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基于单片机的恒流源技术研究

导读: 设计了一种基于单片机控制的数控恒流源。数控恒流源以AT89S52为控制核心,采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07 和达林顿管TIP122 构成恒流源的主体,配以高精度12 bit D/A芯片MAX532以及16 bit A/D芯片AD7715 完成单片机对输出电流的实时监测。

  直流恒流源的输出电流,是相对稳定而非绝对不变的,它只是变化很小,小到可以在允许的范围之内。产生变化的原因是多方面的,主要有以下几个因素:(1)电网输入电压不稳定所致 电网供电有高峰期和低谷期,不可能始终稳定如初。(2) 由负载变化形成的 比如负载短路,负载电流会很大,电源的输出电压会趋于接近于零,时间一长还会烧坏电源。(3)由稳定电源本身条件促成的 构成稳定电源的元器件质量不好,参数有变化或完全失效时,就不可能有效地调节前两种原因引起的波动。(4)元器件因受温度、湿度等环境影响而改变性能也会影响稳定电源的输出不稳。恒流源设计中主要针对以上第3 和第4 个因素设计了基于数字控制的直流恒流源,可以提高恒流源输出电流的稳定性。

  1 数字控制直流电流源系统工作原理

  本论文设计了基于单片机的数控恒流源,该系统由恒流源主电路和单片机最小系统组成,其中单片机最小系统主要由单片机控制单元、A/ D 和D/ A 转换模块以及负载及键盘显示模块组成,系统结构框图如图1所示。单片机控制系统以单片机AT89S52 为核心,高精度12 bit A/ D 芯片AD1674 实现采样输入,12 bitD/ A 芯片DAC1230 产生控制输出,实现了输出电流的精确设定和检测,系统还设置了串口通讯功能。

  技术指标:输入电压180 V ~250 V/50 Hz,输出电流范围为20 ~2 000 mA,具有“ +”、“ -”步进调整功能,步进<=10 mA;输出电流最大偏差小于1 mA,纹波电流小于0. 05 mA.数控直流电流源系统框图如图1 所示。

 

图1 数控直流电流源系统框图

  1. 1 恒流源主电路设计

  恒流源电路原理结构图如图2 所示,由于D/ A转换输出的模拟信号不稳定,加上C3 稳定电压。经过3.6 K 的电阻和1 K 的电位器加到单运放OP07 的同相输入端,调节电位器的阻值的大小可调节同相输入端的电位,从而改变输出点的电位,输出电位加到达林顿管的B 管脚上,进入达林顿信号产生自激信号,通过C1过滤掉。利用达林顿管的电流放大特性,可实现大电流的输出,电流放大倍数为1 000 ~15 000倍。

 

图2 恒流源主电路原理结构图

  1. 2 单片机最小系统设计

  数控电路组成包括单片机最小系统、A/ D 采样输入电路和D/ A 控制输出电路。其中数控直流电流源的控制电路采用单片机最小系统对电路各部分进行控制。最小系统由MCU、采样输入、控制输出、串口通讯电路及复位电路、键盘、显示电路组成。

  单片机最小系统图如图3 所示。MCU 选用ATMEL公司的AT89S52 单片机。AT89S52 是一种低功耗、高性能的CMOS 工艺的8 bit 单片机,与标准MCS51 的引脚和指令完全兼容。其外接晶振频率范围为0 Hz ~33 MHz,内置256 B 片内RAM,3 个16 位定时器/ 记数器,片内看门狗。其性能好于我们常用的89C52 系列单片机。

 

图3 单片机最小系统电路图

 

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