浅谈数控直流电流源的设计与实现

第２２卷第３期　２０ｌ０年９月　浙江水利水电专科学校学报　Ｊ．Ｚｈ￣ｉａｎｇ　Ｗａｔ．Ｃｏｎｓ＆Ｈｙｄｒ．Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｖｏ１．２２　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２０１０　

基于单片机ＳＰＣＥ０６１　Ａ数控直流电流源的设计　

徐柳娟，杨启尧　

（浙江水利水电专科学校，浙江杭州　３１００１８）　

摘要：采用单片机ＳＰＣＥ０６１Ａ为控制核心，实现０到２Ａ数控可调直流恒流源．电流测量采用康锰铜电阻丝作为精　密取样电阻，利用Ａ／Ｄ输入１：７进行电流检测和监控．输出电流控制采用单片机的Ｄ／Ａ口输出模拟量；恒流部分的　

控制端采用闭环反馈控制形式，受控部分采用达林顿管进行扩流、采用ＬＣＤ点阵图液晶显示屏实时显示．该电流源　可用于污水泵站的仪表中．　

关键字：ＳＰＣＥＯ６１Ａ；数控可调；直流恒流源；Ａ／Ｄ；Ｄ／Ａ　中图分类号：ＴＭ１３１．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—５３６Ｘ（２０１０）０３—００６１—０３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｏｕｒｃｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＳＰＣＥ０６１Ａ　

ＸＵ　Ｌｉｕ—ｊｕａｎ，ＹＡＮＧ　Ｑｉ—ｒａｏ　（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｊｇｉｔａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＳＰＣＥ０６１Ａ，ｃａｒｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｆｒｏｍ　０Ａ　ｔｏ　２Ａ．　Ｔｈｅ　ｍａｎｇａｎｅｓｅ　ｃｏｐｐｅｒ　ｗｉｒｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｅ　Ａ／Ｄ　ｉｎｐｕｔ　ｐｏｒｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｅｌＭ７一　ｒｅｎｔ　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　Ｄ／Ａ　ｏｕｔｐｕｔ　ｐｏｒｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｉｅｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｇｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｌｏｏｐ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｅｎｌａｒｇｅｄ　ｂｙ　Ｄａｒｉｎｇｔｏｎ　ｔｕｂｅ，ｗｉｔｈ　ＬＣＤ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｄｉｓｐｌａｙ．Ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｗｉｄｅｌｙ　

电子系统设计创新与实践实习报告

——数控直流电流源制作

学院： 信息科学与工程学院

班级： 通信工程09-1

姓名：

学号：

指导老师：

摘 要

此次实习我的选题为数控直流源的设计与制作，我们小组在参考传统电流源以及普通数控电流源的基础上，在充分考虑性价比的同时提高数控电流源的准确性，再通过软件控制来实现数控直流源的工作。

本系统主要由直流电流源和单片机控制系统两部分组成。直流电流源采用连续调整型恒流源，电源电路分为四个模块电路：比较放大器、MOS型调整管、采样电阻和负载。根据题目要求，我们采用的是8位A/D转换芯片ADC0832，8位D/A转换芯片DAC0832，通过AT89C52单片机控制系统进行校正，同时它还负责键盘输入和LCD显示功能，人机界面友好。

关键字：直流源、AT89C52、DAC0832、ADC0832、LCD1602

一、数控电流源简介

所谓恒流源就是输出电流极其稳定不随负载变化。为了保证电流不变，输出电压必须始终符合V=I*R。即负载需要多大电压，恒流源就必须输出多大电压，“无条件”予以满足。负反馈的作用就是“使之稳定”。通过时刻“检查”控制对象的状态，并进行调整。发现小了，就设法使之增大，发现大了，就设法使之减小。形象地说，电流负反馈电路则是采样输出电流，计算误差，据此调节自身状态，使输出电流稳定，因而，输出特性接近恒流源。

