基于ADuC812的數(shù)控電流源的設(shè)計(jì)

摘 要：電源是各種電子儀器設(shè)備中不可缺少的重要組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的性能指標(biāo)以及能否安全可靠地工作。恒流源也是電源設(shè)備中的重要組成部分，因此設(shè)計(jì)一種性能良好的恒流源有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：恒流源；大功率；步進(jìn)

本設(shè)計(jì)采用ADuC812單片機(jī)作為整機(jī)的控制核心，通過單片機(jī)自帶的D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號經(jīng)過放大器處理后控制大功率MOS管，使其輸出電流在200mA～2000mA之間。利用取樣電阻完成輸出電流/電壓轉(zhuǎn)換后送入A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對輸出電流的實(shí)時(shí)檢測與顯示功能。另外，通過按鍵還可實(shí)現(xiàn)對輸出電流的步進(jìn)加、減功能。

1 ADuC812單片機(jī)

ADuC812的內(nèi)核中，集成了一個(gè)高性能8位MCU，這個(gè)MCU帶有片內(nèi)可再編程的非易失性閃存/電擦除程序寄存器，并控制片內(nèi)多通道（8個(gè)輸入通道）的12位ADC。這樣大大減少了帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)成本，并且體積小，電路更加簡單化。

2 電源部分

本控制系統(tǒng)由單片機(jī)及其外圍電路組成，需要+5V、±12V、+18V三組電源。+5V為微處理電路供電電源；±12V為穩(wěn)流電路電源，給放大器供電；+18V為提供基準(zhǔn)電源，作為恒流源電源。

2.1 大功率電流源

改變負(fù)載電阻，輸出電壓要在10V以內(nèi)變化，而輸出的電流維持恒定，考慮到后續(xù)電路電能損耗以及其他外圍設(shè)備的電能損耗，選擇18V的輸出電壓。

設(shè)計(jì)中選用由7818及大功率三極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電源，分別經(jīng)過交流變壓器、二極管橋式整流、阻容濾波，最后經(jīng)過三端穩(wěn)壓得到一穩(wěn)定的18V電源。由于7818在實(shí)際工作中不能提供足夠大的電流，為了能夠保證2A電流的輸出，在7818的輸出端接上一個(gè)大功率NPN型的三極管，經(jīng)過其電流放大后，得到3A（要求為2A，1A為余量）電流。

2.2 微處理電路供電電源

設(shè)計(jì)中采用+5V為微處理器供電，穩(wěn)壓器件選用LM7805，輸入端接入0.33uF的電容器，作用是抑制輸入的過電壓，保證LM7805的輸入-輸出電壓差不會瞬間超過允許值。而輸出端一般接入0.1uF的電容器，便可改善負(fù)載的瞬態(tài)相應(yīng)，但是為了減小紋波電壓，有時(shí)在穩(wěn)壓器的輸出端并入一只大容量電解電容器。

2.3 放大器供電電路

設(shè)計(jì)中采用±12V給放大器供電，所采用的三端穩(wěn)壓器件為LM7812和LM7912。

使用電源變壓器將交流電網(wǎng)電壓220V變成要求的交流電壓，再通過橋式整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。整流后的脈動(dòng)的直流電壓通過濾波電路加以濾除，得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。最終經(jīng)三端穩(wěn)壓器LM7812和LM7912分別輸出+12V、-12V電壓。

2.4 恒流電路模塊

恒流模塊是根據(jù)帶有放大環(huán)節(jié)的反饋調(diào)整型恒流電路原理制成。它由基準(zhǔn)電壓源、比較放大器，調(diào)整單元和采樣單元等幾部分構(gòu)成。直流電源的電壓擾動(dòng)所引起的電流的變化通過內(nèi)部反饋得到抑制，比較放大器需選用低漂移高增益運(yùn)算放大器。調(diào)整單元決定模塊的輸出電流容量和主要的電性能，本文以增強(qiáng)型MOS管IRF540作為調(diào)整管進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

3 顯示設(shè)計(jì)

測量和顯示范圍為200mA～2000mA，所以采用4位數(shù)顯示即可達(dá)到要求。本設(shè)計(jì)中采用MAX7219驅(qū)動(dòng)器，可僅用3根信號線就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與顯示，MAX7219也可用來顯示四數(shù)位。

4 結(jié)論

ADuC812的應(yīng)用開發(fā)比較方便，它的內(nèi)核是國內(nèi)技術(shù)人員都很熟悉的8051，現(xiàn)有的軟件都可以直接移植。由于 ADuC812 可通過特殊功能寄存器控制ADC、DAC、I2C等外圍芯片，故其 A/D和D/A轉(zhuǎn)換程序、I2C控制程序都比傳統(tǒng)的8051加外圍芯片的結(jié)構(gòu)來得簡單、容易。因此，采用ADuC812作為本系統(tǒng)的核心芯片使設(shè)計(jì)變得簡單、方便、實(shí)用。

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