基于單片機(jī)的恒流源設(shè)計

沈宇

【摘? 要】本文基于單片機(jī)設(shè)計了一種可調(diào)恒流源，該電路以單片機(jī)為控制核心，以電壓-電流轉(zhuǎn)換電路作為恒流源輸出電路，以及配合其他外圍電路。該恒流源可以根據(jù)需要使用按鍵進(jìn)行設(shè)置，并使用負(fù)反饋控制，使輸出電流更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)，具有操作方便和價格低廉等優(yōu)點。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);恒流源;數(shù)控

引言

恒流源又稱為電流源，能夠為負(fù)載提供恒定的電流，是電子電路中常見的一種部件，并且在儀器儀表、傳感器和醫(yī)療儀器等各種領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，因此具有良好的發(fā)展前景。

本文基于單片機(jī)設(shè)計了一種可調(diào)恒流源產(chǎn)生電路。通過單片機(jī)結(jié)合外部按鍵電路和顯示屏幕，實現(xiàn)了可調(diào)化和可視化。電路中使用了負(fù)反饋電路，配合單片機(jī)進(jìn)行軟件調(diào)節(jié)，可以使恒流源輸出調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)、快速。

1.系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由電源模塊、控制模塊、恒流源模塊和顯示模塊等幾部分組成。其中，電源模塊能夠為整個電路提供穩(wěn)定的電壓;恒流源模塊能夠根據(jù)控制信號輸出所需的恒定電流;控制模塊由STC89C52單片機(jī)作為控制核心，能夠根據(jù)按鍵和反饋調(diào)整信號輸出;顯示模塊能夠顯示設(shè)置電流值和實際輸出電流值，使操作直觀。

2.硬件設(shè)計部分

2.1電源模塊

電源模塊可以產(chǎn)生多種電壓，不僅可以為單片機(jī)和其他外圍芯片及電路提供穩(wěn)定的供電電壓和基準(zhǔn)電壓。

2.2恒流源模塊

恒流源模塊采用電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，該電路原理圖如圖1所示。該電路主要由LM324芯片和外圍電阻構(gòu)成，其中，LM324芯片是一款單電源供電的高增益四路運(yùn)算放大器。輸出電流通過U1C經(jīng)? ? ? ? ? ?輸出，輸出電流公式為

因此，輸出電流與輸入電壓成正比，可以通過改變輸入電壓來改變恒流源的電流輸出值。

2.3控制模塊

控制模塊采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，單片機(jī)與外圍電路相連，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）芯片、按鍵和顯示模塊等電路。單片機(jī)可以根據(jù)按鍵設(shè)置的輸出電流值，控制DAC芯片使恒流源模塊輸出相應(yīng)的電流值。同時單片機(jī)根據(jù)ADC芯片采集到的實際電流值同步調(diào)整輸出。

DAC芯片采用由德州儀器（TI）生產(chǎn)的DAC0832芯片。該芯片是一款8位雙緩沖乘法模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電流建立時間為1 us。

ADC芯片采用由德州儀器生產(chǎn)的ADC0804芯片。該芯片是一款8位逐次逼近型ADC芯片，轉(zhuǎn)換時間為100 us。

按鍵模塊由3個按鍵構(gòu)成，分別實現(xiàn)“加”、“減”和“確認(rèn)”功能?！凹印?、“減”按鍵能夠設(shè)置電流值，按下“確認(rèn)”鍵后單片機(jī)能夠按照當(dāng)前設(shè)置的電流值進(jìn)行輸出。

2.4顯示模塊

顯示模塊選擇了0.96寸OLED屏幕。該款OLED由SSD1306芯片驅(qū)動，使用IIC總線控制，IIC總線只有SCL和SDA兩根控制線，所以大大節(jié)省了單片機(jī)IO口，可以將其余的IO口分配給其他模塊，而且該顯示屏具有完整的驅(qū)動程序，方便用戶調(diào)用。

3.軟件設(shè)計

單片機(jī)既可以用匯編語言開發(fā)，也可以用C語言開發(fā)，相比匯編語言，C語言結(jié)構(gòu)更加清楚，可讀性更高，學(xué)習(xí)更加容易，因此本次設(shè)計采用C語言開發(fā)。

主程序流程圖如圖2所示。

4.調(diào)試

根據(jù)電路設(shè)計圖焊接電路板，在測試電路連接正確以及無短路和無虛焊等問題后，進(jìn)行上電操作，將程序下載到單片機(jī)后，對電路進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表1所示。

從表中可以看到，實際輸出電流值與設(shè)定電流值最大誤差為2%，最小誤差為0.13%，平均誤差為0.85%，本次設(shè)計較好地達(dá)到了預(yù)期的效果。

5.結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)的可調(diào)恒流源，輸出電流值可以根據(jù)需要使用按鍵進(jìn)行設(shè)計，另外，通過使用負(fù)反饋電路，對實際電流值和設(shè)定電流值進(jìn)行比較和調(diào)整，可以使輸出電流更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)。該恒流源可以使用在多種需要恒流源的電路中，并且可以通過使用更高精度的DAC芯片和ADC芯片提高輸出精度。

參考文獻(xiàn)

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