基于单片机的数控直流电流源设计

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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
; }3 ~% I3 s/ m1 _( R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 h; v% A0 C& ^; U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。
关键词:单片机;电流源;数控;V/I变换
引言
! d: ^( d9 @# D5 E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
1 ]  O/ _4 N# P+ K来越广泛的应用。普通电流源往往是用电位器进行调
2 g$ g3 \( ^: @  L$ Q节,输出电流值无法实现精确步进。有些电流源虽能
; t0 F% z: q& b! _, H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
2 z9 {6 y8 p$ C7 c7 ?单片机技术及V/I变换电路，采用反馈调整控制方案
4 G" I5 |- b6 q3 ?设计制作了一种新型的基于单片机高精度数控直流
6 z- y' r$ |8 x- H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
( S' n/ [6 d$ ~5 v$ S8 Z进为1mA ,最大输出电流2000mA。(3)纹波电流极小,
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。
1硬件系统设计
- @8 }* ]* X  K) X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
1 J7 h. {0 |/ [3 M难以达到输出范围和精度以及纹波的要求。根据系统
要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，

/ C2 L* m) ], e" }) ~控制D/A的输人从而控制电流值的方法。系统的原理
+ u3 R  a0 F0 s% |" Y% s, ]框图如图1所示。
图1系统的原理框图
  d0 n9 d$ ?' w) S( ?5 z1.1数控部分设计
" Z' q% Z% q1 y# A. L7 |0 a8 ]. B(1)89S52单片机基本系统:数控部分的核心采用
89S52。晶振复位、74LS245、非易失存储器等组成单
片机的基本系统。
6 Q2 s4 d6 {- `& e& M4 F8 M; Z, Z(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DA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
; j: s! Z9 ]$ c欧姆,D/A输出分辨率为1mA的电流,实现步进1mA,
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:
MAX197
5 T9 ^% k7 ^( d! E4 I是8路输入、+5V单电源供电、内有参考电压的12位
4 @% c9 O3 `! a快速A/D转换器。8位数据线分时使用,内部带有精准
参考电源。由于本设计只有输出电流和纹波电流的采
: J! |9 v  v* E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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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