數(shù)控直流恒流源

1、數(shù)控直流恒流源2005年電子大賽二等獎(jiǎng)文章來源：凌陽科技教育推廣中心 作者：浙江大學(xué) 陳智德 徐進(jìn) 陶晶 發(fā)布時(shí)間：2006-6-28 17:56:34 摘要：本設(shè)計(jì)采用凌陽十六位單片機(jī)SPCE061A作為直流恒流源的控制、顯示和輸出電流檢測(cè)核心，實(shí)現(xiàn)了-2A到2A數(shù)控可調(diào)直流恒流源。系統(tǒng)的顯示部分采用12864點(diǎn)陣式液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示設(shè)定電流值和實(shí)測(cè)電流值；輸出電流控制采用SPCE061A單片機(jī)的D/A口輸出模擬量；電流測(cè)量采用基本沒有溫度漂移的康錳銅電阻絲作為精密取樣電阻，利用SPCE061A的A/D輸入口進(jìn)行電流檢測(cè)和監(jiān)控。硬件電路恒流部分的控制端采用多個(gè)精密運(yùn)算放大器OP07接成閉環(huán)反

2、饋控制形式，受控部分采用達(dá)林頓管進(jìn)行擴(kuò)流、精確輸出設(shè)定電流。電源部分采用大功率變壓器供電，多級(jí)電容濾除紋波干擾；電源輸出采用三端穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，并且利用大功率達(dá)林頓管進(jìn)行擴(kuò)流以滿足后級(jí)功率需求。關(guān)鍵字：SPCE061A恒流源一、方案論證如題目要求，系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、電流源模塊、負(fù)載模塊及鍵盤顯示模塊構(gòu)成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。1、控制模塊的選擇方案方案一：采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)需要使用的軟件資源比較簡(jiǎn)單，只需要完成數(shù)控部分、鍵盤輸入以及顯示輸出功能。采用AT89C51進(jìn)行控制比較簡(jiǎn)單，但是51單片機(jī)資源有限，控制輸入輸出，需要外接8279之類的芯片進(jìn)行

3、I/O擴(kuò)展。方案二：采用SPCE061A單片機(jī)進(jìn)行控制。SPCE061A凌陽單片機(jī)具有強(qiáng)大功能的16位微控制器，它內(nèi)部集成7路10位ADC和2通道10位DAC，可以直接用于電流測(cè)量時(shí)的數(shù)據(jù)采集，以及數(shù)字控制輸出；I/O口資源豐富，可以直接完成對(duì)鍵盤輸入和顯示輸出的控制；存儲(chǔ)空間大，能配合LCD液晶顯示的字模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。采用SPCE061A單片機(jī)，能將相當(dāng)一部分外圍器件結(jié)合到一起，使用方便，抗干擾性能提高。鑒于上面分析，本設(shè)計(jì)采用方案二。2、電源模塊的選擇方案由于該題要求輸出最大電流達(dá)2A，輸出最大電壓達(dá)到10V，且紋波電流要求很小，因此對(duì)電源的要求比較高，尤其體現(xiàn)在電源的功率和紋波電壓的要求。方

4、案一：采用全橋整流加電容濾波電路該電源為正負(fù)對(duì)稱輸出，實(shí)際輸出電壓為正負(fù)20V左右，100nF、1.0uF用于濾除電源中的高頻交流成分。為了滿足大電流要求，后級(jí)濾波電容選用了10000uF。這種電路廣泛應(yīng)用于一些要求不太高的電流直流電源中，其驅(qū)動(dòng)能力和后級(jí)的濾波電容有關(guān)，該電路顯著的特點(diǎn)就是能夠比較好的滿足電流的瞬態(tài)相應(yīng)，而如果負(fù)載要求持續(xù)的大電流輸出，該電路將無能為力。方案二：采用三端穩(wěn)壓集成電路一般的三端穩(wěn)壓集成塊穩(wěn)壓效果較好，但難以達(dá)到2A以上的大電流輸出，為了滿足本題需要可以采用多塊穩(wěn)壓集成塊并聯(lián)的方式來擴(kuò)流。這種電路理論上輸出電流能力為各塊集成塊輸出最大電流的和。要達(dá)到比較好的穩(wěn)壓效

5、果，要求并聯(lián)的各穩(wěn)壓塊參數(shù)盡量接近。在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流接近理論值時(shí)，穩(wěn)壓效果急劇變差，這是由于器件的不一致性所造成的。因此，要取得好的穩(wěn)壓效果，理論輸出最大電流值要大于所需電流值，這必然造成器件的浪費(fèi)，且器件的選擇還必須參數(shù)盡量接近。方案三：采用三端穩(wěn)壓集成電路外接擴(kuò)流管這種電路既利用了穩(wěn)壓集成塊優(yōu)秀的穩(wěn)壓性能，又能夠有一定的電流輸出，在一些高精度的線性穩(wěn)壓電源中被廣泛采用，其基本電路圖如圖1.1所示。采用三端穩(wěn)壓集成電路LM7812驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管TIP127，該管最大集電極電流為8A，仿真時(shí)當(dāng)電流為3A左右時(shí)，紋波電壓僅為幾十uV，有著非常優(yōu)異的性能。鑒于上面分析，本設(shè)計(jì)采用方案三。圖 1.

