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
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/变换
引言
  c5 _1 V8 S* C% g- t" e低纹波高精度稳定直流电流源是一种非常重要
9 Q( A+ O, E+ S; l0 `! F3 X* v的特种电源,在现代科学研究和工业生产中得到了越
, y3 T: b. P. E( _7 S5 Q2 V5 w来越广泛的应用。普通电流源往往是用电位器进行调
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
5 Z. }9 [' X6 n# m6 N  w电流值是否准确不经测试无法知道等等。为此,结合
; ~" U5 X8 a, Z$ v2 i单片机技术及V/I 变换电路,采用反馈调整控制方案
' ~( b/ a# k( L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
: |2 `3 {: v! W7 |6 u- q根据实际需要选定。(2)输出电流值可精确预置，最小步
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
根据数控直流电流源的要求,由于要求有较大的
8 f9 y. \; X4 G7 F* x( t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
: C3 ?. J5 X- Z8 _3 q5 o6 O9 k7 B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 r7 c6 k2 r* s( ^9 Z要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，
3 ]" B5 G; a% }, ^
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。
8 I; _9 t* f, h4 {
1.1数控部分设计
9 i/ }& U& f. W' k% F5 t+ a' v(1)89S52单片机基本系统:数控部分的核心采用
# b9 r7 p1 g) s% `9 X& `89S52。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
. J/ Z5 }2 Z: d是串行输人的12位高精度快速双口D/A转换器,能
2 f- K2 t' T( y, t" P1 k够输出二倍基准电压的电压信号。其基准电压是由
7 D6 O8 C$ Y, ]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,
! T6 B- D  h+ h, l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
( |8 {  T- z3 Y+ z' |是8路输人、+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
: N' j* d/ s! s( Q- @8 Y4 o* H参考电源。由于本设计只有输出电流和纹波电流的采
# z; [8 j: o# W' m2 z2 b0 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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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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