一种基于STM32的高精度程控电流源设计

基于STM32的多功能模拟量输入输出系统设计夏好广【摘要】为满足列车网络中信号采集及控制的需求,设计了一种基于STM32微控制器的多通道、多功能的模拟量输入输出系统,其中输入通道可采集电流或电压信号,并由STM32微控制器控制高精度采样芯片AD7606对模拟输入信号进行转换.另外,模拟输出信号通过STM32微控制器控制精密电压/电流输出驱动器AD5750输出.每个输出通道可通过编程实现-10 V至+10 V的电压连续输出或-20 mA至+20 mA的电流连续输出.该系统还集成了INTERBUS模块,可通过INTERBUS总线进行远程通信.实验结果表明,该系统具有精度高、体积小的优点,有广阔的应用前景.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2018(038)001【总页数】4页(P19-22)【关键词】STM32;输入输出;电压源;电流源【作者】夏好广【作者单位】中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U266.2现代化高速动车组普遍采用列车网络控制管理系统对车辆进行检测、控制和诊断，其中，网络系统中经常会用到模拟量输入输出模块，如一些温度传感器需要模拟输入模块来采集电压信号或电流信号。

然而，对车辆侧的一些控制则需要模拟输出模块来实现，即通过将中央控制器或司机室指令转换为模拟信号来对一些传感器进行控制。

模拟信号可以是电压信号也可以是电流信号，其中，电压信号一般应用于短距离传输，电流信号用于远距离传输(常用4～20 mA的电流环[1-2])。

目前，大多数模块或系统只针对某一种信号类型进行了设计，而现场设备往往具有多种需求，特别需要通用性更强的模拟量模块。

针对模拟量模块多功能化的需求，设计了一种基于STM32的便携式、多功能模拟量模块。

该模块可提供两通道输入信号采集(电流电压模式可切换)，四通道输出(电流电压模式可切换)，电流范围-20～20 mA连续可调，电压范围-10～10 V可调。

高精度程控直流电流源的设计与实现刘洪;赵若晴;李姗;武和雷【摘要】设计了一款高精度、低纹波、稳定性高的程控直流电流源,它采用STM32F103微控制芯片作为整机的控制核心,设计上位机软件来实现对硬件系统的调控.硬件系统由双闭环结构组成,内环是由PI控制器构成电压串联负反馈,提高了输出电流的稳定性.外环则是通过A/D采样电路将实际电流值送入主控芯片,再根据相应控制算法重新调整D/A的输出,提高了输出电流的精度.测试结果表明,电流源的输出电流稳定度高达0.003％,精度达0.01％,最大输出电流高达25 A,适用于电力部门、计量院等对电源精度要求高的场合.【期刊名称】《测控技术》【年(卷),期】2019(038)002【总页数】5页(P88-92)【关键词】高精度;双闭环方案;大电流;直流电流源【作者】刘洪;赵若晴;李姗;武和雷【作者单位】南昌大学信息工程学院,江西南昌330031;南昌大学际銮书院,江西南昌330031;南昌大学信息工程学院,江西南昌330031;南昌大学信息工程学院,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TP216随着集成电路和网络技术的飞速发展，直流电源逐渐进入数字化和智能化的时代。

传统的模拟电源大多是由纯模拟电路组成，其电路参数一般不可调节，且电路中经常采用大量的电阻、电容、晶体管等分立元器件，致使电源制作完成后的体积非常大，不利于后期的安装与维护[1]。

稳定性是判定电源好坏的一项重要指标，研制稳定度不高的电源对工业生产毫无价值。

另外，由于空中存在着大量电磁波的干扰，相对于数字电路来说，模拟电路受环境影响较大，抗干扰能力弱得多，因此难以保证电源的精度。

近年来，高精度程控直流源的占有率在直流电源市场有了显著提升，国内厂商生产的直流电流源一般输出范围窄、电流精度低、纹波电流较大，主要适用于一些要求不高的用户，难以满足一些条件苛刻的应用场合。

而国外的电源种类虽多，且具有高精度、低噪声、纹波小等特点，但价格昂贵，性价比不高，不适于广泛使用。

摘要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，服务于各个行业。

随着计算机和通讯技术发展而带来的现代信息技术革命，给电源技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源技术提出了更高的要求。

