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基于ATMEGA128单片机数控直流电流源的设计

基于ATMEGA128单片机数控直流电流源的设计

点击数:7183 次   录入时间:03-04 11:55:02   整理:http://www.55dianzi.com   稳压-电源电路

  数控直流源是常用的直流源,它可以通过按键来实现恒定的递增或递减,也可以自己设置想要的电流数值,使用起来非常方便。在本系统中使用了一些比较流行的芯片,对电路进行了很深的研究,自行设计了几乎没有躁声的电源电路,设计的电流输出级电路,具有过流保护电路,过热保护电路,开机延时输出保护电路等优点。

  本设计使用ATMEGAl28高档8位机作为控制核心的MCU。这个单片机具有很强大的功能,它是基于AVRRISC结构的8位低功耗CMOS徵处理器,具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器,内部带有l28B的系统内可编程FLASH程序存储器,4KB的EEPROM,4KB的SRAM,53个通用I/0端口绂等功能的高性能单片机。D/A输出电压控制输出电流在OmA到4000mA之间调节,并保持稳定。D/A我们选用了TCL7528,选择这个D/A的原因是:它是个双路D/A转换器,可以利用这个特点设计个加法器,以此来完成1mA的步进。
  
  设计方法:让D/A的A路参考电压设定为0,25V,B路的参考电压设定为4V,当A路的电压达到0.25V,也就是到了256个步进。让B路数值为16,因为这个时候正好是0.25V,保持电压值。然后让A路归0。重新从0加到256,然后依次往下,直到4V。我们设计了一个加法器来完成。

  1、硬件电路设计介绍
  
  其原理框图如下图电源部分;

数控直流电流源方框图

  由于本系统要求输出的电流较大,且属于两级放大结构,因此电源的设计就显得十分重要。其原理图如下图。


  
  本电源采用200W环型变压器对市电进行降压,通过D1、D3整流后分别为电流输出级(双25V)和电压合成级(双15V)供电。
  
  对于电流输出级,整流后就只进行了简单的电容滤波处理,为了得到小的纹波系数以及提高整机电流建立时间所用电容容量较大,此处特使用了电容并联而没有直接使用容量较大的电容以减小由于元件分布参数带来的不利影响。
  
  电压合成级由于工作在小信号放大状态,所以特别容易受到电源纹波的影响,所以除了使用了独立子电流输出级电源的供电系统以及由LM7815/LM7915组成的稳压外,还特别为LM7815/LM7915增加了由运放U6构成的深度反馈伺服电路从而获得了极其稳定的直流特性。
  
  D/A转换部分:下图。


  
  D/A我们选用了TCL7528,选择这个D/A的原因是:
  
  TLC7528是个双路D/A转换器,可以当作两个D/A来使用,

  另外它还可以直接以电流形式输出转换后的结果,具有很多其它D/A没有的优点。我们可以利用这个特点设计个加法器,以此来完成我们的1mA电流的步进。

  电压合成级:下图
  
  由高精度运算放大器OPO7构成的加法器是整个电压合成级的核心,通过对D/A两路的电压进行不同倍数的放大(20:1)之后相加得到驱动电流输出级的电压信号。
  
  电流输出级:下图
  
  本级承担电流的输出工作,由LM3886低频功率放大器工作在电流负反馈状态来完成电压合成级输出的电压到电流的转换。LM3886可工作于直流状态,白带过流、过热、开机延时输出保护电路,且其所具有的大电流特性是其他运放所没有的,因此用其来制作电流输出级能够大幅度降低系统复杂程度,以及提高系统稳定性,安全性。

 



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PORTB=Ox0O;
DDRDI=Ox03;
set_w;
Set_a;
C1_W;
PORTB=Ox33;
set_w;
set_b;
cl_W;
PORTB=Ox33;
set_w;
while(1)
{;}

程序流程图

  测试结果分析
  
  1.该系统使用软件补偿以后,有效地减小了误差,达到了很好的控制效果。测量误差可以限制在lOrnA以内。
  
  2.电流源最低值可以达到OmA,最高到4000mA,
  
  3.纹波电流几乎不存在,完全满足了设计要求。
  
  4.测试得到一些数据,见下表。

实际值 20mA 290mA 388mA 502mA 600mA 702mA llllmA l910mA 2012nnA 2888mA 3500mA 3800mA 4000mA 预设值 l9mA 294mA 386mA 500mA 600mA 700mA lllOmA l908mA 2011mA 2883mA 3498mA 3803mA 4002mA


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