基于单片机控制的高精度直流电流源系统的开发

２０１２正　第７期　仪表技术与传感器　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　２０１２　Ｎｏ．７　

高精度程控电流源的设计　

王丽，康红明，谢东岩　

（黑龙江科技学院电信学院，黑龙江哈尔滨１５００２７）　

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。　

关键词：电流源；ＡＤｕＣＳｌ２；反馈　

中图分类号：ＴＰ２１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—１８４１（２０１２）０７—０１０５—０２　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｏｕｒｃｅ　ｗｉｔｈ　Ｈｉｇｈ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　

ＷＡＮＧ　Ｌｉ，ＫＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｍｉｎｇ，ＸＩＥ　Ｄｏｎｇ—ｙａｎ　

（Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００２７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ＤＣ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＡＤｕＣＳｌ２　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　

ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃａｎ　ｍｅａｓｕｒｅ　ａｃｔｕａｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄ　ｏｕｔｐｕｔ　ｓｉｇｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｆｅｄ　ｂａｃｋ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　

第２３卷第２期　Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．２　重庆工商大学学报（自然科学版）　

Ｊ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｕｎｉｖ．（Ｎａｔ　Ｓｃｉ　Ｅｄ）　２００６年４月　

Ａｐｒ．２００６　

文章编号：１６７２—０５８Ｘ（２００６）０２—０１７３—０４　

高精度宽范围数控直流电流源设计　

徐克强　

（重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，重庆４０００６７）　

摘要：采用ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机，设计了一个高精度宽范围的数控直流电流源。硬件部分通　过ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机的Ｄ／Ａ输出控制压控电流源，该电流源的实际输出电流通过采样电阻转换　

成电压送Ａ／Ｄ转换器，并与预设值进行比较；若有误差再调整Ｄ／Ａ转换器的输出，从而改变压　

控电流源的输出电流，使该电流输出值与预设值相等。软件部分通过闭环控制、ＰＩＤ算法以实现　高精度、高量程的电流输出。电流源输出电流最大值２００　ｍＡ，电流步进精度＞０．２　ｍＡ。　

关键词：ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机；电流源；反馈；ＰＩＤ算法　

中图分类号：ＴＮ　８６　文献标识码：Ａ　

１　硬件设计　

系统原理如图１所示，通过面板按键对电流值进行预置，单片机输出相应的数字信号，经过Ｄ／Ａ转　

换、信号放大、压控恒流源，输出电流信号。实际输出的电流再利用精密电阻采样变成电压信号，经过高　

输人阻抗差动放大器、Ａ／Ｄ转换，将信号反馈到单片机中。单片机将输出反馈信号再与预置值比较，送出　调整信号，再输出新的电流，从而形成闭环调节以提高输出电流的精度。　

Ｓ　—　Ａ输输出信号放大卜．．—　＝　Ｐ　Ｉ　ｌ　ｌ浠源　

Ｃ　互　Ｅ０６　

ｌ　￣Ｄ输入信号差动放大　竖　Ａ　

图１　系统原理框图　１．１主控电路及外围电路　

（１）主控电路。单片机选用ＳＰＣＥ０６１Ａ（图２）。ＳＰＣＥ０６１Ａ是１６位结构的微控制器，ＳＰＣＥ０６１Ａ内置　

２　ＫＢ的ＳＲＡＭ和３２　ＫＢ的闪存（ＦＬＡＳＨ）；２个１Ｏ位ＤＡＣ（数一模转换）输出通道；３２位通用可编程输人／　输出端口；１４个中断源可来自定时器Ａ／Ｂ、时基、２个外部时钟源输入；具备触键唤醒的功能；７通道１Ｏ　

电子系统设计创新与实践实习报告

——数控直流电流源制作

学院： 信息科学与工程学院

班级： 通信工程09-1

姓名：

学号：

指导老师：

摘 要

此次实习我的选题为数控直流源的设计与制作，我们小组在参考传统电流源以及普通数控电流源的基础上，在充分考虑性价比的同时提高数控电流源的准确性，再通过软件控制来实现数控直流源的工作。

本系统主要由直流电流源和单片机控制系统两部分组成。直流电流源采用连续调整型恒流源，电源电路分为四个模块电路：比较放大器、MOS型调整管、采样电阻和负载。根据题目要求，我们采用的是8位A/D转换芯片ADC0832，8位D/A转换芯片DAC0832，通过AT89C52单片机控制系统进行校正，同时它还负责键盘输入和LCD显示功能，人机界面友好。

关键字：直流源、AT89C52、DAC0832、ADC0832、LCD1602

一、数控电流源简介

所谓恒流源就是输出电流极其稳定不随负载变化。为了保证电流不变，输出电压必须始终符合V=I*R。即负载需要多大电压，恒流源就必须输出多大电压，“无条件”予以满足。负反馈的作用就是“使之稳定”。通过时刻“检查”控制对象的状态，并进行调整。发现小了，就设法使之增大，发现大了，就设法使之减小。形象地说，电流负反馈电路则是采样输出电流，计算误差，据此调节自身状态，使输出电流稳定，因而，输出特性接近恒流源。

随着电子技术的不断进步，对电子仪器的要求也不断提高。电源作为电路的动力源泉更是扮演着越来越重要的角色，然而传统的电流源不论是在控制精度还是输出特性上都无法满足要求。再者单片机技术的不断发展和D/A，A/D技术的不断成熟使得数控电源成为可能，数控电流源不论是在控制精度还是在可操作性上都有传统电源无法比拟的优势。

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。