基于单片机的数控恒流源设计

湖南工业职业技术学院\电气自动化\工程实训

1 基于单片机控制的直流恒流源的设计

摘 要

目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科，它对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。

本文设计了一种基于单片机控制的数控直流恒流源。该恒流源以 AT89S52

为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器 OP07 和达林顿管

TIP122 构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及 12 位 D/A 芯片 MAX532、16 位 A/D 芯片 AD7715，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制。人机接口采用 4×4 键盘及 LED 数码管显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。

本文在软件设计上采用增量式 PID 控制算法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了如下的优点：一是算式中不需要累加，控制增量的确定仅与最近三次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；其次是计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程。

文章最后对该恒流源的主要性能参数进行了测定，测试结果表明：该系统已基本达到预期的设计目标，具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点，可以应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。

关键词：单片机，数字控制，恒流源，PID 控制算法

目 录

第一章 绪论 ……………………………………………………………4

§1.1 恒流源的应用……………………………………………4

1.1.1 在计量领域中的应用 ……………………………………4

1.1.2 在半导体器件性能侧试中的应用 ……………………………4

1.1.3 在传感器中的应用 ………………………………………5

第２２卷第３期　２０ｌ０年９月　浙江水利水电专科学校学报　Ｊ．Ｚｈ￣ｉａｎｇ　Ｗａｔ．Ｃｏｎｓ＆Ｈｙｄｒ．Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｖｏ１．２２　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２０１０　

基于单片机ＳＰＣＥ０６１　Ａ数控直流电流源的设计　

徐柳娟，杨启尧　

（浙江水利水电专科学校，浙江杭州　３１００１８）　

摘要：采用单片机ＳＰＣＥ０６１Ａ为控制核心，实现０到２Ａ数控可调直流恒流源．电流测量采用康锰铜电阻丝作为精　密取样电阻，利用Ａ／Ｄ输入１：７进行电流检测和监控．输出电流控制采用单片机的Ｄ／Ａ口输出模拟量；恒流部分的　

控制端采用闭环反馈控制形式，受控部分采用达林顿管进行扩流、采用ＬＣＤ点阵图液晶显示屏实时显示．该电流源　可用于污水泵站的仪表中．　

关键字：ＳＰＣＥＯ６１Ａ；数控可调；直流恒流源；Ａ／Ｄ；Ｄ／Ａ　中图分类号：ＴＭ１３１．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—５３６Ｘ（２０１０）０３—００６１—０３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｏｕｒｃｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＳＰＣＥ０６１Ａ　

ＸＵ　Ｌｉｕ—ｊｕａｎ，ＹＡＮＧ　Ｑｉ—ｒａｏ　（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｊｇｉｔａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＳＰＣＥ０６１Ａ，ｃａｒｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｆｒｏｍ　０Ａ　ｔｏ　２Ａ．　Ｔｈｅ　ｍａｎｇａｎｅｓｅ　ｃｏｐｐｅｒ　ｗｉｒｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｅ　Ａ／Ｄ　ｉｎｐｕｔ　ｐｏｒｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｅｌＭ７一　ｒｅｎｔ　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　Ｄ／Ａ　ｏｕｔｐｕｔ　ｐｏｒｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｉｅｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｇｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｌｏｏｐ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｅｎｌａｒｇｅｄ　ｂｙ　Ｄａｒｉｎｇｔｏｎ　ｔｕｂｅ，ｗｉｔｈ　ＬＣＤ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｄｉｓｐｌａｙ．Ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｗｉｄｅｌｙ　

摘要

本文介绍了一种开环智能数控直流电流源的设计原理和实施方案，该方案采用D/A（MAX531）转换器、运算放大器等器件来控制场效应管导通状态的原理，达到了输出恒流的目的。整个系统采用AT89S52单片机作为主控部件，将预置电流值数据送入D/A转换器（MAX531），经硬件电路变换为恒定的直流输出，同时采用基本没有温度漂移的康锰铜电阻丝作为精密采样电阻。采用性能优于普通晶体管的场效应管作为恒流源的主要部件，大功率晶体管作为扩流电路的主要器件，结合三端稳压管和多层滤波使得整个系统性能提升了一个层次，从而实现了高精度恒流源的目的。系统还对输出电压进行实时采样，通过A/D转换器采样回单片机与用户给定的限压值进行比较，从而监控了输出电压。同时通过键盘的控制,实现了输出电流值和限压值可预置，可步进调整、输出的电流信号和电压信号可直接数字显示的功能，并具有输出电压实时监控限压报警并自动降低输出电流等功能。与以往的直流恒流源相比，此次所设计的恒流源具有精度高、结构简单、工作稳定、操作方便、成本低廉、带负载能力强等优点。

关键词： 恒流源 AT89S52单片机 MAX531 MAX187

Abstract This paper introduces a smart NC open-loop DC current source design

principle and the implementation of the programme, using the D / A

(MAX531) converters, op amp, and other devices to control FET on-state

principle, the output reached constant current purposes. AT89S52 the

entire system uses a single-chip microcomputer control components,

蠢蓦　钡啊ｉ式技市　

籍魏誉滚霉滚舞设计　

●（常州工程职业技术学院。常州２１３１６４　Ｊ　梅笙李玮　厂　摘要：本文详述了如何利于单片机ＡＴ８９ｃ５２来设　计一个数控嵩流电流源。并给　了程序设计流程圈。　关键词：ＡＴ８９Ｃ５２；　控直流电流源：中斯　

１．１总体设计思路　设计并一个数控直流电流源，其输入交流２００～　２４０Ｖ，５０Ｈｚ；输出直流可在２００ｍＡ～２Ａ之间连续可　调。设计中采用单片机系统为核心的控制方式，通过　Ａ／Ｄ转换对电流源电流信号进行采样，再通过Ｄ／Ａ　转换控制电流源。用开关切换步进电流幅度（１０　ｍＡ　和ｌ　ｍＡ）。由两个按键分别实现”＋”、”一”增加和减少　恒流源输出电流的步进控制。　１．２系统组成　经过方案比较与论证，最终确定的系统组成框　图如图ｌ所示。由主电源、辅助电源、直流电流源、　Ｄ／Ａ转换器、Ａ／Ｄ转换器、单片机系统及显示与按　键组成。　２２Ｏ　

图１直流电源设计框图　漉　秘嘲阱。　２．１电流源电路的设计　

使用浮地电源的高输出电压一电流转换电路实　维普资讯 涣皿ｉ式技市　现电流源。如图２所示，主电源提供３０Ｖ左右的直流　电输入。被Ｕ５输入电阻和Ｒ５电阻分压后形成３～　３０Ｖ之间的电压。在Ｕ５反相端输入后，输出变正。然　后由Ｖ１～Ｖ３放大提高输出端电压。经负载电阻后，　输出稳定的电流。由于一般的恒流输出电路中，如果　负载电阻增大，使输出电流在负载电阻上产生的电　压超过电源电压，电路就不能在恒流状态下工作。而　这种电路采用浮地的两组电源，可以获得大于２００Ｖ　的负载电压。这样即使负载电阻增大，电流源仍然能　够在恒流状态下工作。　用接口引出。具体电路如图３所示。数码管显示是单　片机通过图中的Ｊ４与Ｐ０．３相连进行显示控制的。按　键”＋”、”一”的输出由图中的Ｊ３分别接入单片机的　ＩＮ０、ＩＮ１中断，两只模拟开关的输入信号则是通过经　由图中的Ｊ３分别与单片机中的定时器Ｔ１和ＴＯ连　接。用来控制电流源的Ｄ／Ａ转换电路由图中的Ｊ４与　单片机系统相连。取样电流经过ＡＩＤ转换电路，由图　中的Ｊ１引入单片机。