6、1 加入三端穩(wěn)壓電路和擴(kuò)流管的電源電路3、電流源模塊的選擇方案方案一：由晶體管構(gòu)成鏡像恒流源該電路的缺點(diǎn)之一在于電流的測(cè)量精度受到兩個(gè)晶體管的匹配程度影響，其中涉及到比較復(fù)雜的工藝參數(shù)。另一缺點(diǎn)在于，集電極最大輸出電流約為幾百毫安，而題目要求輸出電流為2002000mA，因此由晶體管構(gòu)成的恒流源不適合采用。方案二：由運(yùn)算放大器構(gòu)成恒流電路運(yùn)算放大器構(gòu)成的恒流電路擺脫了晶體管恒流電路受限于工藝參數(shù)的缺點(diǎn)。但是只由運(yùn)放構(gòu)成的恒流電路，輸出電流同樣只能達(dá)到幾十毫安，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此必須加上擴(kuò)流電路。方案三：由運(yùn)算放大器加上擴(kuò)流管構(gòu)成恒流電路采用運(yùn)算放大器加上擴(kuò)流管構(gòu)成恒流電路，既能利用運(yùn)算

7、放大器準(zhǔn)確的特性，輸出又能達(dá)到要求。采用高精度運(yùn)算放大器OP07，更能增加其準(zhǔn)確的性能；采用達(dá)林頓管TP127進(jìn)行擴(kuò)流，具有很大的擴(kuò)流能力，兩者結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)比較精確的恒流電路。鑒于上面分析，本設(shè)計(jì)采用方案三。4、電流取樣電阻的選擇方案產(chǎn)生電流可以采用在電阻兩端加電壓的方法，測(cè)量電流一般采用的方法是測(cè)量電流流經(jīng)電阻兩端的電壓進(jìn)行間接計(jì)算得到的。因此在產(chǎn)生電流或者測(cè)量電流值時(shí)，取樣電阻的選擇非常重要。方案一：采用普通電阻。在電流比較小的情況下，普通的1/4W或者1/8W的電阻可以被用作電流測(cè)量，但是本題需要測(cè)量的是電流源的輸出電流，最大需要達(dá)到2A。因此即使是比較小的電阻，如1電阻，通過2A電流

8、時(shí)功率也已經(jīng)達(dá)到4W，大大超過普通電阻的額定功率，電阻將被燒斷。因此在本系統(tǒng)中，測(cè)量電流的取樣電阻不能使用普通電阻。方案二：采用大功率電阻。為了滿足流過大電流的要求，可以采用大功率電阻，如1/10W的電阻，通過2A電流時(shí)一定不會(huì)被燒斷。但是此時(shí)流過的大電流將會(huì)使電阻大量發(fā)熱，導(dǎo)致電阻溫度急劇上升。一般的大功率電阻在溫度很高時(shí)，將產(chǎn)生比較嚴(yán)重的阻值溫度漂移。在產(chǎn)生電流的情況下，由于電壓值與實(shí)際的電流值并非一一對(duì)應(yīng)，將產(chǎn)生錯(cuò)誤的電流；在測(cè)量電流的情況下，測(cè)量電流也會(huì)隨著阻值的溫度漂移而產(chǎn)生嚴(yán)重的變化，將產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差。因此用于這些情況下的取樣電阻也不能使用溫度漂移嚴(yán)重的普通大功率電阻。方案三：

9、采用康錳銅電阻絲?？靛i銅電阻絲是電流測(cè)量中很常用取樣電阻，其特點(diǎn)在于溫度漂移量非常小。經(jīng)過測(cè)試，在1的康錳銅電阻絲上通過約2A電流，由于產(chǎn)生的熱量引起的升溫，只會(huì)引起0.02左右的阻值變化，對(duì)電流的穩(wěn)定起了很重要的作用。另一方面，1的康錳銅電阻絲約長1m，由于和外界接觸面積大，即使通過大電流也能很快的散熱，進(jìn)一步的減小溫度漂移帶來的影響。鑒于上面分析，本設(shè)計(jì)采用方案三。5、顯示模塊的選擇方案方案一：采用LED數(shù)碼管顯示。由于要求顯示設(shè)定值和測(cè)量值，需要顯示的值比較多。采用LED數(shù)碼管需要用動(dòng)態(tài)掃描，占用資源比較多。整個(gè)顯示界面顯得不太友好。方案二：采用LCD液晶顯示器顯示。采用12864點(diǎn)陣L

