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
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
& V1 h% i: t; h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。
% h" r$ D7 N  ~/ C3 h6 ?. u. B关键词:单片机;电流源;数控;V/I变换
引言
5 a8 U" s+ g$ g) Q) q1 G1 A低纹波、高精度稳定直流电流源是一种非常重要
; v; x( i3 s$ {' F" ^5 m$ x) P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
. ^: L. o8 F! G0 I8 L6 R. g1 i节,输出电流值无法实现精确步进。有些电流源虽能
9 d5 n& U) I4 L: V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
单片机技术及V/I变换电路，采用反馈调整控制方案
设计制作了一种新型的基于单片机高精度数控直流
1 S. F$ N9 S0 J  n电流源。它可实现以下功能: (1)具有多个量程,用户可
5 A( w- F  g; D9 \% e: e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,
" G' G1 J* j9 u1 i$ G( T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。
0 c, d" |6 ~0 V( S6 [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
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
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，

! o% j7 U2 b# S: m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
6 O% H8 C7 }7 B3 m/ v: j, H1.1数控部分设计
; T/ r3 j' T- Z7 X: f6 i(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。
(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
' r/ e6 i2 D6 s. a& B8 Y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。
7 Q; {, h# S: v3 C(3)A/D转换芯片MAX197的接口电路:
MAX197
0 a3 s, g9 i: Q8 a4 m$ }4 B1 e+ o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
* x' o1 B% l7 E3 u7 W! m参考电源。由于本设计只有输出电流和纹波电流的采
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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Racheler

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