现在市场上数控电流源的存在输出精度不高，功率密度比较低，带负载能力不强，体积大，价格较高，操作繁琐，工作状态不稳定等弊端，因此数控电源的主要发展方向是针对上述缺点不断改善。

数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

所以，高精度的数控直流电流源有很大的发展空间。

在本设计中将采用STM32单片机为系统的主控制器,能够实现多功能、宽范围、可调节等诸多功能，为更好的实现恒流提供条件，完成数控电流源的设计。

STM32片内集成的A/D转换器、D/A转换器和PWM发生模块降低了系统复杂程度，使系统简单，可靠，低价。

关键字：电源技术；数控电流源；STM32；数字化ABSTRACTPower technology, especially CNC power technology is one engineering technology with strong practice, it services for every field. Modern information technology revolution, that brought with the development of computer and communications technology, provides a broad development prospects, but also makes a higher demands in power supply technology. At the present time CNC current source on the market exists some shortcomings, such as output precision is not high, the power density is relatively low, capacity with a load is not strong, bulky, expensive, complicated operations, instability working state and so on. So the major develop direction of CNC power is specialized for these shortcomings, and to reform them. Digital intelligent power modules is made against the lacking of traditional intelligent power modules, digitize can reduce uncertainty and human participating quantity of links in the production process, and resolve some engineering problems effectively, such as reliability, intelligence, product consistency problem and so on, and greatly improve production efficiency and maintainability of the product. Therefore, high-accuracy CNC DC current source has a lot of space to develop. In this design,STM32 MCU will be used as the main controller of the whole system, it can achieve the multi-function, wide range ,adjustable, and many other functions, providing better conditions for achieving constant current and completing the design of CNC current source. It integrates A/D converter, D/A converter and PWM module in STM32 chip, thus reducing complexity of the system, keep the system simple, reliable and low price.Key words:Power technology; Numerical control current source; STM32; digital目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章 (1)1.1 数控电流源项目的目的和意义 (1)1.2 数控电流源在国内外的发展概况 (2)1.3 基于STM32的数控电流源的设计的内容 (4)第2 章 (5)2.1 数控电流源的核心技术原理 (5)2.2 方案的总体设计 (6)2.2.1 数控电流源的主控芯片的选择 (6)2.2.2 基于STM32的数控电流源系统结构 (8)2.2.3 恒流源模块电路的方案讨论 (9)2.3 本章小结 (9)第3章基于STM32数控电流源的硬件电路设计 (10)3.1 恒流源模块电路的设计方案 (10)3.1.1 以LM350A为恒流源模块的核心元件的恒流源电路 (10)3.1.2 数控宽范围调整、大电流输出恒流源电路 (14)3.2 数控部分 (16)3.3 供电电源 (18)3.3.1 三端稳压器 (18)3.3.2 供电电源电路 (19)3.4 本章小结 (20)第4 章 (21)4.1 主程序设计 (21)4.2 负载电流取样子程序设计 (22)4.3 键盘中断程序设计 (23)4.4 LCD1062显示程序设计 (24)4.5 本章小结 (24)结束语 (25)参考文献 (26)致谢 (28)附录 (29)附录A (29)附录B (31)第1章引言1.1 数控电流源项目的目的和意义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，服务于各个行业。

stm32直接控制mos的极高效率的电源设计电源充电器鉴于目前大家常用的开关电源工作效率都不太高的现状，我和@2545889167深感痛心，并且决定打造一款极高效率的双向DC-DC 电源，它使用stm32f334作为主控，直接产生高频pwm控制mos管的通断，并配合同步整流，达到极高的工作效率。

