數(shù)控直流恒流源的設計

丁敏 陜西理工學院機械工程學院 723003

數(shù)控直流恒流源的設計

丁敏 陜西理工學院機械工程學院 723003

數(shù)控直流恒流源系統(tǒng)可以輸出穩(wěn)定電流，

且不隨負載和環(huán)境溫度變化，并具有很高

的精度，輸出電流誤差范圍小，因而可實

際應用于需要高穩(wěn)定度小功率直流恒流源

的領域。

D/A轉(zhuǎn)換；恒流源；鍵盤控制

引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字電路應用領域的擴展，現(xiàn)今社會，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設備的性能、價格、發(fā)展空間等備受人們的關注，尤其對電子設備的精密度和穩(wěn)定度最為關注。性能好的電子設備，首先離不開穩(wěn)定的電源，電源穩(wěn)定度越高，設備和外圍條件越優(yōu)越，那么設備的壽命更長?；谏鲜銮闆r，人們對數(shù)控恒定電流器件的需求越來越迫切。當今社會，數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是恒流方面特別是數(shù)控恒流的技術(shù)才剛剛起步且有待發(fā)展，高性能的數(shù)控恒流器件的開發(fā)和應用存在巨大的發(fā)展空間。本文正是應社會發(fā)展的需求，研制出一種基于單片機的高性能的數(shù)控直流恒流源。

1 方案簡介

本設計分四個模塊：單片機控制及顯示模塊、數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換模塊、恒流源模塊、輸出顯示模塊。單片機控制模塊以單片機為核心將輸入電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出；恒流源模塊將數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換來的電壓模擬量通過恒流源電路變成恒流；顯示模塊有兩個：一個是由74HC164移位寄存器和數(shù)碼管構(gòu)成，顯示預值；另一個是在輸出端以ADC0809為核心的A/D轉(zhuǎn)換芯片，顯示實際測量值。此外，本設計可實現(xiàn)電流0～2A且有±1m A和±10m A的兩種步進，同時用數(shù)碼管顯示輸入的電流值。

采用以89C51為核心的單片機系統(tǒng)控制12位AD7521的數(shù)據(jù)的輸入并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，同時單片機把輸入的預值電流送入數(shù)碼管顯示，再根據(jù)輸出的電壓量來控制電流的變化，此方案的優(yōu)點是輸入的預值電流信號穩(wěn)定且避免了大量的數(shù)據(jù)存儲。其電路方框圖如圖1所示：

圖1 電路方框圖

2 模塊電路設計及比較

2.1 電源模塊

穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。

a、整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U 2變換成脈動電壓U 3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓U 3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U 4。

b、穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓U 4受負載、輸入電壓和溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓U 0。

2.2 數(shù)碼管顯示模塊

74HC 164為串行輸入并行輸出的移位寄存器，可以作為靜態(tài)顯示器接口，接在8 9 C 5 1的串行口上用于數(shù)碼管的段選，74HC138譯碼器，接在89C 51的串行口上用于數(shù)碼管的位選。

2.3 D/A轉(zhuǎn)換模塊

以DAC 0809作為D/A轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換， 所以D/A轉(zhuǎn)換芯片所輸出的值為（-D*V ref）/255，又因為初始值為2 0 0M A，所以根據(jù)等式（（-D*V ref）/255）*Y=0.2A。Y=（0.2*255）/（8*5）=3/4。所以得出DA輸出值要放大4倍，并且ad的輸入值應為DA輸出值的3/4。

2.4 恒流源模塊

首先利用正向運算放大器把D A轉(zhuǎn)換器輸出的電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，然后將電壓輸入反向放大器，放大負四倍從而得到正的所需電壓值，最后串聯(lián)相應的電阻得到所需電流值。

2.5 AD轉(zhuǎn)換模塊

本次設計所選用的A/D轉(zhuǎn)換器為ADC 0809，用于轉(zhuǎn)換輸出的模擬電壓值為數(shù)字量，并將數(shù)字量輸入單片機，通過單片機來控制數(shù)碼管顯示實際輸出的電流值。

3 數(shù)據(jù)處理

下面列出部分電流值及其對應的理論和實際的數(shù)入量，其中理論碼值為輸入電流對應數(shù)模轉(zhuǎn)換所需要的碼值，實際碼值為單片機根據(jù)輸入電流值處理后送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的碼值。

誤差測試表

通過測試發(fā)現(xiàn)，結(jié)果的最大誤差為當輸入電流為32m A時，誤差為1m A.小于輸出電流的0.1%

但是在本次設計中要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流的0.1%±1m A，即1.032，而本設計測量出來的誤差值小于規(guī)定的誤差值。

4 結(jié)論

數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。而數(shù)控電源作為數(shù)控技術(shù)的一員，它也必定會朝著智能化、網(wǎng)絡化等方向不斷發(fā)展。

［1劉守義.單片機應用技術(shù)．西安：西安電子科技大學出版社.2002

［2］童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎.高等教育出版社.2003

［3］全國大學生電子設計競賽組委會.第四屆全國電子設計競賽獲獎作品選編.北京理工大學出版社.2001

［4］(美)詹姆斯·比格內(nèi)爾、羅伯特·多諾萬. 數(shù)字電子學(英文版.原書第4版).北京:機械工業(yè)出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.092