时候，当蓄电池端电压逐渐升高时候，充电电流就会慢慢减少。咱们保证以电流不变充电，这时候就必要随时提高充电器输出电压，这样劳动强度和生产效率都会大打折扣，但是如果咱们当前采用恒流源输电呢，就可以完全弥补其局限性。当咱们对电阻器阻值测量和分级时候，只要电流越稳定，那么咱们就能使测量越精确。它还可以给放大电路提供偏流，或者作为有源负载等等。因此在差动放大电路中咱们会经常看到它应用。1.2国内外研究现状、发展动态现状：在咱们国家，咱们电源技术以电力电子技术作为核心，从二十世纪六十年代就开始形成，在几十年发展中，对系统效率规定更高和对功耗规定更低尚有通信设备技术更新这些都推动了国内电源行业中直流/直流转换器迈向更高灵活性与智能化，电源产业也因而得到了迅速发展。在电源产业规模迅速发展同步，国家自然科学基金也提供较大协助和以推动不断创新，使国内电力电子技术发展从吸取消化和普通跟踪发展从而迈向前沿跟踪和基本创新，咱们国家也生产中了电源产业某些难度较大和国际先进水平相比某些产品以及较多具备代表性研究成果以及产品。咱们国家做出了诸多努力来增进电源行业发展。虽然发展迅速但是国内电源产业和世界上某些发达额国家做比较，咱们就会发现其实还是存在较大差距呢。随着技术进步与发展，人们对数控恒定电流器件需求越来越高。曾经恒流源器件正在被迅速发展恒流源系统所代替。体积更小、精度更高、稳定性更好是将来恒流源发展方向与拽求。由于咱们研究分析恒流源系统设计构成是很有现实意义。相对与老式智能电源模块，数字化智能电源模块减少了生产过程中不拟定因素和人为参加环节从而减少了误差弥补了老式电源模块局限性，从而使电源模块中更加可靠、更具备智能化和产品一致性，这样极大提高了生产效率和生产产品可维护性。二：总体方案设计2.1设计任务输入交流电压200～240V，50Hz；输出直流电压≤6.5V。1、输出电流范畴：0.04A～9.83A；2、可设立并显示输出电流给定值，规定输出电流与给定值偏差绝对值≤0.05；3、运用proteus软件对整体电路进行仿真验证。

2.2设计思路设计思路是:这个系统是485总线控制数控恒流源系统，涉及各种数控恒流源电压和电流监控及控制。以单片机为主控制器，电脑输入信号后，由转换装置将Rs232接线转为Rs485总线。Rs485接线分别接模版一，模块二等模块。单片机接受到485传数字信号，通过D/A转换输出模仿量，控制信号变化。上位机PC端对恒流源进行实时监控，通过单片机PIC16F877AA/D输入端接口，实时把模仿量转化为数字量，再经单片机分析解决反映给上位机，在上位机上通过数字量形式呈现出来，从而构成稳定恒流源。2.3总体方案设计在系统总设计方案里面，咱们会用到有单片机PIC16F877a模块，D/A转换模块。，V/I转换等，最后拟定系统框图如图2.1所示：：图2.1系统框图此方案采用电脑控制变化输入信号办法来变化电流大小。运用DAC0832在单片机程序控制下提供可变基准电压，电压通过V/I转换电路，压控恒流源系统最后得到电流通过单片机PIC16F877AA/D转换接口将输出电流反馈至单片机进行比较，调节DAC0832输入电压，从而达到数控目。

三：硬件模块设计系统成功与否很大限度上在与硬件模块设计，咱们分别分析如下模块3.1稳压电源电路设计 这个系统中有单片机PIC16F877a，DAC0832，OP07等这些器件都需要稳压电源。但由于咱们是在运用Proteus仿真，因此对于此模块咱们可以用软件自带励磁电压代替。3.2恒流源电路设计恒流源设计咱们采用运放和场效应管压控恒流源。这个电路较简朴，稳定性较高。电路由光耦合三极管，运算放大器OP07、大功率场效应管IRFP150N、采样电阻R1等构成。输入模仿信号通过光耦合三极管会输入一定电压值，在这个电路中，调节管采用大功率场效应管IRFP150N工作于饱和区时，漏电流Id近似可以看作电压U10控制电流，而场效应管漏极电流和源极电流近似相等，因此可以看作为是珊极电压控制着源极电流变化，通过测量采样电阻R1两端电压值就可以断定是达到了恒流效果。电路如图3.1所示：图3.1压控恒流源原理图3.3采样电压、电流电路设计在该电路中，采用OP07求差电路测量负载两端电压值输出模仿信号U8，输出模仿信号再经OP07放大电路使输出电压变为（R14+R13）/R13倍电压，然后再将模仿信号连接单片机PIC16F877A模仿信号接口RA0端，同步再将值返回给输入信号做比较。如下图3.1所示：图3.1负载电流、电压测量电路3.4D/A和A/D转换器模块单片机与外部数据连接分别由A/D模块和D/A模块，因此这两个模块选取与使用非常重要。3.4.1.D/A转换器D/A转换器可以将从单片机输入数字信号转化为容易比较直观测量模仿信号。DAC0832与微解决器兼容，并且是8辨别率D/A转换集成芯片。接口简朴，价格较低这些都是它长处。DAC0832广泛应用在单片机系统中。8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路共同构成D/A转换器。如下图3.2所示：图3.2D/A转换器图D0～D7引脚是8位数据输入线，TTL电平（5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”），在本系统中，这8个引脚作为单片机信号输入线；ILE引脚：高电平有效，数据锁存容许控制信号输入线，在本系统中与单片机RA2引脚连接；CS引脚：片选信号输入线，在本系统中做接地解决，低电平有效；WR1：这个是数据锁存器写选通输入线。