10、CD液晶顯示，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)用方便簡(jiǎn)單，而且可以節(jié)省了軟件中斷資源。其缺點(diǎn)在于顯示內(nèi)容需要存儲(chǔ)字模信息，需要一定存儲(chǔ)空間。由于作為控制器的單片機(jī)SPCE061A有32K字的Flash，有足夠的存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)字模數(shù)據(jù)綽綽有余。鑒于上面分析，本設(shè)計(jì)采用方案三。二、詳細(xì)軟硬件設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求和以上論證，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示，主控制器與各外圍模塊的硬件連接圖如圖2.2所示。系統(tǒng)工作過程如下：自制電源為電源電路，提供給各模塊；SPCE061A單片機(jī)通過檢測(cè)鍵盤輸入，經(jīng)過運(yùn)算相應(yīng)改變10位DAC的輸出值，控制電流源電路輸出的電流值；電流源輸出經(jīng)過負(fù)載取出電壓值，由SPC

11、E061A單片機(jī)的10位ADC進(jìn)行采樣測(cè)量；最后通過LCD液晶顯示出設(shè)定值和測(cè)量值。圖 2.1 系統(tǒng)總體框圖圖 2.2 系統(tǒng)硬件連接圖1、硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件部分主要包括三大部分：恒流源電路、電流測(cè)量電路和單片機(jī)控制電路。恒流源電路包括電源電路、恒流源電路以及SPCE061A單片機(jī)10位DAC的輸出電路。電流測(cè)量電路包括電壓采樣電路和SPCE061A單片機(jī)10位ADC輸入前的電平轉(zhuǎn)換電路。單片機(jī)控制電路包括SPCE061A單片機(jī)、鍵盤電路和顯示電路。下面詳細(xì)介紹各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)。 （1）電源電路的硬件設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，要求輸出2A的大電流，而且對(duì)紋波的要求很高，電源部分的電路圖如圖2.3所示。

12、50Hz交流220V電壓經(jīng)過變壓器，輸出約20V交流電壓，經(jīng)過全橋進(jìn)行整流，通過電容濾波，100nF、1.0uF用于濾除電源中的高頻交流成分。采用三端穩(wěn)壓集成電路LM7812驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管TIP127，使電源輸出電流能達(dá)到2A以上，以滿足電流源的需要。圖 2.3 電源部分電路利用Multisim 8對(duì)圖2.1電源電路進(jìn)行仿真。當(dāng)正負(fù)兩路電源輸出負(fù)載為5時(shí)，分別用虛擬萬用表測(cè)量正負(fù)兩路電源的輸出電壓（即圖2.3的節(jié)點(diǎn)11和節(jié)點(diǎn)6），以及通過負(fù)載的電流，得到結(jié)果如2.4所示。正端電源輸出電壓為11.84V，流經(jīng)負(fù)載電流為2.368A；負(fù)端電源輸出電壓為-11.869V，流經(jīng)負(fù)載電流為2.374A。正

13、負(fù)兩路輸出功率均能達(dá)到20W，滿足電流源最大電流2A，最高電壓10V的輸出功率要求。圖 2.4 正負(fù)電源負(fù)載端電壓電流仿真結(jié)果（2）數(shù)控電路的設(shè)計(jì)數(shù)控部分主要利用SPCE061A單片機(jī)的10位DAC實(shí)現(xiàn)。SACE061A的DAC是電流型DAC，需要對(duì)地接電阻以得到電壓控制量。對(duì)地接電位器，調(diào)節(jié)得到02V電壓。分別線性對(duì)應(yīng)成-2A2A的電流。再經(jīng)過一個(gè)電壓跟隨器進(jìn)行隔離，取出控制恒流源的控制電壓值。該部分電路如圖2.5所示。圖 2.5 數(shù)控電壓的產(chǎn)生（3）恒流源電路的設(shè)計(jì)恒流源電路如圖2.6所示。其中，運(yùn)算放大器U3是一個(gè)反相加法器，一路輸入為控制信號(hào)V1，另一路輸入為運(yùn)放U1的輸出反饋，R8是

14、U3的反饋電阻。針對(duì)運(yùn)算放大器輸出電流小的不足，該電路加了擴(kuò)流電路。采用達(dá)林頓管TIP122和TIP127組成推挽式電路，兩管輪流導(dǎo)通。U2是電壓跟隨器，輸入阻抗高，基本沒有分流，因此流經(jīng)R2的電流全部流入負(fù)載RL。U1是反相放大器，取R14R11時(shí)，放大倍數(shù)為-1，即構(gòu)成反相器。圖 2.6 恒流源部分電路若U3的輸入電壓為Vin，根據(jù)疊加原理，有由U2的電壓跟隨特性和U1的反相特性，有代入得到即流經(jīng)R7的電流完全由輸入控制電壓Vin決定由于U2的輸入端不取電流，流經(jīng)負(fù)載RL的電流完全由輸入控制電壓Vin決定，實(shí)現(xiàn)了壓控直流電流源的功能。由于R7中流過的電流就是恒流源的輸出電流，按照題目要求，

