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。
' K6 d) e! t! R- ^关键词:单片机; DA转换;电流源; P控制
2 j$ n1 T/ g4 J9 `0 |. v) }2 s3 o 1引言
1 ?1 V6 @! `: O4 c/ V3 n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
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
) Y8 X+ [2 r  y% |2 G# U' y单片机系统为核心,采用12位外部扩展MAX531DA
3 a, h3 Y6 Z' Z: V; U和MAX197AD芯片,并在外部电流输出模块中引人
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
, p4 ^9 `+ W! v" P$ |" X源的精度。
系统原理与设计方案
8 I: u& P' n% E( ?8 Y# s: H系统主电路采用全桥整流电路作为负载电路电
0 T! Z1 w* y0 _  {* X* D, \$ F源,并选用大功率三极管串联电路进行电流输出。控
/ u# s# c" a% }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
  C; |5 w. {* r- ^5 ~1 Q输出模块输出。输出电流经采样放大电路一方面传递
, P+ L+ U9 A' _' l; p1 a给AD转换器转换成数字量信号，经处理后换算成相
8 B0 [% n: G. c, \: G- O( m应的电流值,最终通过液晶显示;另-方面结合模板
5 E: }* P# }, y( q# BPI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
3.1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
' Q" n8 L9 b+ S2 V高频斩波电路，虽然可以在输人电压波动比较大的
情况下高效保持稳定的直流输出，但高频电路容易
. v# Z% V; z0 j$ L" S2 y7 H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
% {7 \# f7 ^8 }4 q( }, L2 B+ d! P和输出精度,本系统采用传统的全桥整流电路,作为
" }' S/ n2 R/ ?% u  F. O+ ]负载电路电源。
2 L1 \4 w7 Z( ~( @, r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
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