在本系统中ILE、CS、WR1均做接地解决；XFER：数据传播控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应不不大于500ns）有效；WR2：这个引脚是DAC寄存器选通输入线，负脉冲有效。在本系统中将WR2、XFER做接地解决。IOUT1：电流1输出端，其值随DAC寄存器内容变化而线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：这个引脚是反馈信号输入线，变化Rfb端外接电阻值可调节转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc范畴为+5V～+15V；*VREF：基准电压输入线，VREF范畴为-10V～+10V；*AGND：模仿信号地；*DGND：数字信号地。3.4.2A/D转换器由于咱们用是单片机PIC16F877A，而此单片机上面有RA0,RA1等模仿信号输入端，因而咱们不需要再用其她A/D转换模块。3.4.3D/A与单片机连接电路在这个电路中，单片机RD8个引脚全接D/A08328个串行并行输入口，给VCC施加5V电压，CS，WR1，GND均做接地解决。ILE引脚接单片机RA2引脚作为单片机参照电压输出。整体D/A0832与单片机PIC16F877A连接电路如下图3.3所示。图3.3D/A与单片机图3.5PIC16F877A控制模块在恒流源系统设计中，咱们本次选用功能强大PIC16F877A单片机作为控制器。3.5.1PIC16F877A重要功能简朴简介P\o"IC（integratedcircuit）集成电路"IC16F877A\o"就是一种微型电脑，麻雀虽小，五脏俱全"单片机它功能比较齐全。它有33个I/O引脚，A有6个，B有8个，C有8个，D有8个，E有三个引脚。它内部功能可以做A/D转换器、模仿比较器，带比较和捕获功能定期器／计数器等等。它每个引脚基本均有2到三个功能。在这个本次设计中，咱们会用到它A/D转换功能，实用性比较高。在这次设计中咱们重要用到PIC16F877A系统配备引脚有：VDD：正电源端。VSS：接地端。OSCI/CLKIN：时钟振荡器晶体连接端1／外部时钟源输入端。OSC2/CLKOUT：时钟振荡器晶体连接端2外部时钟源输出端。主复位引脚.MCLRNPP：人工复位输入端（低电平有效）／编程电压输入端。RA0到RA3，RE1，RE2：模仿信号输入端。RD0到RD7：并行口与其他微解决器连接端口。RC6,RC7：分别作为串行通信发送和接受数据端口。RC4，RC5：分别作为SPI数据输入，输出。除此晶振CLOCK=4MHZ。3.5.2PIC16F877A与485总线连接电路RS485传播距离比较远，从几米大至几千米，它抑制共模干扰能力特别强，与232比较，485串口通讯可以一对多，在本次设计中，一种上位机可以发信号给各种下位机进行控制，而上位机与下位机之间通讯就是通过485线连接。其中上位机通过485总线与单片机进行连接原理如图3.4所示：图3.4D/A转换器与485连接图 3.6输出电流测试图样咱们需要软件有peotues,虚拟串口助手。将程序文献写入单片机，然后将虚拟串口导入到peotues软件内。然后开始仿真运营。这时候可以看到整个电图处在工作状态。在虚拟串口中按照485通讯格式输入字符串AA41000455。点击执行可以看到单片机系统显示6.96A电流。变化输入字符串输出电流也会变化它们误差大概在0.03左右。如下图：未输入字符串之前：输入字符串：输入字符串之后显示电流值：3.7上位机测试在上位机页面，左边显示是电流设立值，是输入电流信号。右边显示是实时变化显示输出电流。由于咱们所选D/A转换器为0832，其精度达不到，会产生某些误差，导致输入与输出值有稍微偏差。如下图：如果咱们输入电流值是5A，上位机页面所得到图样为：电路图纸上面显示电流为：当变化外界电阻RVI大小时候。就会对输出电流信号产生影响，上位机会实时采集显示输出电流变化值。四：软件设计数控核心某些就是软件设计了，是决定与否实现恒流源重要因素，在本篇设计中，咱们采用C语言编程设计，运用mplabide软件进行编译。4.1程序阐明软件某些需要解决重要难点是上位机输入预置电流值转换为误差放大器高精度基准电压，并跟踪显示。在本次设计中咱们采用C语言,对PIC16F877A进行编程以实现各种功能。软件实现功能是：1.电流给定值设立2.测量输出电流值3.控制DAC0832工作编程是个复杂环节，不断仿真研究后，详细程序见附录二。4.2程序流程图软件总体流程图如下图4.1所示。图4.1软件总体流程图合同为0X01为本机地址，0X41为修改电流功能，背面两个字节为电流设定值。最后以0X55为一帧结尾。按照流程图思路编程，程序运用mplabide软件进行编译，在符合规定后写入单片机不断进行仿真调试，直至达到设计规定。总结本次毕业设计是对数控恒流源系统设计研究，选用是上位机，下位机两大模块共同构建而成。其中最重要就是下位机中单片机模块，DA模块，压控恒流源模块选用。