15、輸出的直流電流需要達(dá)到2A，這里采用康錳銅電阻絲作為電阻R7。（4）電流測(cè)量采樣電路的設(shè)計(jì)如前所述，恒流源的輸出電流值完全由圖2.6中的康錳銅電阻絲R7決定的，可以通過測(cè)量康錳銅電阻絲的兩端電壓來測(cè)量恒流源的輸出電流。圖2.7完成的是對(duì)康錳銅電阻絲兩端電壓的提取和轉(zhuǎn)換功能。圖中R1即為康錳銅電阻絲。V1為正電流流入點(diǎn)，V2為正電流流出點(diǎn)。U1和U3兩個(gè)運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器，分別提取出V1和V2兩點(diǎn)的電壓值，由于電壓跟隨器輸入阻抗很高，基本不取電流，因此不會(huì)影響恒流源的輸出值。電壓V2經(jīng)過U3的同相跟隨和U4的反相，得到的電壓值為-V2。V1和-V2兩路電壓接入反相加法器U2，輸出電壓為由于

16、恒流源的輸出電流范圍為2A，V1-V2的差值是正負(fù)對(duì)稱的，因此通過調(diào)整電位器Rf的值，可以將反相加法器的輸出固定在-1.5V1.5V，作為反相加法器U5的一個(gè)輸入端；從電源電路引出的12V直流信號(hào)分別通過LM7805和LM7905，將電壓穩(wěn)定在5V，然后通過電位器取出-1.5V直流電平，作為反相加法器的另外一個(gè)輸入端。則U5的輸出電壓范圍為03V，將該電平輸入到SPCE061A單片機(jī)的ADC輸入，則通過V1-V2和03V以及A/D的數(shù)字采樣之間的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以通過單片機(jī)測(cè)量出V1-V2的電壓值，從而計(jì)算出恒流源的輸出電流。圖 2.7 電流測(cè)量采樣及電平轉(zhuǎn)換電路（5）鍵盤電路的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)

17、中，鍵盤主要用于設(shè)定電流源的輸出電流值。為了操作更方便，采用了18按鍵，連接到SPCE061A單片機(jī)IOA的高8位，采用直接檢測(cè)電平的方法檢測(cè)按鍵。其中使用了5個(gè)按鍵，按鍵面板如圖2.8所示。設(shè)定鍵用于正常狀態(tài)和設(shè)定狀態(tài)之間的切換。左右鍵用于設(shè)定狀態(tài)下，設(shè)定位置的選擇；上下鍵用于改變?cè)O(shè)定位的值。調(diào)節(jié)范圍為02A，步進(jìn)1mA。圖2.8 鍵盤面板圖（6）顯示電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用12864 LCD液晶點(diǎn)陣顯示。8位數(shù)據(jù)線分別連接到SPCE061A的IOB高8位，并且利用IOB3IOB7作為控制線。正常狀態(tài)下顯示面板圖如圖2.9所示。當(dāng)設(shè)定電流和負(fù)載電阻的配合使負(fù)載兩端電壓值超過題目要求的10V最大電

18、壓時(shí)，將會(huì)輸出警告信息，此時(shí)顯示面板輸出圖如圖2.10所示。圖2.9 正常狀態(tài)下顯示面板圖圖 2.10 報(bào)警狀態(tài)下顯示面板圖2、軟件設(shè)計(jì)（1）主程序流程圖軟件的主程序流程如圖2.11所示。主程序不斷檢測(cè)是否有按鍵輸入，如果有按鍵，則進(jìn)行相應(yīng)的鍵值處理，根據(jù)按鍵改變?cè)O(shè)定的電流值，實(shí)現(xiàn)數(shù)控輸入。再根據(jù)設(shè)定值，對(duì)應(yīng)改變顯示內(nèi)容和DAC輸出的控制電壓。當(dāng)設(shè)定電流值為正的時(shí)候，通過SPCE061A的I/O口控制兩個(gè)模擬開關(guān)的導(dǎo)通與截止。圖 2.11 主程序流程圖（2）中斷服務(wù)函數(shù)流程中斷服務(wù)函數(shù)主要處理測(cè)量電流時(shí)的采集數(shù)據(jù)，每0.5s進(jìn)行一次電壓的A/D采集，根據(jù)采集得到的電壓換算成被測(cè)電流值，并且顯示

19、相應(yīng)的數(shù)據(jù)。另外，為了使改變電流設(shè)定值的時(shí)候界面顯得更加友好，在被修改的一位上加上閃爍功能，因此每隔0.5s改變一次標(biāo)志位的值。中斷服務(wù)函數(shù)流程如圖2.12所示。圖 2.12 中斷服務(wù)函數(shù)流程三、測(cè)試說明1、測(cè)試儀器電路測(cè)試中使用的儀器設(shè)備及其用途如表3.1所示。表3.1 電源部分測(cè)試使用的儀器設(shè)備序號(hào) 儀器名稱及型號(hào) 數(shù)量 用途 1VC9806+四位半數(shù)字萬用表 1測(cè)量負(fù)載電流 2DT9205三位半數(shù)字萬用表 1測(cè)量電源輸出電壓 3V-212 20MHz示波器 1觀察電源輸出紋波電壓 4DA-16晶體管毫伏表 1測(cè)量電源輸出紋波電壓有效值 5BCI-500 0500瓷盤變阻器 1可變負(fù)載電阻

