高精度数控直流电流源_图文

1、收稿日期:2005-11作者简介:李现华(1982,男,本科,研究方向为基于单片机的嵌入式系统的开发设计。此篇论文获2005年全国大学生电子设计竞赛2等奖。高精度数控直流电流源李现华,陈兵兵,卞东进,陈家胜(南京师范大学物理科学与技术学院,江苏南京210046摘要:介绍一种高精度,可预置,可步进的数字显示直流电流源的软件、硬件制作方法。该系统主要利用单片机AT89S52作为控制部件。文中给出了硬件电路和软件流程。关键词:数控;电流源;反馈;闭环中图分类号:T M44文献标识码:B 文章编号:1006-2394(200602-0073-02Nu m er i ca l 2con trolled

2、D i rect Curren t SourceL I Xian 2hua,CHE N B ing 2bing,B I A N Dong 2jin,CHEN J ia 2sheng(School of Physical Science and Technol ogy Nanjing Nor mal University,Nanjing 210046,China Abstract:A syste m of the current s ource contr olled by digital code was described,in which a m icr o contr ol unit A

3、T89S52was used as a contr oller,and hard ware architecture and s oft w are design were p r ovided .Key words:nu merical contr olled;current s ource;feedback;cl osed l oop1恒流源实现原理本系统控制部分以单片机AT89S52为核心,通过D /A 转换装置控制电流源部分,使其有恒流输出;电流测试由max472完成,再通过A /D 转换将测量结果送单片机处理。键盘和显示部分分别由4×4矩阵键盘和LCD 组成。系统总体框架如

4、图1 。图1图2为直流电源的硬件部分,主要部分由电压比较器、大功率达林顿管和保护二极管组成。单片机通过D /A 转换电路设置闭环电路中运算放大器正输入端的基准电压,闭环电路中的电流由取样电阻R4上的电压反映,从而构成一个闭环的恒流源系统。设OP37正负输入端电压分别为V +和V -,采样电阻R4两端的电压为V f 。单片机输出的数字控制信号经T LC5618后,数字信号转换为模拟电压信号,再经过OP37后,电压信号转变为电流信号,用以推动达林顿管TI P122,使恒流电路中的电流达到2A 。D /A 输出电压为运算放大器的参考电压,并可换算为恒流源的设定电流值。系统中V /I 转换电路由精密运

5、放与晶体管达林顿电路构成。 利用晶体管平坦的输出特性图2和深度的负反馈电路得到稳定的恒流输出,增强系统带负载能力。其输出范围达到02A 。在V /I 转换电路的输出回路中引入反馈电阻R4,输出电流I e 经反馈电阻R 4,得到一个反馈电压V f =I e 3R 4。通过R3,加到运算放大器的反相输入端。R3两端的电压为V ,设运放的同相端和反相端的电压为V +、V -。V +输入电压由D /A 输出。又,理想运放两端的输入电流值:I +=I -0,且V +=V -,V 0,故V +I e 3R 4(1在式(1中,I c 为实际输出的恒定电流。由于TI P122的放大倍数最小为1000,故I e

6、 I c ;而V +为D /A 输出电压,R4是输出回路中引入的反馈电阻,可372006年第2期仪表技术见,实际输出的恒定电流I c 由D /A 转换的输出电压V +和R4的阻值决定,成线性变换。R4采用大线径锰铜丝制作,其温度系数很小(5×10-6/,可看作阻值不变。选用大功率晶体管,且使用散热片,保证其工作在线性区时,实际输出的恒定电流I c 仅仅由D /A 输出的电压决定。其动态调整过程为:I c V e V a V b I c ;同理,当电流下降时,同样可以得到相应的调整,而且闭环调整速度极快,实现了电路中电流的恒定不变。3系统硬件电路设计为了得到高精度的电流输出,我们采用1

7、2位的T LC5618串行D /A 转换芯片。利用单片机P1.0到P1.2三个I/O 口,以数字控制方式产生电路输入电压,设计电路如图3 。图34软件设计部分系统软件流程图如图4所示,输出电流02000mA 对应12位D /A 的输入范围04096,如要得到x mA 的电流,需要输入的数字量为y,由公式x /2000=y /4096,可得y =(x ×4096/2000,同理,x =(y ×2000/4096,显然,该系统的精度可达2000/4096 =图40.488mA 。通过以上分析可知,只要改变单片机的数字输入值就可以得到高精度恒流输出。5结束语本系统在电流小于15mA 时相对误差比较大。其原因是采样电阻的阻值较小,导致测量分辨率不高。采用切换量程的方法,在输出小电流时采用阻值大的采样电阻,则可提高采样电压,从而提高分辨率,减小相对误差。另外,需要选择热稳定性好,精度高的电阻作为采样电阻,保证输出电流的稳定性。参考文献:1何立明,张俊谟.单片机中级教程(原理与应用M .北京:北京航空航天大学出版社,2002,8.2康光华.模拟电子技术M .北京:高等教育出版社,1999.3黄正瑾.综合电子设计与实践M .南京:东南大学出版社2002,3.(郁红编发仪表技术合订本发行应