先来两张电源总体的图片。

至于工作效率，来一张降压的图展示一下。

输入30.17V，电流0.706A，输出20.76V，电流1.0036A，于是可得降压效率为97.8%，效率还OK吧。

再来一张升压的图片输入16.70V ，电流1.858A，输出30.78V，电流 0.9962A，效率98.82%。

这两张是我们这个电源极高工作效率的一个缩影。

一般来说，对于16~36V的输入，工作电流1~2A，降压效率都在95%以上，升压效率略高，在96%左右。

1L先简单解释这个电源的原理，2L将详细介绍。

这个电源采用双向半桥拓扑结构，结构极其简单，仅由两个mos管，一个电感，一个mos驱动芯片组成。

mos驱动芯片型号为ucc27211，TI家的，mos 驱动电流最大4A，典型应用电路为这款芯片内置自举二极管，因此，外部元件极其少。

事实上，我们电源的实际电路就如上图所示，只是变压器的地方是一个电感而已。

实际电路图在2L有介绍。

这个电路的核心为pwm的产生和mos管的选择。

因此，我们选择了意法半导体专门为工业应用设计的334型号来作为主控，产生高频pwm。

mos 管方面，应当选择导通电阻小的mos管，这个电源设计中，我们选择了irf3205，8mOhm的导通电阻，使得我们电源的热损耗极其小。

1L 的简介到此为止，详细介绍请移步2L。

这个电源呢，算是上一个DC-DC玩耍的入门贴“分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验，QC3.0快充原理（TPS61088 SX1308 PT4103）|/read.php?tid=2134373”的进阶版本。

基于ARM处理器的数控电源设计摘要：电源是现代完成产品设计的最基本工具之一。

在现代科学研究和工业生产中, 制作低纹波、高精度的稳定直源有非常重要的意义。

本文详细论述了基于ARM处理器的数控电源设计的设计过程，详细介绍了每个模块的工作原理。

本设计基于ARMv7-M体系结构STM32F130VCT6单片机作为主控制系统，配合12位AD、DA、EEPOM、RTC时钟、设计相应的模拟数字硬件电路。

关键词：数控电源，ARM，12位AD，12位DADigital power supply design based on ARM processorAbstract: Power is the most basic of modern product design to complete one of the tools. In modern scientific research and industrial production, theproduction of low ripple, high accuracy and stability are very importantdirect source of meaning. This paper describes the ARMprocessor-based design of digital control power supply design, detailthe working principle of each module. The design is based onARMv7-M architecture STM32F130VCT6 MCU as the master controlsystem, with 12-bit AD, DA, EEPOM, RTC clock, the appropriatedesign of analog and digital hardware circuit.Key words:digital prower ,arm , 12bitAD, 12bitDA1前言低纹波、高精度稳定直源就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，同时对电源控制数字化和智能化, 实时处理大量信息, 实现电压、电流、频率、相位、波形等参数的精确控制和高效率处理来获得高性能的电源是电源设计技术的重要趋势。

基于STM32程控电源的硬电路设计摘要：电源作为任何地电子产品的动力源泉，其性能优良直接关系着产品的可靠性；本文采用STM32作为主控制芯片，利用ZigBee无线传输技术搭建主从机，从机利用AD7705采集程控电源的电压与电流参数信息，主通过ZigBee接受从机传输的电源参数信息进行信息识别与处理，从而使得从机可以利用PWM信号调控程控电源。

关键词：STM32 程控电源 ZigBee1.引言伴随着材料工程和通讯工程的发展，传统的数字电源正从单一的，笨重的的设计转变为多功能，便携性的设计。

在保证了传统数字电源的调节范围广、纹波低的特性后，又添加了轻便。

高效的设计。

这样的新型数字电源设计不经能够大大减少数字电源在正常工作时产生的异常次数，并且随着数字电源的体积和重量的减少。

这样设计出来的新型电子产品的体积和重量会大大减少。

本设计为新型的数字电源设计提供了一种无线控制解决的方案。

具有很大的研究意义。

2系统方案设计如图2.1，本设计首先将220V市电通过整流电路转变成直流电，同时利用BUCK电路降压获得可被程序设计控制的直流电；其次，采用分压与康电阻采样电阻，对程控电源的输出电压及电流进行采集；通过ZigBee无线传输技术，主机将从机采集的电压与电流信号加以提取和分析，利用数字PID算法合理的控制从机的输出电压，并最后在从机的OLED屏幕上显示出当前的电压与电流信号。

