高精度數(shù)控直流電流源_圖文

1、收稿日期:2005-11作者簡介:李現(xiàn)華(1982,男,本科,研究方向為基于單片機的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計。此篇論文獲2005年全國大學生電子設(shè)計競賽2等獎。高精度數(shù)控直流電流源李現(xiàn)華,陳兵兵,卞東進,陳家勝(南京師范大學物理科學與技術(shù)學院,江蘇南京210046摘要:介紹一種高精度,可預(yù)置,可步進的數(shù)字顯示直流電流源的軟件、硬件制作方法。該系統(tǒng)主要利用單片機AT89S52作為控制部件。文中給出了硬件電路和軟件流程。關(guān)鍵詞:數(shù)控;電流源;反饋;閉環(huán)中圖分類號:T M44文獻標識碼:B 文章編號:1006-2394(200602-0073-02Nu m er i ca l 2con trolled

2、D i rect Curren t SourceL I Xian 2hua,CHE N B ing 2bing,B I A N Dong 2jin,CHEN J ia 2sheng(School of Physical Science and Technol ogy Nanjing Nor mal University,Nanjing 210046,China Abstract:A syste m of the current s ource contr olled by digital code was described,in which a m icr o contr ol unit A

3、T89S52was used as a contr oller,and hard ware architecture and s oft w are design were p r ovided .Key words:nu merical contr olled;current s ource;feedback;cl osed l oop1恒流源實現(xiàn)原理本系統(tǒng)控制部分以單片機AT89S52為核心,通過D /A 轉(zhuǎn)換裝置控制電流源部分,使其有恒流輸出;電流測試由max472完成,再通過A /D 轉(zhuǎn)換將測量結(jié)果送單片機處理。鍵盤和顯示部分分別由4×4矩陣鍵盤和LCD 組成。系統(tǒng)總體框架如

4、圖1 。圖1圖2為直流電源的硬件部分,主要部分由電壓比較器、大功率達林頓管和保護二極管組成。單片機通過D /A 轉(zhuǎn)換電路設(shè)置閉環(huán)電路中運算放大器正輸入端的基準電壓,閉環(huán)電路中的電流由取樣電阻R4上的電壓反映,從而構(gòu)成一個閉環(huán)的恒流源系統(tǒng)。設(shè)OP37正負輸入端電壓分別為V +和V -,采樣電阻R4兩端的電壓為V f 。單片機輸出的數(shù)字控制信號經(jīng)T LC5618后,數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號,再經(jīng)過OP37后,電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?用以推動達林頓管TI P122,使恒流電路中的電流達到2A 。D /A 輸出電壓為運算放大器的參考電壓,并可換算為恒流源的設(shè)定電流值。系統(tǒng)中V /I 轉(zhuǎn)換電路由精密運

5、放與晶體管達林頓電路構(gòu)成。 利用晶體管平坦的輸出特性圖2和深度的負反饋電路得到穩(wěn)定的恒流輸出,增強系統(tǒng)帶負載能力。其輸出范圍達到02A 。在V /I 轉(zhuǎn)換電路的輸出回路中引入反饋電阻R4,輸出電流I e 經(jīng)反饋電阻R 4,得到一個反饋電壓V f =I e 3R 4。通過R3,加到運算放大器的反相輸入端。R3兩端的電壓為V ,設(shè)運放的同相端和反相端的電壓為V +、V -。V +輸入電壓由D /A 輸出。又,理想運放兩端的輸入電流值:I +=I -0,且V +=V -,V 0,故V +I e 3R 4(1在式(1中,I c 為實際輸出的恒定電流。由于TI P122的放大倍數(shù)最小為1000,故I e

6、 I c ;而V +為D /A 輸出電壓,R4是輸出回路中引入的反饋電阻,可372006年第2期儀表技術(shù)見,實際輸出的恒定電流I c 由D /A 轉(zhuǎn)換的輸出電壓V +和R4的阻值決定,成線性變換。R4采用大線徑錳銅絲制作,其溫度系數(shù)很小(5×10-6/,可看作阻值不變。選用大功率晶體管,且使用散熱片,保證其工作在線性區(qū)時,實際輸出的恒定電流I c 僅僅由D /A 輸出的電壓決定。其動態(tài)調(diào)整過程為:I c V e V a V b I c ;同理,當電流下降時,同樣可以得到相應(yīng)的調(diào)整,而且閉環(huán)調(diào)整速度極快,實現(xiàn)了電路中電流的恒定不變。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計為了得到高精度的電流輸出,我們采用1

7、2位的T LC5618串行D /A 轉(zhuǎn)換芯片。利用單片機P1.0到P1.2三個I/O 口,以數(shù)字控制方式產(chǎn)生電路輸入電壓,設(shè)計電路如圖3 。圖34軟件設(shè)計部分系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示,輸出電流02000mA 對應(yīng)12位D /A 的輸入范圍04096,如要得到x mA 的電流,需要輸入的數(shù)字量為y,由公式x /2000=y /4096,可得y =(x ×4096/2000,同理,x =(y ×2000/4096,顯然,該系統(tǒng)的精度可達2000/4096 =圖40.488mA 。通過以上分析可知,只要改變單片機的數(shù)字輸入值就可以得到高精度恒流輸出。5結(jié)束語本系統(tǒng)在電流小于15mA 時相對誤差比較大。其原因是采樣電阻的阻值較小,導(dǎo)致測量分辨率不高。采用切換量程的方法,在輸出小電流時采用阻值大的采樣電阻,則可提高采樣電壓,從而提高分辨率,減小相對誤差。另外,需要選擇熱穩(wěn)定性好,精度高的電阻作為采樣電阻,保證輸出電流的穩(wěn)定性。參考文獻:1何立明,張俊謨.單片機中級教程(原理與應(yīng)用M .北京:北京航空航天大學出版社,2002,8.2康光華.模擬電子技術(shù)M .北京:高等教育出版社,1999.3黃正瑾.綜合電子設(shè)計與實踐M .南京:東南大學出版社2002,3.(郁紅編發(fā)儀表技術(shù)合訂本發(fā)行應(yīng)