基于单片机的高精度数字直流电流源设计

金色传说

摘要:本设计以单片机系统为核心,实现了直流电流源的程控电流输出。设计分电源,AD和DA转换,电流源输出,显示和控制
模块。系统使用12位的AD和DA芯片,提高了输出电流的精度;输出模块引入控制器,有效控制了电路的非线性失真,输
出电流无静差跟踪电流给定。实验结果表明;给定电流在2OmA-200mA内变化时,系统输出电流误差小于1mA,电流纹波小
于0.2mA。
关键词:单片机; DA转换;电流源; P控制
+ Q: m( L5 U: @ 1引言
直流电流源是一种应用广泛的电子仪器，对于
要求输出电流可调的情况，最简单实用的方法是通
3 e% @' J% X- s7 `过软件控制来实现。使用单片机作为主控部件,系统
设计简单方便。本文设计的直流电流源是以凌阳61
单片机系统为核心,采用12位外部扩展MAX531DA
和MAX197AD芯片,并在外部电流输出模块中引人
. r/ n5 L( T" E, z1 Y4 ~' }PI 控制,构成电流闭环,有效消除了由于电子器件本
身以及外界干扰造成的输出误差，大大提高了电流
0 a' {) Y' _4 {9 V; j4 a源的精度。
& d  q" E( M9 T  K系统原理与设计方案
5 N3 A6 `  e1 \5 H$ G% {7 z系统主电路采用全桥整流电路作为负载电路电
源,并选用大功率三极管串联电路进行电流输出。控
制电路使用凌阳61单片机，单片机扫描键盘显示接
口,当有键按下时,键值通过83编码器CD4532读给
单片机。单片机控制DA转换,转换输出值经过电流源
输出模块输出。输出电流经采样放大电路一方面传递
0 j# l9 {3 p  K3 }, Y$ N; b( b, r给AD转换器转换成数字量信号，经处理后换算成相
  P& L' |& p+ D% o% B/ I应的电流值,最终通过液晶显示;另-方面结合模板
PI调节器实现电流闭环控制,以保证输出电流值无静
差跟踪程控给定电流。整个控制系统采用模块化设计
思想,系统结构如图Ⅰ所示。
3硬件电路设计
" B* ?0 _# \& w3.1负载电路电源设计
本设计没有采用开关电源。因为开关电源采用
7 ^( @# Y: |, r; d6 ?: V4 n高频斩波电路，虽然可以在输人电压波动比较大的
+ I, I! r6 o# V1 e2 |情况下高效保持稳定的直流输出，但高频电路容易
' w. i. C1 i) \- X2 l- k产生高频电磁噪声,对来样、控制电路形成干扰。因
此,为避免开关电源对控制电路造成干扰、提高控制
和输出精度,本系统采用传统的全桥整流电路,作为
8 s8 o; O$ A& n$ @0 j. z( d4 X负载电路电源。
使用输出功率50W、变比220/15的变压器,经全
桥整流后加30000uF电容稳压滤波输出21V直流电
0 P+ W! K4 F4 q, x压,再串入扼流线圈用于减小电流纹波。


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单片机控制DA转换,转换输出值经过电流源输出模块输出