基于单片机的高精度数字直流电流源设计

金色传说

摘要:本设计以单片机系统为核心,实现了直流电流源的程控电流输出。设计分电源,AD和DA转换,电流源输出,显示和控制
: f" r8 H) H2 w模块。系统使用12位的AD和DA芯片,提高了输出电流的精度;输出模块引入控制器,有效控制了电路的非线性失真,输
: T- g* C7 s9 p; ]# I/ P; ~! l3 A) z出电流无静差跟踪电流给定。实验结果表明;给定电流在2OmA-200mA内变化时,系统输出电流误差小于1mA,电流纹波小
3 q$ s% n) [9 v3 m/ c% M于0.2mA。
关键词:单片机; DA转换;电流源; P控制
6 A, y( F. u4 t- E 1引言
直流电流源是一种应用广泛的电子仪器，对于
要求输出电流可调的情况，最简单实用的方法是通
  N: s2 x% ^, n/ w% k6 n$ {& b* d过软件控制来实现。使用单片机作为主控部件,系统
设计简单方便。本文设计的直流电流源是以凌阳61
单片机系统为核心,采用12位外部扩展MAX531DA
和MAX197AD芯片,并在外部电流输出模块中引人
5 U. w: r0 }4 ]' k+ n  ePI 控制,构成电流闭环,有效消除了由于电子器件本
身以及外界干扰造成的输出误差，大大提高了电流
源的精度。
; I" L0 P) c5 h系统原理与设计方案
系统主电路采用全桥整流电路作为负载电路电
源,并选用大功率三极管串联电路进行电流输出。控
: e" H* z4 ?& l0 [7 f2 X' T制电路使用凌阳61单片机，单片机扫描键盘显示接
口,当有键按下时,键值通过83编码器CD4532读给
) c# m* Y8 S# L3 f: D9 w单片机。单片机控制DA转换,转换输出值经过电流源
输出模块输出。输出电流经采样放大电路一方面传递
给AD转换器转换成数字量信号，经处理后换算成相
应的电流值,最终通过液晶显示;另-方面结合模板
1 e5 R. Z4 O! EPI调节器实现电流闭环控制,以保证输出电流值无静
- b  a* T+ b5 n/ Q6 S# V2 a差跟踪程控给定电流。整个控制系统采用模块化设计
. i0 x- g' ^- l3 x* }% s思想,系统结构如图Ⅰ所示。
3硬件电路设计
3.1负载电路电源设计
本设计没有采用开关电源。因为开关电源采用
高频斩波电路，虽然可以在输人电压波动比较大的
. [! C4 D- U% ]4 k0 b情况下高效保持稳定的直流输出，但高频电路容易
2 U* f7 W- i7 ?4 I% c  ]产生高频电磁噪声,对来样、控制电路形成干扰。因
7 h, w% Q! H% K! ^3 Z2 K) n此,为避免开关电源对控制电路造成干扰、提高控制
和输出精度,本系统采用传统的全桥整流电路,作为
2 B8 c! O1 {) S负载电路电源。
1 h1 X/ ^2 T- s$ n1 j: S# T使用输出功率50W、变比220/15的变压器,经全
" X. U2 ~/ B: \, Q& t- Q6 a桥整流后加30000uF电容稳压滤波输出21V直流电
压,再串入扼流线圈用于减小电流纹波。
) O9 U2 X+ N4 b9 y, \7 i0 U3 V" u, J$ z
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单片机控制DA转换,转换输出值经过电流源输出模块输出