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
8 K$ b; {8 L( }2 {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
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。
* @& i- c) D: U4 G5 j: e' y关键词:单片机;电流源;数控;V/I变换
4 {; P* n; E  f9 X! @# {引言
低纹波、高精度稳定直流电流源是一种非常重要
+ i* h9 ~7 [6 U7 C& O3 J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
+ p5 a+ V5 p2 D% C4 K0 E% J5 y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
& L5 R$ @  ^" j( A2 u! ^单片机技术及V/I变换电路，采用反馈调整控制方案
, D7 V: S6 k* f# X/ L设计制作了一种新型的基于单片机高精度数控直流
9 C9 U! Y% s% i3 o/ b7 f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
" K7 Z, G: |( \, S; K6 h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。
( d4 [) f5 [: C9 [$ L8 D% G, J4 K1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
7 [7 ]  B% G+ e# j) j) s输出电流范围和较精确的步进要求以及较小的纹波
+ x  \; j6 J' k/ W6 R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
0 \9 N5 V8 I2 C) m; R4 y要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，

5 n1 P& l7 W- ^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。
图1系统的原理框图
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
" q' d. u6 ~0 o89S52。晶振复位、74LS245、非易失存储器等组成单
9 k6 }  p3 V6 h2 V- N( n/ _( G' U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
9 v% {8 k( N7 h1 o为0~5V。12位DA,分辨率为1/4096, 选采样电阻为2
% c  N7 m# ]0 }( ?; o5 I- F0 f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。
  d% A$ S' I; n. a" s! [. Y. Z(3)A/D转换芯片MAX197的接口电路:
MAX197
* n; n. F1 {7 g& d0 W是8路输入、+5V单电源供电、内有参考电压的12位
快速A/D转换器。8位数据线分时使用,内部带有精准
+ r9 A+ W( a' n% ?9 v( M; w参考电源。由于本设计只有输出电流和纹波电流的采
0 k; ?; S% w7 u$ {3 Z' |: u8 k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