1.4 本论文的主要任务

本设计主要是通过单片机等微控制器来控制模拟电路参数,为了完成设计任务,故本课题对设计人员有如下要求:

1.充分了解数控直流恒流源的行业现状和发展趋势;

2.研究分析相关新旧技术,研究其理论基础和构成原理,掌握此设计实现方法;

3.研究分析此设计的技术资料实现电流的预置、控制和采样显示;

4.能够通过软件模拟仿真设计和调试,并能够分析结果。

2 设计方案

2.1 总体设计方案分析

2.1.1 传统电流源的设计方案

电源作为常用的实验仪器,在电子领域有着非常广泛地运用。传统电流源的控制部分一般采用模拟电路,即用电位器对基准电压源进行分压,再进行电压-电流转化,其电路设计简单,制造成本低廉。该电路原理框图如图2.1所示:

传统电流源方案

图2.1传统电流源方案

从框图不难发现传统的电流源方案有着非常明显的缺点:

第一,输出电流无法精确掌握。早期的电流源输出电流仅仅靠标在电位器或者指针表的读数,不仅读取不方便,而且读数误差也比较大。虽然现在有些模拟电流源也使用了数字电流表作为电流显示,提高了其精确性,但是在可操作性方面依然存在着不足。

第二,用电位器产生参考电位的方法是不对的。在电子元器件中,电位器是最容易产生噪声的,对干扰最为敏感,而且在使用一段时间以后,电位器作为机械元件会出现磨损,此时该电流源的输出电流将变得很不稳定,噪声也大幅度地提高,如果不更换该电位器,电流源将无法正常使用。

第三,传统的电流源方案电路一旦确定,更改的余地非常小,升级性能差,几乎不存在什么升级的可能。

2.1.2 数控直流恒流源的设计方案

随着单片机的日益成熟,其稳定性得到不断提高,使得数控电流源成为可能。从原理图来看,数控电流源和传统电流源是相似,不同的是数控电流源是由单片机控制的D/A转换器提供参考电压,取代了传统电流源的电位器,使得电流源不仅是在控制精度上还是在使用寿命上都有很大的进步。此外,单片机还具有可编程性,可以进行更为复杂的控制,如输出特定的波形、电脑通讯、智能化控制等

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