在本次设计中还是遇到了不小困难。查阅网上资料时候比较零散繁琐，诸多专业术语还都理解不了。在指引教师协助下才逐渐熟悉了正个电路构建与功能应用。在上位机设计和软件设计上面都遇到了很大困难，让作为本科毕业生我明显感到自己所具备知识欠缺。本次毕业设计，使得我对数控恒流源系统有了更加深刻结识，对其原理更加清晰。固然，在做毕业设计过程中也明白了自身局限性之处，也学到了诸多东西，涉及对Proteus使用和对文献资料查阅有了一定提高，我相信这也将对我即将踏出校园进入工作岗位有很大协助。致谢通过这次毕业设计让我学到了诸多东西，写论文资料要靠自己从图书馆和网上进行查阅，较好锻炼了我自学以及收集信息能力。在这里，我更应当感谢我导师徐峰教师，一位特别亲切指引教师，一路陪我走来，当我有问题时候，都会认真详细为我指引，有些问题甚至将了好多遍，直到我听懂为止。在和同窗们交流中我也学到了诸多知识。在跨出校门进入工作岗位后，我会更加努力学习，以便获得更大进步。

TOC参考文献[1]李广弟，朱月秀，冷祖祁.。单片机基本。[2]马忠梅，籍顺心，张凯，马岩。单片机C语言应用程序设计。[3]清华大学电子学教研组,阎石（主编）。数字电子技术基本。[4]邱关源（原著），罗先觉（修订）。电路分析。[5]曾波．数控恒流源[J]．电子世界，第九期。[6]骆震波.直流数控电流源设计与实现。[7]今日电子,电源增刊，．111～113。全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛试题。附录：//-----------------------------------------------------------------//名称：MODBUS总线通信仿真(从机程序)//-----------------------------------------------------------------//阐明：本例运营时,从机接受主机命令,然后将执行再把数据通过485回发给主机.////-----------------------------------------------------------------#define_XTAL_FREQ4000000#defineINT8Uunsignedchar#defineINT16Uunsignedint#defineINT32Uunsignedlong#include<pic.h>#include<stdio.h>//__CONFIG(HS&WDTDIS&PWRTEN&BOREN&LVPDIS&DUNPROT&WRTEN&DEBUGEN&UNPROTECT);//__CONFIG(HS&WDTDIS&PWRTEN&BOREN&LVPDIS&DPROT&WP3&DEBUGDIS&PROTECT);//__CONFIG(HS&WDTDIS&PWRTEN&BOREN&LVPDIS&DUNPROT&WP3&DEBUGDIS&PROTECT);__CONFIG(FOSC_HS&WDTE_OFF&PWRTE_OFF&BOREN_ON&LVP_OFF&CPD_OFF&WRT_OFF&DEBUG_ON&CP_OFF);volatileINT8Urecv_Data[5];//={10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20}；//串口接受数据缓冲区(11字节)volatileINT8UDATA[2];//={21,22,23,24,25,26,27,28}；//采集信号数据和接受进行比对volatileINT8Urecv_idx=0；//串口接受数据缓冲区索引volatileINT8UCMD=0；//测试/*上位机命令：规定从机返回有关数据自定义命令码(范畴65~66),65表达设立电路,66表达采集*/volatileINT16Ucount=0,test=0；//时间TIMER0定期1秒不够，要count补充，当count>3662时超过一分钟//count=15时表达1秒//volatileINT16Ucount1=0,count2=0;staticINT8UCRC=0x55；//8位CRC校验码//-----------------------------------------------------------------//#defineCLRWDT()asm("clrwdt")//#defineLED_RecvRB6//主机接受批示灯//#defineLED_SendRB7//主机发送批示灯#defineRDE_485RC5//RS485通信控制端高位容许发送/低位容许接受#definesl_Addr1//定义485从机地址，可依照规定修改，每个芯片不同样//19200波特率每字符时间为：1/19200*(1+8+2)≈572us//帧间：3.5个字符时间为：572*(3.5+1)≈2574us//字节间：1.5个字符时间为：572*(1.5+1)≈1430us#defineFRAME_SPAN2574//相临帧之间间隔时间#defineBYTE_SPAN1430//帧内字节之间间隔时间bitF_T1，T_BYTE，T_FRAME，Recv_OK;//有关标记位#definedelayus(x)\{\ INT16Ui；\ for(i=0;i<x;i++)；\}//-----------------------------------------------------------------//宏定义：发送一字节并等待发送结束//-----------------------------------------------------------------#defineSend_Byte(x)\{\RDE_485=1；\TXREG=x；while(TRMT==0)；\asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP")；\asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP")；\asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP")；\}//-----------------------------------------------------------------//宏定义：设立TIMER1定期初值并设有关标志位//-----------------------------------------------------------------#defineSet_TIMER1(x)\{\TMR1H=(65536-x)>>8；\TMR1L=(65536-x)&0x0F；\TMR1IF=T_BYTE=T_FRAME=0；\F_T1=(x==FRAME_SPAN)?1：0；\if(F_T1)recv_idx=0；\}externvoidProcess_User();//-----------------------------------------------------------------//延时定义用延时程序15=1s//-----------------------------------------------------------------voiddelay(unsignedintx){ TMR0=0;count=0;T0IF=0; 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Set_TIMER1(FRAME_SPAN); Recv_OK=0;}voidProcess_User()//自己定义程序进行有关事务解决{ INT8Ui; if(recv_Data[1]==65)//表达设立电流 { PORTD=recv_Data[3]; ADIF=0; GO_DONE=1; while(ADIF==0); //ADIF=0; DATA[0]=ADRESH; DATA[1]=ADRESL; //test=(DATA[0]<<8)|DATA[1]; Send_Byte(sl_Addr);//发送从机地址 Send_Byte(recv_Data[1]);//发送指令 for(i=0;i<2;i++) Send_Byte(DATA[i]);//发送采集数据 Send_Byte(CRC);//发送校验码 } elseif(recv_Data[1]==66)//表达数据采集 { ADIF=0; GO_DONE=1; while(ADIF==0); //ADIF=0; DATA[0]=ADRESH; DATA[1]=ADRESL; Send_Byte(sl_Addr);//发送从机地址 Send_Byte(recv_Data[1]);//发送指令 for(i=0;i<2;i++) { Send_Byte(DATA[i]);//发送采集数据 } Send_Byte(CRC);//发送校验码 }}//-----------------------------------------------------------------//主程序//-----------------------------------------------------------------voidmain(){ RA2=1; Per_Initialize()；//外设初始化RA2=1; PORTE=PORTE;//由于是施密特触发器while(1){//---------------------------------------------------------//如果从机接受主数据成功则继续下面解决if(Recv_OK&&recv_Data[1]==65){ GIE=0; Recv_OK=0; //数据校验时需要 if((recv_Data[0]==sl_Addr)&&(recv_Data[4]==CRC)) { RDE_485=1;//容许发送，禁止接受 RC4=0;//测试时用 //delayus(60);//延时1ms Process_User();//顾客自己解决数据可依照需求编写 RDE_485=0;//容许接受，禁止发送 RC4=1;//测试时使用 } GIE=1;//开中断 }elseif(Recv_OK&&recv_Data[1]==66){ GIE=0; 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