随着电子技术的不断进步，对电子仪器的要求也不断提高。电源作为电路的动力源泉更是扮演着越来越重要的角色，然而传统的电流源不论是在控制精度还是输出特性上都无法满足要求。再者单片机技术的不断发展和D/A，A/D技术的不断成熟使得数控电源成为可能，数控电流源不论是在控制精度还是在可操作性上都有传统电源无法比拟的优势。

摘要

本文介绍了一种开环智能数控直流电流源的设计原理和实施方案，该方案采用D/A（MAX531）转换器、运算放大器等器件来控制场效应管导通状态的原理，达到了输出恒流的目的。整个系统采用AT89S52单片机作为主控部件，将预置电流值数据送入D/A转换器（MAX531），经硬件电路变换为恒定的直流输出，同时采用基本没有温度漂移的康锰铜电阻丝作为精密采样电阻。采用性能优于普通晶体管的场效应管作为恒流源的主要部件，大功率晶体管作为扩流电路的主要器件，结合三端稳压管和多层滤波使得整个系统性能提升了一个层次，从而实现了高精度恒流源的目的。系统还对输出电压进行实时采样，通过A/D转换器采样回单片机与用户给定的限压值进行比较，从而监控了输出电压。同时通过键盘的控制,实现了输出电流值和限压值可预置，可步进调整、输出的电流信号和电压信号可直接数字显示的功能，并具有输出电压实时监控限压报警并自动降低输出电流等功能。与以往的直流恒流源相比，此次所设计的恒流源具有精度高、结构简单、工作稳定、操作方便、成本低廉、带负载能力强等优点。

关键词： 恒流源 AT89S52单片机 MAX531 MAX187

Abstract This paper introduces a smart NC open-loop DC current source design

principle and the implementation of the programme, using the D / A

(MAX531) converters, op amp, and other devices to control FET on-state

principle, the output reached constant current purposes. AT89S52 the

entire system uses a single-chip microcomputer control components,

第 1 页 共 17 页 一. 数控车床可控直流电源设计

二. 设计的目的

本课程设计的任务是培养学生综合运用《电力电子学》、《模拟电子技术》和《电机学》所学知识分析、解决工程或科研实际问题的能力。其目的是巩固学生所学知识的同时，提高学生的专业素质，这对于工科学生贯彻工程思想起到十分重要的作用。

在规定时间内通过分析任务书、查阅收集资料，充分发挥主动性与创造性，在老师的指导下联系实际、掌握正确的方法，理清思路，独立完成课程设计，撰写设计说明书，其格式和字数应符合规定。根据要求设计出实际可行的电路，并计算电路中所用元器件的参数，确定其规格型号；课程设计说明书要求整洁、完备、内容正确、概念清楚、文字通畅，并绘制出相应的电路图，符合规范。

三. 设计的任务及要求

数控车床可控直流电源设计

A 原始数据：

P=7.5kW，Ued=220V，Ied=41.3A，n=1000r/min，Ra=0.65Ω，LM=7mH，λ=1.5。

B 设计内容及要求：

a) 设计整流电路主电路。

b) 设计变压器参数：U1，I1，U2，I2。

要求考虑最小控制角αmin、电网电压波动、晶闸管管压降和变压器漏抗等因素计算变压器二次相电压值，附主要计算步骤。

c) 整流元件参数的计算及选择：依据参数计算，正确选择器件型号，并附主要参数。

d) 触发电路设计及主要参数的计算，同步电压的选择。

e) 设计保护电路：正确选择电压、过流保护电路，简要说明选择依据；计算保护元件参数并选择保护元件型号。 第 2 页 共 17 页 f) 电抗器的参数设计

四.具体的计算和选择过程

〈一〉.主电路的选择

根据实验要求的原始数据，直流电机的功率P=7.5kW<10KW，根据下表，从变压器利用率、直流侧脉动情况、元件利用率、直流磁化、波形畸变及各整流电路应用场合分析，选择单相全控桥式整流电路作为本数控机床可控直流电源设计的主电路。