20、 2、電源部分測(cè)試在該項(xiàng)測(cè)試中，使用瓷盤變阻器作為負(fù)載電阻，使用VC9806+四位半數(shù)字萬用表測(cè)試電源輸出電流，DA-16晶體管毫伏表測(cè)試負(fù)載兩端輸出電壓，改變瓷盤變阻器的阻值，測(cè)試電源的輸出電壓，負(fù)載電流以及紋波電壓。測(cè)試數(shù)據(jù)如表3.2所示。表3.2 電源部分指標(biāo)測(cè)試測(cè)試次數(shù) 電源輸出電壓 負(fù)載電流 負(fù)載電阻 紋波電壓有效值 112.14V0mA空載 250V212.14V25.14mA482.9 180V312.14V50.06mA242.5 140V412.14V100.1mA121.3 130V512.14V0.509A 23.9 122V612.14V1.114A 10.9 122V

21、712.13V2.234A 5.4 180V由測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)負(fù)載電流超過2A時(shí)，電源的輸出電壓仍然能穩(wěn)定在12V左右，可知電源的輸出功率超過足以驅(qū)動(dòng)電流源電路，使其產(chǎn)生最大20W的功率，符合電流源的功率要求。通過毫伏表估讀出其紋波電壓，都是微伏數(shù)量級(jí)的小紋波電壓，不足以引起電流源很大的紋波電流。綜上所述，電源部分滿足指標(biāo)要求。3、恒流源電路測(cè)試使用自制電源作為恒流源的電源，首先將負(fù)載電阻短路，通過控制面板輸入所需電流值，測(cè)得恒流源在0負(fù)載條件下的性能指標(biāo)。改變負(fù)載電阻，測(cè)試恒流源電路的帶負(fù)載能力。測(cè)試數(shù)據(jù)如表3.3所示。表3.3 恒流源電路測(cè)試設(shè)定電流 實(shí)測(cè)輸出電流 紋波電流 負(fù)載電阻

22、20mA20mA55uA0 40mA40mA60uA0 100mA101mA75uA0 300mA299mA90uA0 800mA798mA160uA0 1A 998mA223uA0 1.2A 1200mA302uA0 1.5A 1496mA330uA0 1.8A 1792mA385uA0 2A 1990mA414uA0 20mA20mA153uA30 40mA40mA167uA30 100mA99mA180uA30 300mA298mA223uA30 四、結(jié)論本系統(tǒng)以凌陽十六位單片機(jī)SPCE061A芯片為核心控制器件，控制液晶顯示，鍵盤輸入，恒流輸出設(shè)定和電流輸出檢測(cè)等各個(gè)部分。數(shù)控恒流源可

23、以在輸出口電壓不超過10伏的情況下輸出-2A到2A的恒定電流，具有輸出準(zhǔn)確，紋波少，輸出穩(wěn)定等特點(diǎn)，基本達(dá)到了競(jìng)賽題目中要求的各項(xiàng)任務(wù)和功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，功率器件和控制器件隔離布線，對(duì)大功率器件進(jìn)行了較好的散熱處理。因?yàn)闀r(shí)間有限，該系統(tǒng)還有很多值得改進(jìn)的地方：電源部分加入過載自動(dòng)保護(hù)電路，以防止負(fù)載過大時(shí)的系統(tǒng)過載；采用12位的AD和DA對(duì)恒流源電路進(jìn)行更加精確的檢測(cè)和控制，因?yàn)檎w硬件電路經(jīng)過測(cè)試可以將輸出電流精確到0.1mA；增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)輸出口電壓大于10伏時(shí)進(jìn)行報(bào)警；增加風(fēng)扇或其他更好的散熱設(shè)備和溫度檢測(cè)設(shè)備，當(dāng)恒流源連續(xù)輸出大電流系統(tǒng)過熱時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行充分的散熱，這樣也可以

24、使輸出的最高電流2A向上提升到5A以上。相關(guān)源代碼下載: HYPERLINK /app/upcode/200662993119.rar t _blank 源碼下載 相關(guān)文章: HYPERLINK /app/showapp.aspx?id=435&url=app/html/200952691015.shtml t _blank 09年電子競(jìng)賽參賽技巧經(jīng)驗(yàn)11條(2009-5-26) HYPERLINK /app/showapp.aspx?id=434&url=app/html/2009520105301.shtml t _blank 2003年電子競(jìng)賽 液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置(2009-5-20)

