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摘要：本设计采用 ………作为直流恒流源的控制、显示和输出电流检测核心，实现了............。系统的显示部分采用128×64点阵式液晶显示屏实时显示设定电流值和实测电流值；输出电流控制………；电流测量采用基本没有温度漂移的康锰铜电阻丝作为精密取样电阻，……… A/D输入口进行电流检测和监控。电源部分采用大功率变压器供电，多级电容滤除纹波干扰；电源输出采用分离元件实现稳压，并且利用稳压管和LM358运放进行稳压和过流保护，以满足后级功率需求。关键字：电源、一、 方案论证如题目要求，系统主要由控制器模块、电源模块、电流源模块、负载模块及键盘显示模块构成，下面分别论证这几个模块的选择。1、 控制模块的选择方案方案一：采用AT89C51单片机进行控制。本设计需要使用的软件资源比较简单，只需要完成数控部分、键盘输入以及显示输出功能。采用AT89C51进行控制比较简单，但是51单片机资源有限，控制输入输出，需要外接8279之类的芯片进行I/O扩展。 方案二：采用………….单片机进行控制。………….单片机具有……。经综合考虑和分析，本设计采用方案二更能满足设计要求。2、 电源模块的选择方案由于该题要求输出……方案一：采用三端稳压集成电路一般的三端稳压集成块稳压效果较好，但难以达到2A以上的大电流输出，为了满足本题需要可以采用多块稳压集成块并联的方式来扩流。这种电路理论上输出电流能力为各块集成块输出最大电流的和。要达到比较好的稳压效果，要求并联的各稳压块参数尽量接近。在应用中发现，当电流接近理论值时，稳压效果急剧变差，这是由于器件的不一致性所造成的。因此，要取得好的稳压效果，理论输出最大电流值要大于所需电流值，这必然造成器件的浪费，且器件的选择还必须参数尽量接近。方案二：采用全桥整流加电容滤波电路该电路广泛应用于一些要求不太高的电流直流电源中，其驱动能力和后级的滤波电容有关，该电路显著的特点就是能够比较好的满足电流的瞬态相应，而如果负载要求持续的大电流输出，该电路将无能为力。方案三：采用三端稳压集成电路外接扩流管这种电路既利用了稳压集成块优秀的稳压性能，又能够有一定的电流输出，在一些高精度的线性稳压电源中被广泛采用，其基本电路图如图1.1所示。采用三端稳压集成电路LM7812驱动达林顿管TIP127，该管最大集电极电流为8A，仿真时当电流为3A左右时，纹波电压仅为几十uV，有着非常优异的性能。经综合考虑和分析，本设计采用方案……更能满足设计要求。3、电流源模块的选择方案方案一：由晶体管构成镜像恒流源该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。另一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为200～2000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 方案二：由运算放大器构成恒流电路运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路，输出电流同样只能达到几十毫安，远远不能满足设计要求，因此必须加上扩流电路。方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。采用高精度运算放大器OP07，更能增加其准确的性能；采用达林顿管TP127进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。鉴于上面分析，本设计采用方案三。4、显示模块的选择方案方案一：采用LED数码管显示。由于要求显示设定值和测量值，需要显示的值比较多。采用LED数码管需要用动态扫描，占用资源比较多。整个显示界面显得不太友好。方案二：采用LCD液晶显示器显示。采用128×64点阵LCD液晶显示，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，调用方便简单，而且可以节省了软件中断资源。其缺点在于显示内容需要存储字模信息，需要一定存储空间。由于作为控制器的单片机SPCE061A有32K字的Flash，有足够的存储空间，存储字模数据绰绰有余。……………………………二、 硬件设计根据题目要求和以上论证，本设计的系统框图如图………所示，主控制器与各外围模块的硬件连接图如图…………….所示。 系统的硬件部分主要包括三大部分：恒流源电路、电流测量电路和单片机控制电路。（1）电源电路的硬件设计在本系统中，要求输出2A的大电流，而且对纹波的要求很高，电源部分的电路图如图2.3所示。50Hz交流220V电压经过变压器，输出约±20V交流电压，经过全桥进行整流，通过电容滤波，100nF、1.0uF用于滤除电源中的高频交流成分。采用三端稳压集成电路LM7812驱动达林顿管TIP127，使电源输出电流能达到2A以上，以满足电流源的需要。 图 2.3 电源部分电路利用Multisim 8对图2.1电源电路进行仿真。当正负两路电源输出负载为5Ω时，分别用虚拟万用表测量正负两路电源的输出电压（即图2.3的节点11和节点6），以及通过负载的电流，得到结果如2.4所示。正端电源输出电压为11.84V，流经负载电流为2.368A；负端电源输出电压为-11.869V，流经负载电流为2.374A。正负两路输出功率均能达到20W，满足电流源最大电流2A，最高电压10V的输出功率要求。 图 2.4 正负电源负载端电压电流仿真结果（2）数控电路的设计（5）键盘电路的设计在本系统中，键盘主要用于设定电流源的输出电流值。为了操作更方便，采用了1×8按键，连接到SPCE061A单片机IOA的高8位，采用直接检测电平的方法检测按键。其中使用了5个按键，按键面板如图2.8所示。设定键用于正常状态和设定状态之间的切换。左右键用于设定状态下，设定位置的选择；上下键用于改变设定位的值。调节范围为0～2A，步进1mA。 图2.8 键盘面板图（6）显示电路的设计本系统采用128×64 LCD液晶点阵显示。8位数据线分别连接到SPCE061A的IOB高8位，并且利用IOB3～IOB7作为控制线。正常状态下显示面板图如图2.9所示。当设定电流和负载电阻的配合使负载两端电压值超过题目要求的10V最大电压时，将会输出警告信息，此时显示面板输出图如图2.10所示。 图2.9 正常状态下显示面板图 图 2.10 报警状态下显示面板图三、 软件设计1）主程序流程图软件的主程序流程如图2.11所示。主程序不断检测是否有按键输入，如果有按键，则进行相应的键值处理，根据按键改变设定的电流值，实现数控输入。再根据设定值，对应改变显示内容和DAC输出的控制电压。当设定电流值为正的时候，通过………..的I/O口控制两个模拟开关的导通与截止。四、 电路测试五、 结论本系统以凌阳十六位单片机………芯片为核心控制器件，控制液晶显示，键盘输入，恒流输出设定和电流输出检测等各个部分。数控恒流源可以在输出口电压不超过10伏的情况下输出-2A到2A的恒定电流，具有输出准确，纹波少，输出稳定等特点，基本达到了竞赛题目中要求的各项任务和功能。在系统设计过程中，功率器件和控制器件隔离布线，对大功率器件进行了较好的散热处理。因为时间有限，该系统还有很多值得改进的地方：电源部分加入过载自动保护电路，以防止负载过大时的系统过载；采用12位的AD和DA对恒流源电路进行更加精确的检测和控制，因为整体硬件电路经过测试可以将输出电流精确到0.1mA；增加监测点，当输出口电压大于10伏时进行报警；增加风扇或其他更好的散热设备和温度检测设备，当恒流源连续输出大电流系统过热时，对整个系统进行充分的散热，这样也可以使输出的最高电流2A向上提升到5A以上。六、 参考文献1、 王兆安、黄俊。电力电子技术【M】.5.北京：机械工业出版社，2009.5。2、 康华光主编。电子技术基础.数字部分.5.北京：高等教育出版社，2006.1.3、 黄智伟主编。全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京：电子工业出版社，2005.1