摘 要：本設(shè)計基于AT89C52單片機為控制核心的數(shù)控直流電流源。采用浮地電源的高輸出電壓一電流轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)電流源功能。采用AD574搭建A／D轉(zhuǎn)換器，選用兩片DAC0832實現(xiàn)D／A轉(zhuǎn)換。自行設(shè)計并制作A‘1～9C52單片機最小系統(tǒng)完成電流控制。具有“+”、“一”步進調(diào)整功能，并可以以10mA和lmA兩種步進方式進行。輸出電流范圍：200mA～2000mA，輸出電流受負載電阻變化影響小。且紋波電流低于2mA。 關(guān)鍵詞：電流源 單片機控制 1．總體設(shè)計方案 1．1總體設(shè)Ct思路 設(shè)計一個數(shù)控直流電汽源，要求輸入交流200—240V，50Hz輸出直流可在200mA—2000mA之間連續(xù)可調(diào)。設(shè)計中采用單片機系統(tǒng)為核心的控制方式，通過A/D轉(zhuǎn)換對電流源電流信號進行采樣，再通過D/A轉(zhuǎn)換控制電流源。并能用開關(guān)切換步進電流幅度（10 mA和lmA）。由兩個按鍵分別實現(xiàn)“+”、“一”增加和減少恒流源輸出電流的步進控制。 1．2系統(tǒng)組成 經(jīng)過方案比較與論證，最終確定的系統(tǒng)組成框圖如圖l所示。由主電源、輔助電源、直流電流源、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機系統(tǒng)及顯示與按鍵組成。 2．單元電路設(shè)計 2．1電流源電路的設(shè)計 使用浮地電源的高輸出電壓一電流轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)電流源。如圖2所示，主電源提供30V左右的直流電壓輸入，被U5輸入電阻和R[sub]5[/sub]，電阻分壓后形成3—30V之問的電壓。在U5反相端輸入后，輸出變正。然后由Vl-V3放大提高輸出端電壓。經(jīng)負載電阻后，輸出穩(wěn)定的電流。由于一般的恒流輸出電路中，如果負載電阻增大，使輸出電流在負載電阻上產(chǎn)生的電壓超過電源電壓，電路就不能在恒流狀態(tài)下工作。而這種電路采用浮地的兩組電源，可以獲得大于200V的負載電壓。這樣即使負載電阻增大，電流源仍然能夠在恒流狀態(tài)下工作。 2．2單片機系統(tǒng)電路的設(shè)計 采用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52芯片作為微處理器。AT89C52與MCS一5l系列單片機完全兼容，他采用靜態(tài)時鐘：方式，可以大大節(jié)省耗電量。其內(nèi)部含有Flash存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)時可以十分容易地進行程序修改，即使錯誤編程也不會成為廢品。而且在系統(tǒng)工作中，即使突然掉電也能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息。 單片機AT89C52外接顯示按鍵電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路，其I‘f1 A/D轉(zhuǎn)換電路是信號輸入，而D/A轉(zhuǎn)換電路和顯示按鍵盤電路是信號輸出。為了方便單片機引腳的使用，將單片機的所有引腳用接口引出。具體電路如圖3所示。數(shù)碼管顯示是單片機通過圖中的J4與P0．3相連進行顯示控制的。按鍵“+”、“一”的輸出由圖中的J3分別接人單片機的IN0、INI中斷，兩只模擬開關(guān)的輸人信號則是通過經(jīng)由圖中的J3分別與單片機巾的定時器T1和T0接。用來控制電流源的D/A轉(zhuǎn)換電路由圖中J4與單片機系統(tǒng)相連。取樣電流經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路，由圖中的JI引入單片機。 2．3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 采用AD574構(gòu)建A/D轉(zhuǎn)換器。AD574是美國模擬數(shù)字公司（Analog）推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器。AD574的分辨率是12bit，可以滿足1mA的步進要求。 AD574為核心構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路，電路如圖4所示。