數控直流恒流源的設計

丁敏 陜西理工學院機械工程學院 723003

數控直流恒流源的設計

丁敏 陜西理工學院機械工程學院 723003

數控直流恒流源系統可以輸出穩定電流，

且不隨負載和環境溫度變化，并具有很高

的精度，輸出電流誤差范圍小，因而可實

際應用于需要高穩定度小功率直流恒流源

的領域。

D/A轉換；恒流源；鍵盤控制

引言

隨著電子技術的發展、數字電路應用領域的擴展，現今社會，產品智能化、數字化已成為人們追求的一種趨勢，設備的性能、價格、發展空間等備受人們的關注，尤其對電子設備的精密度和穩定度最為關注。性能好的電子設備，首先離不開穩定的電源，電源穩定度越高，設備和外圍條件越優越，那么設備的壽命更長。基于上述情況，人們對數控恒定電流器件的需求越來越迫切。當今社會，數控恒壓技術已經很成熟，但是恒流方面特別是數控恒流的技術才剛剛起步且有待發展，高性能的數控恒流器件的開發和應用存在巨大的發展空間。本文正是應社會發展的需求，研制出一種基于單片機的高性能的數控直流恒流源。

1 方案簡介

本設計分四個模塊：單片機控制及顯示模塊、數模（D/A）轉換模塊、恒流源模塊、輸出顯示模塊。單片機控制模塊以單片機為核心將輸入電流信號轉換成數字量輸出；恒流源模塊將數模轉換模塊轉換來的電壓模擬量通過恒流源電路變成恒流；顯示模塊有兩個：一個是由74HC164移位寄存器和數碼管構成，顯示預值；另一個是在輸出端以ADC0809為核心的A/D轉換芯片，顯示實際測量值。此外，本設計可實現電流0～2A且有±1m A和±10m A的兩種步進，同時用數碼管顯示輸入的電流值。

采用以89C51為核心的單片機系統控制12位AD7521的數據的輸入并將其轉換成模擬量輸出，同時單片機把輸入的預值電流送入數碼管顯示，再根據輸出的電壓量來控制電流的變化，此方案的優點是輸入的預值電流信號穩定且避免了大量的數據存儲。其電路方框圖如圖1所示：

圖1 電路方框圖

2 模塊電路設計及比較

2.1 電源模塊

穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路組成。

a、整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U 2變換成脈動電壓U 3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓U 3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U 4。

b、穩壓電路：由于得到的輸出電壓U 4受負載、輸入電壓和溫度的影響不穩定，為了得到更為穩定電壓添加了穩壓電路，從而得到穩定的電壓U 0。

2.2 數碼管顯示模塊

74HC 164為串行輸入并行輸出的移位寄存器，可以作為靜態顯示器接口，接在8 9 C 5 1的串行口上用于數碼管的段選，74HC138譯碼器，接在89C 51的串行口上用于數碼管的位選。

2.3 D/A轉換模塊

以DAC 0809作為D/A轉換器來實現數字量到模擬量的轉換， 所以D/A轉換芯片所輸出的值為（-D*V ref）/255，又因為初始值為2 0 0M A，所以根據等式（（-D*V ref）/255）*Y=0.2A。Y=（0.2*255）/（8*5）=3/4。所以得出DA輸出值要放大4倍，并且ad的輸入值應為DA輸出值的3/4。

2.4 恒流源模塊

首先利用正向運算放大器把D A轉換器輸出的電流值轉換成電壓值，然后將電壓輸入反向放大器，放大負四倍從而得到正的所需電壓值，最后串聯相應的電阻得到所需電流值。

2.5 AD轉換模塊

本次設計所選用的A/D轉換器為ADC 0809，用于轉換輸出的模擬電壓值為數字量，并將數字量輸入單片機，通過單片機來控制數碼管顯示實際輸出的電流值。

3 數據處理

下面列出部分電流值及其對應的理論和實際的數入量，其中理論碼值為輸入電流對應數模轉換所需要的碼值，實際碼值為單片機根據輸入電流值處理后送到數模轉換器的碼值。

誤差測試表

通過測試發現，結果的最大誤差為當輸入電流為32m A時，誤差為1m A.小于輸出電流的0.1%

但是在本次設計中要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流的0.1%±1m A，即1.032，而本設計測量出來的誤差值小于規定的誤差值。

4 結論

數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。而數控電源作為數控技術的一員，它也必定會朝著智能化、網絡化等方向不斷發展。

［1劉守義.單片機應用技術．西安：西安電子科技大學出版社.2002

［2］童詩白，華成英.模擬電子技術基礎.高等教育出版社.2003

［3］全國大學生電子設計競賽組委會.第四屆全國電子設計競賽獲獎作品選編.北京理工大學出版社.2001

［4］(美)詹姆斯·比格內爾、羅伯特·多諾萬. 數字電子學(英文版.原書第4版).北京:機械工業出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.092