基于STC89C52的程控恒流源的設(shè)計(jì)

高精度的程控恒流電源在儀器儀表、傳感器技術(shù)和測試領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。以往程控恒流源電路大都采用PWM脈沖方式，雖便于控制和調(diào)節(jié)，但精度難以保證，并且PWM方式的波形占空比調(diào)節(jié)范圍有限，難以滿足連續(xù)可調(diào)大電流的要求。本文介紹一種采用STC89C52單片機(jī)控制壓控恒流源并通過擴(kuò)流電路來實(shí)現(xiàn)恒流源程序控制的方案，其輸出電流值可達(dá)2A。

程控恒流源的構(gòu)成和工作原理
程控恒流源電路由壓控電路、擴(kuò)流電路和數(shù)控電路組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 程控恒流源電路的組成框圖

本恒流源電路采用STC89C52控制D/A轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生電壓控制信號(hào)，通過1個(gè)精密線性壓控電流源和擴(kuò)流電路輸出所需的電流值；取樣電路采樣后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換由數(shù)控電路讀出，然后送到顯示控制電路顯示；同時(shí)，取樣電路給壓控電流源提供電流負(fù)反饋以進(jìn)一步穩(wěn)定電流輸出。

程控恒流源電路設(shè)計(jì)
1 數(shù)控電路的設(shè)計(jì)
數(shù)控電路采用由STC89C52構(gòu)成的單片機(jī)最小系統(tǒng)來負(fù)責(zé)對D/A、A/D的控制，以及按鍵響應(yīng)和LED的顯示。模塊內(nèi)的數(shù)字電路和模擬電路各自采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電路供電，以減小數(shù)字電路高頻峰值電流對模擬電路的影響，可以很大程度上降低D/A輸出的紋波電壓。

本設(shè)計(jì)中的D/A轉(zhuǎn)換電路采用MAX531，使用其內(nèi)部自帶的2.048V基準(zhǔn)源，D/A轉(zhuǎn)換的分辨率為0.5mV，加在1Ω的取樣電阻上就可以分辨出0.5mA的電流（步進(jìn)0.5mA）。

A/D轉(zhuǎn)換電路采用MAX1241，與MAX531使用同一基準(zhǔn)源。A/D轉(zhuǎn)換的分辨率為0.5mV，取樣電阻為1Ω時(shí)，測量電流的分辨率為0.5mA（可根據(jù)步進(jìn)和測量精度的實(shí)際要求，選擇D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和參考電壓）。

由于要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，至少要有10個(gè)數(shù)字按鍵和2個(gè)步進(jìn)按鍵，考慮到還要實(shí)現(xiàn)其他的功能鍵，選用16按鍵的鍵盤來完成整個(gè)系統(tǒng)控制最合適。顯示部分采用8位LED數(shù)碼管，其價(jià)格便宜，易于實(shí)現(xiàn)?？紤]到單片機(jī)的I/O端口有限，為了充分優(yōu)化系統(tǒng)，采用外部擴(kuò)展1片8155來實(shí)現(xiàn)鍵盤接口與顯示功能。

2 壓控電流源的設(shè)計(jì)
壓控電流源的負(fù)反饋放大部分有1個(gè)精密運(yùn)放構(gòu)成的同相放大器，引入深度的電流負(fù)反饋，從而穩(wěn)定輸出到負(fù)載的電流，如圖2所示。運(yùn)放正常工作于同相放大狀態(tài)時(shí)，由運(yùn)放虛地的原理可知取樣電阻上的電壓：U2=Uin，因此I2=U2/R2=Uin/R2。因?yàn)椴捎酶咻斎胱杩沟姆糯笃鳎聪噍斎攵说碾娏鹘茷榱?，?fù)載電流IL=I2=Uin/R2。只要擴(kuò)流電路性能好，輸出電流的精度完全取決于取樣電阻的精度。

圖2 壓控電流源電路原理圖