文献综述
通信工程
数控电流源
摘要：通过文献的阅读，总结了他们各个模块的优缺点。本文介绍了基于单片机控制的数控电流源设计，包括它们的硬件组成部分及软件系统等。并对它们各自的硬件组成部分，软件部分进行比较分析，归纳总结他们的优缺点等。对其数控模块，电源模块等选择的方法进行分析。
关键词：pic单片机；电流源；D/A转换器
一、引言：
通过阅读参考文献[1]-[5]了解到电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，涉及了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。计算机和通讯技术的发展，给电力电子技术提供懒人广大阔的发展前景。同时也给电源提出了更高的要求。普通电源由于精确度不高等缺点已不能满足现实的需要。直到单片机技术和电压转换模块的出现，才使精确数控源的发展有了可能。基于模拟电路的电流源虽然可以实现高精度、宽电流范围输出，但其结构复杂, 调整困难，指示不直观。随着单片机技术的发展，数字控制电流源开始出现，其以控制灵活、调节方便等特点展示了良好的应用前景。
电源技术在数控机床上的应用广泛，例如：开关稳压电源在数控机床上维修改造中的应用，用它来测试调整电压，消除故障等。电源技术在新能源汽车领域的应用也占有很大的优势，既环保又节能。
二、应用于数控电流源的常用单片机
PIC16F877A:PIC16F877A采用的是哈佛结构，能实现指令的单直指节化，有精简指令集技术，
寻址方式简单，I/O口驱动能力强，具备SPI串行总线端口，外围电路简洁，不仅便于开发，而且还可节省用户的电路板空间和制造成本。程序保密性强，有低功耗、宽电压设计，能将相当一部分外围器件结合在一起，使用方面、抗干扰能力提高。
CYGNAL公司的C8051F020型单片机，该单片机是一种处理混合信号系统级芯片, 具有与8051 指令集完全兼容的CIP- 51 内核。芯片上有一个真正12位100ksps、8通道带可编程增益放大器的ADC 及真正8 位500ksps、带可编程增益放大器的ADC, 还有双12 位可称快更新的DAC, 丰富的串行接口: 具有双工UART、PHILIPS 或INTEL 标准的I2C/ SMBus 串行总线及MOTOROLA 的SPI 串行总线等。它采用流水线结构, 执行指令可高达25MIPS 的速度, 比标准8051 快20 倍以上, 丝毫不逊于PIC、AVR 单片机。采用该芯片的通信口、一块将TTL 电平转换为232 电平的集成电路加上光偶, 组成通信接口,
整个系统结构紧凑, 稳定性和速度等性能指标更高。
89S52 单片机基本系统: 数控部分的核心采用89S52。晶振、复位、74LS245、非易失存储等组成单片机的基本系统。
SPCE061A:SPCE061A 单片机为一种16 位单片机,被用来作为数控直流电流源的核心控制器件主要是基于以下考虑:其数据处理能力较强,在功能上远超过8 位单片机;集成度较高,基本不使用外部接口;SPCE061A 单片机内部自带有10 位的DAC 和ADC 转换器,其接口是可编程控制的,使用起来更方便可靠;有支持DSP(数字信号处理) 的指令,可方便地实现语音处理功能;带有LCD ,可实现多数的同时显示.。
二、基于单片机控制的数控电流源
文献[2]介绍的一种以PIC16F877A单片机为核心部件，采用PID算法实现量程可选、输出可调、步进精确等功能的电流源。核心部件PIC16F877A单片机是Microchip公司开发的新产品，具
有FLASH编程的功能，可以直接在单片机上进行如暂停CPU执行，观察寄存器内容等操作，是目前应用最广泛的一种PIC单片机。本设计采用电源模块为开关电源，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来控制D/A的输入，从而控制电流值的方法。本系统主要由数控部分、电源部分和键盘显示电路组成。系统原理框图如图1所示。
由于开关电源的功率器件工作在开关状态，功率损耗小、效率高。与之相配套的散热器体积
大大减小，同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。因此采用开关电源的电流源具有效率高、体积小、重量轻等优点。
由于此设计对电源的要求比较高，尤其体现在对电源的功率和纹波电压的要求上。因此，在
这里采用的是开关电源电路。
文献[3]介绍的电流源是以C8051F020 为核心的单片机系统实现, 利用该单片机内部集成D/A 输出控制信号, 该信号作用到外围电流路, 从而输出所需要的电压, 还利用单片机内部集成A/ D 采样输出电压。该电流源具有开和过载保护功能, 输出电流增减以按键方式调整, 电流值以数字方式
显示。该电流源既可单独使用, 又可以通过串口与PC 机连接, 通过PC 机控制电流源操作( 在PC 机上设定输出电流) 同时电流源将工作状态( 如输出值, 是否开路和过载等) 反馈给PC 机。文献[2]中介绍的D/A转换模块采用的是TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把DAC寄存器复位至全零。它是串行输入的10位高精度D/A转换器，因此经转换的最终输出电压可以达到0V～10V。10位D/A，分辨率为1/2048，选采样电阻为15kΩ，D/A输出的分辨率能实现步进0.01A。此设计主要由微处理器，键盘，电源电路，显示电路，电流调整电路等组成。
文献[5]中介绍以8031单片机为核心的单片机系统与电压电流转换电路实现了电流可预制、可步进调整、输出的电流信号可直接数字显示的功能。该设计主要由电源电路、8031 单片机系统、电压电流转换3 部分组成。
在文献[4]介绍到实现数控直流电流输出的关键为V / I 变换电路,其性能好坏直接影响电流源各项指标. 在文献[4]中采用的是精密的V/ I 变换电路XTR110 外接一个增强型MOS功率场效应管,即可构成0～10 V 输入/ 0～10 A 输出的大电流V / I 变换电路,如图5 所示. 变换精度靠XTR110 和采样电阻的精度来保证. 采样电阻选用功率大于10 W 的精密低温度系数电阻(如康铜、锰铜丝电阻) . 场效应管应选功耗大于200 W、耐压大于24 V 的P 沟道增强型MOS 管.
文献[4]相比文献[5]中的V/I装换电路，它来的更加精确。
三、结论
现如今随着电流源技术应用的越来越广泛，它不仅仅只应用在实验室，在现代科学研究和工业
生产中得到了越来越广泛的应用。它是电子仪器设备的一个重要组成部分，同时在数控机床设备等
的维修检测等起着重要作用。
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