單片機(jī)數(shù)控電流源設(shè)計(jì)

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1、1緒論1.1電流源簡(jiǎn)介所謂恒流源就是輸出電流極其穩(wěn)定不隨負(fù)載變化。為了保證電流不變，輸出電壓必須始終符合V=I*R。即負(fù)載需要多大電壓，恒流源就必須輸出多大電壓，“無(wú)條件”予以滿(mǎn)足。從外部看，就是Ro=∞。如果R→∞，那么V→∞。所以理想恒流源都不允許輸出開(kāi)路。對(duì)于實(shí)際電路，當(dāng)R大到一定程度，電壓輸出能力就會(huì)不夠，輸出電流必然下降，不再恒定。在一般恒流電路中大多采用電流負(fù)反饋來(lái)恒定電流負(fù)反饋的作用就是“使之穩(wěn)定”。通過(guò)時(shí)刻“檢查”控制對(duì)象的狀態(tài)，并進(jìn)行調(diào)整。發(fā)現(xiàn)小了，就設(shè)法使之增大，發(fā)現(xiàn)大了，就設(shè)法使之減小

2、。形象地說(shuō)，電流負(fù)反饋電路則是采樣輸出電流，計(jì)算誤差，據(jù)此調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，使輸出電流穩(wěn)定，因而，輸出特性接近恒流源。衡量“接近”程度的指標(biāo)就是輸出電阻R遠(yuǎn)大于零。一般希望Ro→∞。（只能接近，不可能完全達(dá)到）1.2數(shù)控電流源的必要性作為常用的電子儀器在學(xué)校和研發(fā)和檢測(cè)部門(mén)都有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，特別在電路原理實(shí)驗(yàn)和電子元件老化測(cè)試中都離不開(kāi)電流源。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步對(duì)電子儀器的要求不斷提高，電源作為電路的動(dòng)力源泉更是扮演著越來(lái)越重要的角色，不論是學(xué)校實(shí)驗(yàn)室還是維修中心都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)電源，然而傳統(tǒng)的電源不論是在

3、控制精度還是輸出特性上都無(wú)法滿(mǎn)足要求。首先從精度上來(lái)看傳統(tǒng)電流源的調(diào)整大多采用旋轉(zhuǎn)電位器的方式，在調(diào)整時(shí)電流值主要從電位器的刻度讀出，容易產(chǎn)生讀數(shù)誤差。從可操作性來(lái)看傳統(tǒng)電流原電位器上的刻度有限，不可能非常精細(xì)，僅僅靠電位器的幾個(gè)刻度對(duì)操作者的技巧要求比較高，同時(shí)誤差也比較大。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電源急待改進(jìn)電源。1.3數(shù)控電流源的可行性由于單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和D/A，A/D元件的普及使得數(shù)控電源成為可能，數(shù)控電源不論是在控制精度還是在可操作性上都有傳統(tǒng)電源無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，由于單片機(jī)的平民化，使得數(shù)控電源與傳統(tǒng)電源

4、的成本日益接近。另外，SMT技術(shù)也是飛速發(fā)展，使得數(shù)控電源體積和重量都大大減小，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2數(shù)控電流源硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1傳統(tǒng)電流源的設(shè)計(jì)方案電源作為常用的實(shí)驗(yàn)儀器，在電子領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的電流源的控制部分一般采用模擬電路，即用電位器對(duì)基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行分壓，再進(jìn)行電壓－電流轉(zhuǎn)化，其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，該電路原理框圖如圖2.1所示:電流表電壓/電流變換放大電路基準(zhǔn)電壓源電位器圖2.1傳統(tǒng)電流源方案Figure2.1traditionalcurrentsupplypla

5、n從框圖我們不難發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的電流源方案存在著非常明顯的缺點(diǎn)，首先，輸出電流無(wú)法精確掌握。早期的電流源輸出電流僅僅靠標(biāo)在電位器或者指針表的讀數(shù)讀出，不僅讀取很不方便.度數(shù)誤差比較大,從實(shí)用的角度考慮,現(xiàn)在有些模擬電流源也使用了數(shù)字電流表作為電流顯示,提高了其精確性.但是在可操作性方面依然存在一定的不足.另外用電位器產(chǎn)生參考電位的方法是不恰當(dāng)?shù)?在電子元件中電位器是最容易產(chǎn)生噪聲的,對(duì)干擾也最為敏感,而且在使用一段時(shí)間以后,電位器作為機(jī)械元件會(huì)出現(xiàn)磨損的情況,此時(shí)該電流源的輸出電流將變得不穩(wěn)定,噪聲大幅度提高,如

6、不更換電位器該電流源將無(wú)法正常使用。在可控升級(jí)方面?zhèn)鹘y(tǒng)的電流源方案電路一旦確定可更改的余地較小，可升級(jí)性能差。幾乎不存在什么升級(jí)的可能2.2數(shù)控電流源方案隨著單片機(jī)的日益成熟，其穩(wěn)定性不斷提高，價(jià)格不斷下降使得數(shù)控電流源成為可能，從原理圖來(lái)看，數(shù)控電流源和傳統(tǒng)電流源相似。不同的是數(shù)控電流源是由單片機(jī)控制的D/A提供參考電壓，取代了傳統(tǒng)電流源的電位器，使得不論是在控制精度還是使用壽命上都有很大的提高。另外單片機(jī)具有可編程性，可以進(jìn)行更為復(fù)雜的控制，如輸出特定的波形，和電腦通訊，實(shí)現(xiàn)智能化控制等，這些功能都是傳

7、統(tǒng)電流源難于實(shí)現(xiàn)的。該電路原理框圖如圖2.2所示:經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，傳統(tǒng)電流源的電流控制電路已經(jīng)相當(dāng)成熟，在用D/A替代了電位器以后，其性能有很大的提高。D/A變換緩沖電壓/電流變換放大電路A/D變換MCU鍵盤(pán)LED顯示器圖2.2數(shù)控電流源原理圖Figure2.2numericalcontrolcurrentsupplyschematicdiagram2.3數(shù)控電流源的方案比較方案一：通過(guò)編碼開(kāi)關(guān)來(lái)控制存儲(chǔ)器的地址；根據(jù)地址輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字量送數(shù)模（D/A）進(jìn)行轉(zhuǎn)換；再根據(jù)輸出的電壓量來(lái)控制電流的變化；同時(shí)；通

8、過(guò)四個(gè)編碼開(kāi)關(guān)的BCD碼送給4511及數(shù)碼管顯示。此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路原理簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大且存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量有限，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)編碼開(kāi)關(guān)不穩(wěn)定，所以不宜采用。其電路方框圖[1]如圖2.3所示：圖2.3方案一方框圖Figure2.3aplanblockdiagram方案二：采用以89C52為核心的單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)控制D/A的數(shù)據(jù)的輸入并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出同時(shí)單片機(jī)把輸入的預(yù)值電流送數(shù)碼管顯示，再改變輸出的電壓量來(lái)控