基于单片机的数控直流电流源设计

金色传说

摘要:本文介绍了基于单片机的数控直流电流源设计方案,给出了硬件组成及软件系统。本系统以单片机AT89S52为核心部
件,由键盘、显示、D/A及A/D转换,V/I转换、功率放大等模块组成。采用负反馈闭环控制系统,单片机实时将预置值和实测
+ X. Y( R' Q5 t. C: Z值进行比较、调整控制,提高了电流源的输出精度。所设计的数控直流电流源采用PID算法实现了量程可选、输出可调、步
进精确、纹波电流极小的功能,而且可将输出电流预置值、实测值在LED上同时显示。经实验证明具有较高的控制精度。
0 @$ b% w1 a( `( t. u$ w关键词:单片机;电流源;数控;V/变换
引言
低纹波高精度稳定直流电流源是一种非常重要
的特种电源,在现代科学研究和工业生产中得到了越
来越广泛的应用。普通电流源往往是用电位器进行调
" L) B- I1 N3 F1 z: X9 L* C. h. N4 G节,输出电流值无法实现精确步进。有些电流源虽能
实现数控但输出电流值往往比较小，且所设定的输出
电流值是否准确不经测试无法知道等等。为此,结合
单片机技术及V/I 变换电路,采用反馈调整控制方案
设计制作了一种新型的基于单片机高精度数控直流
电流源。它可实现以下功能: (1)具有多个量程,用户可
根据实际需要选定。(2)输出电流值可精确预置，最小步
进为1mA ,最大输出电流2000mA。(3)纹波 电流极小，
3 Z8 }7 G5 B2 N2 ?小于0.1mA。(4)LED可同时显示预置电流值、实测电
流值及当前量程档,便于用户操作及进行误差分析。
, P# w7 K1 e& d+ Y1硬件系统设计
根据数控直流电流源的要求,由于要求有较大的
输出电流范围和较精确的步进要求以及较小的纹波
" X  m1 b  ~4 f2 S; i电流,所以不适合采用简单的恒流源电路FET和恒流
5 J& p* J. A* W5 ^- m5 o: G+ b二极管,亦不适合采用开关电源的开关恒流源，否则
+ {! {! z* z7 n# T难以达到输出范围和精度以及纹波的要求。根据系统
# t$ p- G' u0 K6 Q% `' T" r要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，
0 j4 X- w0 g3 ]! M% u& L
控制D/A的输人从而控制电流值的方法。系统的原理
' n, d5 s/ w: b框图如图1所示。
, [2 J# D2 b% _1 n0 ?6 ]2 C8 b1 N
1.1数控部分设计
(1)89S52单片机基本系统:数控部分的核心采用
, ]0 ~# h$ ^# I. W0 V- y9 K89S52。晶振、复位、74LS245、非易失存储器等组成单
片机的基本系统。
(2)D/A转换芯片TLV5618的接口电路: TLV5618
是串行输人的12位高精度快速双口D/A转换器,能
# \, P! m+ t/ C够输出二倍基准电压的电压信号。其基准电压是由
: d+ q( ?: Y/ x2 E/ y, oMC1403提供的2.5V电压，因此经D/A转换后的输出
5 |( {" i: @0 T3 L/ ]! U为0~5V。12位DA,分辨率为1/4096 ,选采样电阻为2
欧姆,D/A输出分辨率为1mA的电流,实现步进1mA,
+ K5 z2 Z/ o' @完全能够满足本设计的要求。
( D$ z8 q4 K/ w: \. G0 F  T5 z(3)A/D转换芯片MAX197的接口电路:
4 x/ J9 m; s& T4 b& m( XMAX197
# @' J: j' _6 O0 s! T3 t1 o  F# V/ |& u是8路输人、+5V单电源供电、内有参考电压的12位
+ b3 Y1 J$ a9 G* H快速A/D转换器。8位数据线分时使用,内部带有精准
1 Q. T( R) F0 X  v# M" f* `! j/ D$ s参考电源。由于本设计只有输出电流和纹波电流的采
4 y! d* P( h$ z4 Y" `# b集,8路输人通道,完全能够满足本系统的设计要求。
) _1 `/ h4 l2 m) G2 F+ a$ t0 Q0 Z0 B
/ Q5 o; L& g( x" R1 Z- R3 X) O

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单片机实时将预置值和实测值进行比较、调整控制,提高了电流源的输出精度

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