25、 HYPERLINK /app/showapp.aspx?id=433&url=app/html/2009520101835.shtml t _blank 2004山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽 多功能數(shù)字鐘論文設(shè)計(jì)(2009-5-20) HYPERLINK /app/showapp.aspx?id=429&url=app/html/200958120003.shtml t _blank 2008年山東省競(jìng)賽 G題 智能救援車(2009-5-8) HYPERLINK /app/showapp.aspx?id=305&url=app/html/2006829164838.shtml t _blank

26、懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2005年電子大賽二等獎(jiǎng)(2006-8-29) 附錄資料：不需要的可以自行刪除 機(jī)械原理總復(fù)習(xí)第二章一基本概念：1機(jī)構(gòu)的組成;2運(yùn)動(dòng)副的概念;3機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,注意復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束的處理;4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 5何謂機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；它與實(shí)際機(jī)構(gòu)有何異同。二填空題：1 根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成原理，任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由（機(jī)架）、（主動(dòng)件）和（從動(dòng)件）組成的。2 兩構(gòu)件之間線接觸所組成的平面運(yùn)動(dòng)副，稱為（高） 副，它產(chǎn)生（1個(gè)）約束，而保留（2個(gè)）自由度。3機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件（原動(dòng)件數(shù)目等于自由度數(shù)目）。三計(jì)算分析題：1 計(jì)算如圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合鉸鏈、局部自

27、由度和虛約束。2計(jì)算如圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，如果以凸輪為原動(dòng)件，該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)？為什么?3如圖所示為齒輪連桿機(jī)構(gòu)，試分析： 1） 該機(jī)構(gòu)自由度為多少？（要計(jì)算過程） 2） 試用瞬心法求齒輪1與3的傳動(dòng)比1/3 第三章一 基本概念：1連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)；2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型；3有曲柄存在的條件，急回特性，傳動(dòng)角與壓力角，死點(diǎn)及死點(diǎn)與自鎖的區(qū)別等概念；4矢量方程圖解法，瞬心法，三心定理，怎樣求瞬心，絕對(duì)瞬心與相對(duì)瞬心的區(qū)別。二 填空題：1 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，其最大傳動(dòng)角為（90）。2 3個(gè)彼此作平面平行運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件間共有( 3 )個(gè)速度瞬心

28、,這幾個(gè)瞬心必定位于(同一直線上 );3 含有6個(gè)構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu),其速度瞬心共有( 15)個(gè),其中有( 5)個(gè)是絕對(duì)瞬心,有( 10)個(gè)是相對(duì)瞬心;4 一對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改為以曲柄為機(jī)架，則將演化為（回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿）機(jī)構(gòu)。 5 在平面四桿機(jī)構(gòu)中，能實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）、（雙曲柄機(jī)構(gòu)）等。 6相對(duì)瞬心與絕對(duì)瞬心的相同點(diǎn)是（兩構(gòu)件上的同速點(diǎn)），不同點(diǎn)是（絕對(duì)速度為零及不為零），在有六個(gè)構(gòu)件組成的機(jī)構(gòu)中，有（15）個(gè)瞬心。7圖1三種四桿機(jī)構(gòu)分別是：1）(曲柄搖桿) 、2）(雙曲柄 )、3）(雙搖桿) 三 簡(jiǎn)答題：1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力任意增加也不能使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這與機(jī)

29、構(gòu)的自鎖現(xiàn)象是否相同？試加以說明。 答：不同。死點(diǎn)位置驅(qū)動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)方向的分力為0；自鎖是驅(qū)動(dòng)力克服不了摩擦阻力所做的功。2 平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件是什么？ 答：最長桿最短桿之和小于等于其余兩桿之和，機(jī)架或連架桿為最短桿。3 在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析時(shí)，速度瞬心法一般適用于什么場(chǎng)合？能否利用速度瞬心法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析? 答：構(gòu)件比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，且各構(gòu)件間的速度瞬心容易確定，且直觀，不能對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析。4四桿機(jī)構(gòu)中壓力角與傳動(dòng)角有什么關(guān)系？它們對(duì)傳動(dòng)性能有何影響？ 答：壓力角與傳動(dòng)角互余。壓力角越大，傳動(dòng)越不利；傳動(dòng)角越大，傳動(dòng)越有利。5在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，是否有死

30、點(diǎn)位置？為什么？ 答：沒有因?yàn)樵谇瑮U機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角始終大于0四 分析計(jì)算題：1 如圖3所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，各桿的長度為桿1為28mm，桿2為52mm,桿3為50mm，桿4為73mm，當(dāng)取桿4為機(jī)架時(shí)，求機(jī)構(gòu)的極為夾角，桿3的最大擺角max，機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角min(結(jié)果可以作圖量取)。2圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知BC=50mm, DC =35mm, AD =30mm,試問： 若此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB桿為曲柄，AB的最大值為多少？ 若此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，AB的最大值為多少？若此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，AB應(yīng)為多少？3 用圖解法設(shè)計(jì)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，已知行程速比系數(shù)K=1.5，曲柄長。求機(jī)架長。4

