数控直流电流源

数控直流电流源

作者：李高望陆樨张江松`

赛前辅导老师及文稿整理老师：尹仕

摘要

利用单片机所具有的智能测控特点，设计制作了基于单片机的“数控直流电流源”。该电流源具有设定准确、输出电流稳定、可调范围全程线性等特点。本设计由两大模块组成：①大功率压控电流源模块；②单片机应用系统模块。前者是电流源的核心，起着恒流调节、抑制纹波电流的关键作用；后者则起着设定电流源输出、改善电流调节精度、消除小电流输出的非线性等作用。此外，还实现了变增益测量，提高了电流的测量精度。本电流源采用LCD显示界面，使用直观方便。

Abstract

By making good use of the intelligent measure and control function of the Microprogrammed Control Unit(MCU), the numerical-controlled direct current source is designed and made. This direct current source not only can steadily output, but also can be accurately initialized, and adjusted linearly at a wide range. The design is composed of two basic modules: ①The high-power voltage-controlled current source module; ②The MCU application system module. The former one is the hard core of the current source, while keeping the output current steadily and restraining its ripple. The latter one controls the initialization of the output, improves the precision of the output signal and eliminates the nonlinear effect at the low output terminal made by small signals. In addition, the design realizes the measurement to make the gain variable, so that we improve the measure precision of the current source. Besides, using LCD makes the direct current source more convenient to use.

一、方案论证

本系统主要由单片机、显示器、键盘、A/D转换器、D/A转换器、电压控制电流源模块、电源等组成。方案设计与论证如下：

1．单片机的选择

对单片机的要求：只要能够方便地扩展显示器、键盘、A/D转换器、D/A转换器等外设即可，其他并无特殊要求。常见的单片机有8051系列的单片机、8096系列的单片机、SPCE061A的凌阳单片机。台湾凌阳科技股份有限公司生产的凌阳单片机具有集成度高、易于扩展，中断处理能力较强，指令系统很高效等特点，且本组成员均能够熟练使用，故本设计选择凌阳SPCE061A型16位单片机。

2．显示器的选择

对显示器的要求：能够显示设定的输出电流、实际输出电流等；可以用6位以上LED数码显示器、液晶显示器或者触摸屏，LED使用比较方便，但液晶显示器和触摸屏显示信息量大，且可以显示汉字，人机交互的友好性强，所以不采用数码显示器。而触摸屏同时将键盘输入和LCD显示合为一体了，它只占用了2

个IO口，选择它既可以减少IO口的资源，又可以使外设精简。故选择触摸屏作为显示器。

3．键盘选择

单片机输入设备通常有键盘、拨码开关、触摸液晶屏等，也可以采用红外遥控的方法进行输入。鉴于本设计中的输入设备主要用于设定输出电流值和（采用LED数码显示器时）切换显示内容，故不方便采用拨码开关和红外遥控，所以选择键盘和触摸液晶屏作为输入设备都是可以的。本设计选择触摸液晶屏作为输入设备。

4．A/D转换器

根据题目要求，系统应能测量显示实际输出电流的范围及精度指标是：范围20～2000mA，精度0.1％＋1mA。因此可知，A/D的精度至少要在12位以上，但由于只是用于测量显示，因而测量速度要求不高；又因为测量对象为直流信号，故也没有双极性测量的要求。据此可以考虑采用以下具有变增益功能的A/D转换器。

方案一：ICL7135是美国Intersil公司生产的4位半双积分型A/D转换器，它采用单基准电压，能对双极性输入的模拟电压进行转换。它具有自动量程控制信号输出，自动极性判别信号输出，动态字位扫描BCD码输出的特点，因此在转换精度要求较高而采样时间可以相对较慢的数据采集系统中被广泛应用。

方案二：AD7705是16位分辨率的A/D转换器，2通道全差分模拟输入，使用＋5V单电源，主要应用于低频测量。它利用了Σ－Δ转换技术实现了16位无误码性能，三线数字接口，可以通过串行输入接口由软件配置芯片的增益值、输入信号极性和数据更新速率，非常灵活方便。具有自校准和系统校准功能，能够消除器件本身和系统的增益以及偏移误差，是用于开发智能系统、微控制器系统和基于DSP系统的理想产品。由于其精度比ICL7135高，所以此处采用AD7705。

5．D/A转换器

根据题目要求，所设计的直流电流源应具有数控功能，按发挥部分的指标要求，应满足输出最大2000mA，步进1mA的要求；又因为所设计的直流电流源为压控电流源，因此，用“单片机＋D/A”的方式实现数控功能最为合适。根据指标要求，D/A的位数至少为11位，故而我们选择12位的D/A转换器。由于系统对输出电流设定的实时性没有要求，所以选择串行12位D/A －MAX532以节约单片机接口资源。MAX532是MAXIM公司生产的12位双通道、三线串行输入、电压输出的D/A转换器。它不需要任何外围器件就可达到最佳的性能指标。