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
( ~3 G0 P- j( ]- _# f& ~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
' l1 w; @) n5 J6 R% d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。
, W* e; `# G+ i4 w6 T2 G+ p关键词:单片机;电流源;数控;V/变换
引言
! R  r! m4 T- M& Y6 n! o  P1 m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
4 {9 p6 d3 e$ l# |) l! @! n9 }节,输出电流值无法实现精确步进。有些电流源虽能
" d  l* c1 c' x6 S4 V" u实现数控但输出电流值往往比较小，且所设定的输出
, C- H' f. ?& k6 }! O6 a' M8 k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
5 l% k$ [; W9 Y# u* C% |9 c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
1 F2 e; h9 e( L& S" p' y( w进为1mA ,最大输出电流2000mA。(3)纹波 电流极小，
8 T% I0 C" b2 m4 s5 G& e小于0.1mA。(4)LED可同时显示预置电流值、实测电
) D/ C( ?9 L" U' H  i, G$ Z流值及当前量程档,便于用户操作及进行误差分析。
9 q7 P; K0 U- s% G$ f* J1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
电流,所以不适合采用简单的恒流源电路FET和恒流
二极管,亦不适合采用开关电源的开关恒流源，否则
难以达到输出范围和精度以及纹波的要求。根据系统
: R9 t* f* v# I6 w! H6 V! @2 c要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，

控制D/A的输人从而控制电流值的方法。系统的原理
框图如图1所示。

% M$ r; G8 ^' `, l1.1数控部分设计
(1)89S52单片机基本系统:数控部分的核心采用
- ]7 T% H- Y' W: S89S52。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
( |9 e6 m0 O1 {- }0 z是串行输人的12位高精度快速双口D/A转换器,能
够输出二倍基准电压的电压信号。其基准电压是由
MC1403提供的2.5V电压，因此经D/A转换后的输出
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,
& ?% f) \6 u4 f- x; R' Y3 p8 w+ r5 V完全能够满足本设计的要求。
(3)A/D转换芯片MAX197的接口电路:
$ c7 S* d$ _# _MAX197
3 q# J' m7 r, c: \9 w是8路输人、+5V单电源供电、内有参考电压的12位
  d! ]* U; w( o4 }# l# W. m( P快速A/D转换器。8位数据线分时使用,内部带有精准
: N' u" Z& w9 w* R) X. \) }参考电源。由于本设计只有输出电流和纹波电流的采
集,8路输人通道,完全能够满足本系统的设计要求。
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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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