31、設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖已知其搖桿CD的長度為75mm，極位夾角等于36，機(jī)架AD的長度為100mm，搖桿的一個(gè)極限位置與機(jī)架間的夾角=45。求曲柄AB 的長度，連桿BC的長度，及該機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角min（不必求具體值，只需畫出出現(xiàn)最小傳動(dòng)角min時(shí)的機(jī)構(gòu)位置圖并在圖上標(biāo)出min即可） T4 T5 5 圖示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中，l=1(mm/mm),AB桿的角速度為1，方向如圖6所示，試用瞬心法求CD桿的角速度3的大小及方向。第四章一基本概念：1 凸輪機(jī)構(gòu)的分類;2常用的名詞術(shù)語（如基圓、推程、推程壓力角、回程、回程壓力角等）；3推桿常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其特點(diǎn);4凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角有何要求；減小推程壓力角

32、可采用哪些措施？二 填空題：1在凸輪機(jī)構(gòu)推桿的四種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律中(一次多項(xiàng)式) 運(yùn)動(dòng)規(guī)律有剛性沖擊, (二次多項(xiàng)式) 運(yùn)動(dòng)規(guī)律有柔性沖擊; (正弦) 運(yùn)動(dòng)規(guī)律無沖擊;2 偏心直動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角過大時(shí)，可通過 （增大基圓半徑）和 （增大凸輪遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)角）來減小壓力角。 3凸輪的基圓半徑是從（凸輪回轉(zhuǎn)軸心）到（凸輪）的最短距離。 三 分析題：1一對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿偏心圓凸輪機(jī)構(gòu)，O為凸輪幾何中心，O1為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心，O1O=0.5OA，圓盤半徑R=60mm。1)根據(jù)圖a 及上述條件確定基圓半徑r0、行程h，C點(diǎn)壓力角c和D點(diǎn)接觸時(shí)的位移SD及壓力角D.2)若偏心圓凸輪幾何尺寸不變，僅將推桿由尖頂改為

33、滾子，見圖b，滾子半徑rT=15mm。試問上述參數(shù)r0、h、c和SD、D有否改變？如認(rèn)為沒有改變需說明理由，可不必計(jì)算數(shù)值；如有改變也需說明理由，并計(jì)算其數(shù)值。在圖示的凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪為原動(dòng)件，其形狀為一偏心輪，（1）畫出基圓，并在圖上指出其基圓半徑rb; 畫出機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)推桿位移和壓力角; 畫出凸輪由圖示位置沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)90后推桿位移和壓力角.第五章一基本概念：1 齒廓嚙合基本定律;2漸開線的特性;3漸開線齒廓的嚙合特點(diǎn);4漸開線齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸;5一對(duì)齒輪的正確嚙合條件;6斜齒輪當(dāng)量齒輪的含義；7什么叫齒輪傳動(dòng)的重合度？其意義何在？8漸開線齒輪變位修正的目的。二填空題：1內(nèi)嚙

34、合斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的正確嚙合條件是( 模數(shù)和壓力角應(yīng)分別相等且螺旋角相同 )，蝸輪蝸桿的正確嚙合條件是（ 蝸桿的軸面模數(shù)和壓力角分別等于渦輪的端面模數(shù)和壓力角mx1=mt2，ax1=at2=a ） ; 2一對(duì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的重合度由( 端面重合度，軸向重合度 )兩部分組成,斜齒輪的當(dāng)量齒輪是指( 以法向壓力角為壓力角，以法向模數(shù)為模數(shù)作的 )的直齒輪;3漸開線齒輪的齒廓形狀取決于（ 基圓 ）半徑的大小，其值越大齒廓形狀越 （ 接近直線 ）。4采用（ 范成法 ）切制漸開線齒廓時(shí)發(fā)生根切的原因是（ 刀具的頂部會(huì)過多的切入輪齒根部，因而將齒根的漸開線切去一部分 ）。5斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)ZV = （

35、z/cos3B ），圓錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)ZV = （ z/cosa ）。6一個(gè)采取負(fù)變位修正的直齒圓柱齒輪與同樣基本參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比較，其（ 齒頂 ）圓及（ 齒根 ）圓變小了；而（ 基 ）圓及（ 分度 ）圓有大小則沒有變。三簡(jiǎn)答題：1簡(jiǎn)述漸開線的主要特性，并寫出參數(shù)方程。 答：（1）發(fā)生線上BK線段長度等于基圓上被滾過的弧長AB，即BK=AB（2）發(fā)生線BK即為漸開線在K點(diǎn)的法線，又因發(fā)生線恒切于基圓，故知漸開線上任意點(diǎn)的法線恒與其基圓相切（3）發(fā)生線與基圓的切點(diǎn)B也是漸開線在K點(diǎn)處的曲率中心，線段BK就是漸開線在K點(diǎn)處的曲率半徑。（4）漸開線的形狀取決于基圓的大?。?）基圓以內(nèi)無漸開線，漸開