在電流源上的取樣電流通過運算放大電路LF356引入A/D模塊電路中。轉(zhuǎn)換后的信號則通過圖中的J2與單片機系統(tǒng)電路相連。 2．4 D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 D/A轉(zhuǎn)換部分逸用兩片DAC0832。DAC0832是CMOS工藝制造的8位單片D/A轉(zhuǎn)換器，屬于R一2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)的8位D/A轉(zhuǎn)換器，建立時間10ms，為電流輸出型，并且片內(nèi)帶輸人數(shù)字鎖存器。電路組成較為簡單，能快速實現(xiàn)。 D/A轉(zhuǎn)換電路采用兩片DAC0832組成，電路如圖5所示。 2．5顯示及按鍵電路的設(shè)計 采用LED數(shù)碼管顯示。顯示原理簡單，電路連接方便。可用單片機直接驅(qū)動，完全能夠滿足顯示要求。 在本系統(tǒng)中采用動態(tài)顯示方式驅(qū)動1個四位的七段數(shù)碼管，數(shù)碼管用來顯示輸出電流值（mA）。使用兩只按鍵，分別實現(xiàn)“+”、“一”步進控制，同時用2個模擬開關(guān)完成10mA和1mA步進電流以及輸出值和給定值的選擇切換。 如圖6所示，采用共陽極數(shù)碼管，由AT89C52單片機通過圖中的Jl輸入至顯示模塊電路中，用以驅(qū)動數(shù)碼管。 2．6主電源和輔助電源的設(shè)計 本系統(tǒng)采用兩組電源分別供電。一組電源用MC78H05將220V交流電變換為30V左右的直流電，以供恒流源使用。另一組電源則分別產(chǎn)生+5V和±12V直流電壓，作為單片機控制系統(tǒng)和模擬電路供電電源。這種電源設(shè)計不但能滿足各系統(tǒng)對電源的不同要求，并且能保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 主電源電路如圖7所示，220V交流電經(jīng)變壓器變換為±22V的電壓后，再由圖中的全橋整流和三次RC濾波后輸出直流30V給電流源。 輔助電源電路如圖8所示，220V交流經(jīng)變壓器變換為土16V電壓后，經(jīng)圖巾的XSI進入輔助電源中，進行整流和濾波，最終分別產(chǎn)生±12V和+5V的直流電由圖中的XS2輸出，用來為單片機系統(tǒng)、A/D變換電路和D/A變換電路供電。 3．軟件設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用匯編語言，對單片機進行編程實現(xiàn)各項功能。 軟件設(shè)計的關(guān)鍵是對直流電流源的正負步進電流控制以及顯示。軟件實現(xiàn)的功能有： ①控制輸出電流lO mA和l mA步進切換與調(diào)整。 ②測量輸出電流與給定值切換及顯示。 ③控制AD574的工作。 ④控制DAC0832的工作。 3．1主程序設(shè)計 主程序流程如圖9所示。 3．2 INO、INl中斷程序設(shè)計 IN0、INl口中斷沒計流程圖如圖lO所示。 3．3 12 2mS時間中斷程序設(shè)計 r12 2mS時間中斷程序設(shè)計流程如圖11所示。 4．結(jié)束語 本設(shè)計的數(shù)控直流電流源可以實現(xiàn)下功能： ①電流輸出范圍：200mA—2000mA，并顯示； ②可通過“+”、“一”按鍵進行步進10mA的調(diào)節(jié)，并顯示； ③通過選擇開關(guān)，可改變步進電流為lmA。并顯示調(diào)節(jié)結(jié)果； ④負載電阻改變，輸出電壓在10V內(nèi)變化時．輸出電流值誤差不超過1%+10mA。 該數(shù)控電壓源制作后，經(jīng)過實際測試使用，表現(xiàn)出精度高，使用方便，硬件電路簡單等特點。 參考文獻 [1]常玉燕、呂光譯．日本電子電路精選．也子工業(yè)出版社．1989年12月．第一版． [2]李朝青主編．單片機&DSP外圍數(shù)字IC技術(shù)手冊．北京航空航天大學(xué)出版社．2003年1月第一版． [3]何立民．單片機高級教程．北京航空航天大學(xué)出版社．2000年8月第一版． [4]王福瑞．單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全．北京航空航天大學(xué)出版社．1998年4月第一版． [5]實用電子電路手冊（模擬電路分冊）編寫組編．實朋電子 電路手冊（模擬電路分冊）高等教育出版社．1991年10月第一版。