基于單片機的數(shù)控直流電流源設(shè)計

1、基于單片機的數(shù)控直流電流源設(shè)計基于單片機的數(shù)控直流電流源設(shè)計摘要：本文介紹了基于單片機的數(shù)控直流電流源設(shè)計方案，給出了硬件組成及軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)以單片機AT89S52為核心部件，由鍵盤、顯示、DA及AD轉(zhuǎn)換，VI轉(zhuǎn)換、功率放大等模塊組成。采用負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，單片機實時將預(yù)置值和實測值進行比較、調(diào)整控制，提高了電流源的輸出精度。所設(shè)計的數(shù)控直流電流源采用PID算法實現(xiàn)了量程可選、輸出可調(diào)、步進精確、紋波電流極小的功能，而且可將輸出電流

2、預(yù)置值、實測值在LED上同時顯示。經(jīng)實驗證明具有較高的控制精度。關(guān)鍵詞：單片機，電流源，數(shù)控，ＶＩ變換0引言引言低紋波、高精度穩(wěn)定直流電流源是一種非常重要的特種電源，在現(xiàn)代科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。普通電流源往往是用電位器進行調(diào)節(jié)，輸出電流值無法實現(xiàn)精確步進。有些電流源雖能實現(xiàn)數(shù)控但輸出電流值往往比較小，且所設(shè)定的輸出電流值是否準(zhǔn)確不經(jīng)測試無法知道等等[12]。為此，結(jié)合單片機技術(shù)及ＶＩ變換電路，采用反饋調(diào)整控制方案設(shè)

3、計制作了一種新型的基于單片機高精度數(shù)控直流電流源。它可實現(xiàn)以下功能：（1）具有多個量程用戶可根據(jù)實際需要選定。(2)輸出電流值可精確預(yù)置最小步進為1ｍＡ，最大輸出電流2000ｍＡ。(3)紋波電流極小，小于0.1ｍＡ。(4)LED可同時顯示預(yù)置電流值、實測電流值及當(dāng)前量程檔，便于用戶操作及進行誤差分析。1硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)數(shù)控直流電流源的要求，由于要求有較大的輸出電流范圍和較精確的步進要求以及較小的紋波電流，所以不適合采用簡單的

4、恒流源電路FET和恒流二極管，亦不適合采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源，否則難以達到輸出范圍和精度以及紋波的要求[3]。根據(jù)系統(tǒng)要求采用DA轉(zhuǎn)換后接運算放大器構(gòu)成的功率放大，控制DA的輸入從而控制電流值的方法。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)的原理框圖1.1數(shù)控部分設(shè)計數(shù)控部分設(shè)計（1）89S52單片機基本系統(tǒng)：數(shù)控部分的核心采用89S52。晶振、復(fù)位、74LS245、非易失存儲器等組成單片機的基本系統(tǒng)。（2）DA轉(zhuǎn)換芯片TLV5618的接口

5、電路：TLV5618是串行輸入的12位高精度快速雙口DA轉(zhuǎn)換器，能夠輸出二倍基準(zhǔn)電壓的電壓信號。其基準(zhǔn)電壓是由MC1403提供的2.5V電壓，因此經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后的輸出為0～5V。12位DA，分辨率為14096，選采樣電阻為2歐姆，DA輸出分辨率為1mA的電流，實現(xiàn)步進1mA，完全能夠滿足本設(shè)計的要求[4]。（3）AD轉(zhuǎn)換芯片MAX197的接口電路：MAX197是8路輸入、＋5V單電源供電、內(nèi)有參考電壓的12位快速AD轉(zhuǎn)換器。8位數(shù)據(jù)線分時

6、使用，內(nèi)部帶有精準(zhǔn)參考電源。由于本設(shè)計只有輸出電流和紋波電流的采集，8路輸入通道，完全能夠滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。1.2鍵盤鍵盤顯示電路顯示電路圖3輸出電流采樣電路原理圖2系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件完成四個功能：(1)系統(tǒng)的初始化，包括各外圍接口芯片的初始化和電流起始值的初始化；(2)鍵盤檢測包括電流的預(yù)置與步進調(diào)整；(3)用PID算法進行電流調(diào)整實現(xiàn)輸出電流的精確控制；(4)實現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換和AD轉(zhuǎn)換。主程序流程圖如圖4所示：PID算

7、法程序流程圖如圖5所示：在本系統(tǒng)中，采用離散增量PID算法[5]，具體控制過程為：單片機經(jīng)AD芯片讀出實際輸出電流Ik，然后和設(shè)定電流IS相比較，得出差值Ek=ISIk，單片機根據(jù)Ek的正負(fù)大小，調(diào)用PID公式，計算出本次電流調(diào)節(jié)的增量ΔIk，然后根據(jù)前一次DA芯片輸出電流Iq1，計算出本次電流輸出Iq。使用PID算法能否達到設(shè)計的調(diào)節(jié)品質(zhì)，在于調(diào)整好三個關(guān)鍵參數(shù)：KP比例系數(shù)、積分系數(shù)KI和微分系數(shù)KD。各個參數(shù)的取值大小分別對系統(tǒng)的