36、線極坐標(biāo)方程： Rk=Rb/cosk2對(duì)齒輪進(jìn)行變位修正的目的是什么？ 答：由于標(biāo)準(zhǔn)齒輪可能會(huì)產(chǎn)生根切；可能無法安裝；可能產(chǎn)生過大的尺側(cè)間隙，影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性，重合度降低；一對(duì)相互嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪中，由于小齒輪齒廓漸開線的曲率半徑較小，齒根厚度也較薄，參與嚙合的次數(shù)又較多，強(qiáng)度較低，影響到整個(gè)齒輪傳動(dòng)的承載能力。為了改善上述不足，故采用變位修正的方法進(jìn)行修正。3一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的實(shí)際中心距 大于標(biāo)準(zhǔn)中心距 時(shí)，其傳動(dòng)比有無變化？它們還能正確嚙合嗎？其重合度有無改變？ 答：無變化;能;減小4簡(jiǎn)述漸開線標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪當(dāng)量齒數(shù)Zv 的用途。 答：可求得漸開線標(biāo)斜齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，并根據(jù)

37、換算的結(jié)果選擇加工的標(biāo)準(zhǔn)齒輪刀具。5漸開線齒輪的基本參數(shù)有哪幾個(gè)？其中哪些是有標(biāo)準(zhǔn)的？為什么說這些參數(shù)是齒輪的基本參數(shù)？ 答：齒數(shù)z,模數(shù)m,壓力角 ，齒頂高系數(shù)ha*，頂隙系數(shù)c*壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的，因?yàn)檫@些參數(shù)能夠決定了齒輪的大小及齒輪齒廓的形狀。 6 簡(jiǎn)述漸開線齒廓的嚙合特點(diǎn)。 答：（1）能保證定傳動(dòng)比傳動(dòng)且具有可分性（2）漸開線齒廓之間的正壓力方向不變7什么叫齒輪傳動(dòng)的重合度？其意義何在？ 答：在一對(duì)輪齒的嚙合傳動(dòng)過程中，實(shí)際嚙合線段B1B2與法向齒距Pb的比值稱為齒輪傳動(dòng)的重合度重合度的大小表示同時(shí)參與嚙合的齒輪對(duì)數(shù)的平均值。重合度大，以為著同時(shí)參與嚙合的齒輪對(duì)數(shù)多

38、，對(duì)提高齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性和承載能力都有重要意義第六章一基本概念：1輪系傳動(dòng)比的計(jì)算，及各輪轉(zhuǎn)向的判定;2輪系的功用.一填空題：1周轉(zhuǎn)輪系中的基本構(gòu)件( 中心輪，行星輪，行星架 );2周轉(zhuǎn)輪系中，若自由度為2，則稱其為（差動(dòng)輪系），若自由度為1，則稱其為（行星輪系）。二簡(jiǎn)答題:1什么叫周轉(zhuǎn)輪系？ 答：傳動(dòng)時(shí),輪系中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線位置不固定，而是繞另一個(gè)齒輪的固定軸線回轉(zhuǎn),這種輪系被稱為周轉(zhuǎn)輪系。2簡(jiǎn)述輪系的功用。 答：1 實(shí)現(xiàn)兩軸間遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)、2 實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)、3 實(shí)現(xiàn)換向傳動(dòng)、4 實(shí)現(xiàn)差速作用。三計(jì)算題：1如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為Z1Z225，Z2Z3=20，ZH

39、=100，Z420。試求傳動(dòng)比i14。2如圖2所示已知齒輪1的轉(zhuǎn)速n1=200r/min，而Z1=40，Z2=20，Z3=80。求1)nH的大小及方向T2 3如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為Z160，Z220，Z220，Z320，Z4=20，Z5=100，試求傳動(dòng)比i41。 第十一章一基本概念：1力的分類，驅(qū)動(dòng)力與阻抗力的區(qū)別；2慣性力的確定方法；3運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定；4總反力的概念及其判定方法。二分析題：1如圖所示定滑輪2的直徑為D，虛線圓為轉(zhuǎn)動(dòng)副A中的摩擦圓，其半徑為，F(xiàn)為驅(qū)動(dòng)力，垂直向下。若不及繩與輪間的摩擦力，試求：1）在圖上標(biāo)出轉(zhuǎn)動(dòng)副A中的總反力FR12的位置和方向；2）使重物Q等速上升的驅(qū)動(dòng)力F（用Q表示）；3）該滑輪的機(jī)械效率 在如圖2所示機(jī)構(gòu)中，已知各構(gòu)件的尺寸及1為常數(shù)（逆時(shí)鐘方向）。試確定：圖示位置的瞬心P13及P14的位置及滑塊4的速度v4（用1表示）；各運(yùn)動(dòng)副中的總反力R51、R12、R52、R23及R54的方位（不考慮各構(gòu)件重