编号:(试行)兰州交通大学大学生创新性实验项目申请书项目名称:基于DDS高性能交流数控电流源的设计申报人:邓彬所在院系:电子与信息工程学院联系电话:15117008094电子邮箱:dengxbin@126.com指导教师:梁龙学申请实验室:电子与科学技术实验室申报日期:2011.7.8实验室管理处制项目简况项目名称基于DDS高性能能数控电流源设计项目类别A、学术论文、社会调查类;B、全国、省级竞赛(决赛)类;C√、科学实验和科技制作、科研类;D、其他类。申请资助经费4000元项目起止时间2011.7—2013.5.项目申请人姓名邓彬性别男民族汉出生年月1990.06专业年级电子科学与技术电话15117008094前一学期综合测评名次13QQ号517439517指导教师个人简历姓名性别民族职称出生年月研究方向梁龙学男汉副教授1965.09电子技术及其应用主要科学研究工作简历时间项目名称获奖情况项目组主要成员姓名性别出生年月专业年级所在学院项目分工分工签字邓彬男1990.06电子09电信学院总体负责刘光智男1990.02电子09电信学院电路焊接毛万霖男1990.11电子09电信学院电路调试马婷女1990.05电子09电信学院资料整理田勇男1990.08电子09电信学院软件编程项目内容概要(限200字以内)基于DDS及DSP技术设计了一款高性能数控交流电流源。首先通过DSP控制DDS芯片产生一幅度、相位及频率均可调的正弦交流电压信号;然后利用滤波芯片对DDS输出信号进行低通滤波以改善波形;再通过V/I电压变换电路将交流电压转换为电流即可得到交流恒流源;为了进一步得到大电流输出信号,加入了扩流电路及程控增益放大器,并采用过流保护、散热等措施。所设计的电流源性能稳定可靠,性价比高。项目的目的和意义数控直流电源在工业生产及人们日常生活中已得到广泛的研究与应用,技术研究已经非常成熟,而数控交流电源人们研究的还比较少。交流恒流源在精密测量行业扮有极其重要的角色,在集成电路设计及测试中占有极其重要的地位。随着科学技术的发展,其在科研领域和工业生产中的应用价值越来越受到重视,恒流源、交流恒流源主要应用于低压电器行业各种断路器、热继电器、电机启动器等低压电器产品的延时热脱扣试验中进行校验和测试。目前市场上数控交流恒流源不仅种类少,而且技术落后,已经不能满足科研生产的需求。为此,设计和开发出一种高性能数控交流电源有着重要的意义。国内外本项目的研究状况目前电源主要是稳定电源,而稳定电源分为稳压电源和稳流电源。稳压电源目前在生活中广泛应用,稳流电源在科学研究和精密仪器工业生产中占有极其重要的地位,而稳流电源又分为交流电流源与直流恒流源,直流恒电源已得到广泛的研究与应用,技术比较成熟,而数控交流电源人们研究较少。近年来,由于采用了微电子技术与计算机技术,因此,国外检测技术达到了新的水平,主要体现在:(1)微电子的发展,使高速数据采集系统性能参数大大提高,如;DDS芯片采样频率可达到200MHz。(2)计算机硬件和软件的迅速发展给快速过程测量及复杂实验数据的处理创造了便利条件。反观国内,由于研发投入少,设备老化,软硬件开发能力差等原因拉大了与国外的差距。项目的创新点1、采用了基于DDS及DSP的现代集成器件,电路的结构得到了简化,电路的性能也大大地提高;2、频率可调,步进值可精确至1Hz;3、输出范围宽为1Hz~120MHz;4、输出电流幅度可调,步进值可精确至0.1mA;5、增加了扩流电路,使得最大交流输出电流的有效值可达10A;6、相位可调,步进值可精确至0.09°;7、软件采用模块化设计,便于编程、升级与维护。项目的详细内容、研究方案(研究方法、技术路线)高性能数控交流恒流源设计框图如下图所示,主要由DDS、DSP、LPF、V/I及扩流电流电路等组成。1、以DSP为控制中心,通过SPI总线将控制字写入DDS芯片AD9850,使其产生预期频率的正弦交流电压信号。AD9850是AD公司生产的一款易编程、低功耗的波形发生器。它主要有DDS单元、10位D/A和串行接口组成,能输出方波、正弦波、三角波3种波形。其操作简单,功耗小。2、正弦波信号经过低通滤波器(LPF)后得到纯净的正弦波信号。因为,DDS输出的模拟信号必须经过低通滤波器以滤除附加在较低频率信号上的高频数字伪信号。本设计中的LPF采用LYC1560-1滤波器,其不需要外部元件即可构成高性能的截止频率为500kHz或1MHz的LPF。3、得到的纯净正弦波交流信号经过改进型Howland电流泵电路进行V/I变换后,最终输出具有极高输出阻抗的正弦恒流源信号。4、再将信号进一步通过扩流电路的放大,就能得到稳定可用的电流源。5、采样电路对输出的流源电路进行采样,并通过模数转换(D/A)将输出电源信息送入单片机,单片机驱动液晶显示屏并将在显示屏上显示预置电源信息与实时输出电源信息。并且比较预置值与输出值,自动计算出精确度,并通过软件将自动调整达到预期值。单片机采用ATM公司的AT89S52,AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器,完全满足此方案的需求。DDSLPFV/I变换扩流电路DSPLCD单片机采样电路IOfAφ高性能数控交流恒流源设计框图实验用主要仪器设备:稳压电源1台交流毫伏表1台双踪示波器1台DSP开发板1块数字万用表1块频率计1台频谱分析仪1台研究计划及预期成果主要研究阶段(起止时间)阶段预期成果成果形式前期2011.8-2012.6了解该创新项目的原理和实现方法确定整体设计方案画出总体框图和各单元的具体电路图中期2012.7-2012.12完成各单元电路的调试和软件的编写完成硬件焊接与调试;完成软件仿真与软件编程后期2013.1-2013.5完成电路的总体调试与软件的完善进行综合调试;制作出样品;撰写论文最终研究成果最终成果名称最终成果形式基于DDS的正弦波交流恒流源专利、论文、实物序号预算项目预算金额(元)备注1DDS芯片265AD8950×32低通滤波器134LTC15603基本元器件2000AD芯片、单片机、最小系统板、电路板、电阻、电容等4液晶显示器164LCD128645DSP128955096其他800调研、资料、以及其他电子元器件合计4652指导教师意见本组学生提出了先基于DDS及DPS技术,产生一频率、相位及幅度均可精确程控的正弦交流电压信号,然后通过LPF改善波形质量,再经过V/I变换,得到一正弦交流电流信号(即交流电流源),最后通过扩流电路得到大的交流电流输出信号。该程控交流电流源设计方案不仅新颖,有很强的创新性,而且论证充分,可实施性强。该项目难度较大,综合性强,而且整个项目的技术性能非常优良,可实现输出电流频率、幅度等的精确步进调节。因此,建议学校给予大力支持。指导教师签名:年月日学生所在学院意见:学院院长签名:年月日校专家组意见:专家组签名:年月日专家组成员专家姓名职称签字实验室管理处意见负责人签名:年月日