图1 系统方案设计图1.硬件的电路设计3.1 STM32最小系统电路STM32单片机最小系统如图2所示。

时钟电路采用低电平将STM32单片机程序复位。

晶振旁的等效电容保证了晶振震荡的稳定性并且还能防止晶振损坏，使晶振一直工作在高增益的工作区。

图2 TM32最小系统电路图3.2BUCK-BOOT电路的搭建与设计BUCK电路也称降压式交换电路如图3所示，本设计采用的BUCK电源拓扑电路主要分为PWM信号驱动电路和BUCK电路，PWM信号驱动电路主要是将单片机产生的PWM信号进行功率放大，放大到能够驱动后面BUCK的电路的MOS管，NPN三极管的发射极接电源正，PNP三极管的集电极接GND。

高精度程控电流源的设计王丽;康红明;谢东岩【摘要】采用ADuC812单片机作为整机的控制单元,通过软件和外围电路设计,使程控直流电流源具备实时检测实际输出电流值的功能,并通过采样将实际输出反馈到单片机中,单片机对数据进行分析、处理后再重新调整D/A输出的值,从而达到稳流的目的.所设计的电流源还具有电流可预置、可步进调整以及可同时显示电流预置值和实测值等功能.该系统具有结构简单、工作稳定、纹波电流小、控制精度高、成本低廉、实用性强的特点.%The programmable control DC current source based on a single-chip microcomputer ADuC812 was designed,and the hardware structure and software program was introduced. The current source can measure actual output current,and output signal of (he current can be fed back to the single-chip microcomputer through the sampling at the same time. The single-chip microcomputer readjusts output value ofD/A after data analysis to stabilize current. The current source, realizedthat the current can be set and adjusted step by step,and the steppoint value and actual measurement value can be displayed at the same time. The system is characterized by simple structure,good stability,low ripple current,high accuracy of control,low cost and high practical value.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2012(000)007【总页数】3页(P105-106,110)【关键词】电流源;ADuC812;反馈【作者】王丽;康红明;谢东岩【作者单位】黑龙江科技学院电信学院,黑龙江哈尔滨150027;黑龙江科技学院电信学院,黑龙江哈尔滨150027;黑龙江科技学院电信学院,黑龙江哈尔滨150027【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言电流源是各种电子设备中不可缺少的重要组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。

现代电子技术Modern Electronics Technique2023年7月1日第46卷第13期Jul.2023Vol.46No.130引言恒流源是能输出恒定电流的电源，目前广泛应用在半导体参数测试、LED 的研发、敏感传感器的供电等研究领域以及高校电子技术实验室中[1⁃3]。

常见的恒流源可分为开关型恒流源和线性恒流源。

利用运放和晶体管构成的线性恒流电路稳定性好，但电源效率低；利用场效应管构成的开关型恒流源电路相较于线性电源具有功耗低、效率高、控制方便等优点[4]。

单片机应用高精度A/D 和D/A 转换器结合开关型恒流源电路组成的数控恒流源可以实现高精度输出[5⁃6]。

然而，频繁开断开关管会大幅增加直流电源输出的纹波成分。

纹波的存在会使恒流源效率降低，同时可能击穿容性负载，甚至造成浪涌电流烧毁电器，是限制开关管型数控恒流源输出精度进一步提高的重要因素[7]。

通常提高开关管的通断频率可以有效减小纹波，然而高频通断开关管会使其发热发烫，影响使用寿命。

若将两路波形完全相同、变化趋势完全相反的电流进行叠加，其中各阶次的纹波将相互抵消，使输出为平稳的直流电流。

本文设计了一种基于STM32单片机控制的双路斩波电路为恒流方式的数控恒流源，通过双斩波恒流电路中两路电流的叠加显著消除输出纹波，从而大幅提升输基于STM32的小纹波高精度恒流源系统设计刘文胜，李宗平，谭亲跃，兰鹏飞，曹锦阳（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100）摘要：针对传统恒流源输出稳态误差大的问题，提出一种STM32单片机控制的双路斩波电路恒流方式的数控恒流源设计方案。

主控制器应用PID 算法不断将采样值与预期值比较修正后经D/A 转换输出调整电压，与采样电阻端电压共同驱动SG3525产生两路占空比相同、相位差180°的PWM 波驱动双路斩波电路，两路反向变化的脉动电流叠加后输出平稳电流，以此来减小纹波电流，从而提高输出精度。