基于AT89S52的多功能數(shù)控電流源設(shè)計
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本系統(tǒng)以AT89S52單片機為控制器，通過人機接口(按鍵和LCD顯示屏)來設(shè)置輸出電流，設(shè)置步進等級1 mA，并可同時顯示預(yù)設(shè)電流值和實際輸出電流值。本系統(tǒng)由按鍵設(shè)置輸出電流值，經(jīng)單片機計算后通過D／A轉(zhuǎn)換器(TLV5618)輸出模擬信號，再經(jīng)過V／I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化成電流。單片機通過A／D轉(zhuǎn)換器(MAX187)對采樣電阻兩端電壓進行采樣，經(jīng)單片機處理，換算成電流值后顯示在LCD屏幕上，供用戶參考。實際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)輸出電流可在20 mA～1 000 mA范圍內(nèi)任意設(shè)定，精度±10 mA，輸出電流穩(wěn)定，可應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度、小功率恒流源的領(lǐng)域。
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
1．1 系統(tǒng)原理
本設(shè)計采用模擬閉環(huán)控制。采用AT89S52單片機作為主控制器，用D／A轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓信號，再經(jīng)V／I轉(zhuǎn)換電路獲得電流。V／I轉(zhuǎn)換電路依據(jù)電流串聯(lián)負反饋原理，由運算放大器和大功率三極管組成模擬閉環(huán)，使輸出電流穩(wěn)定。
本系統(tǒng)可分為3個部分：電源部分、控制部分和V／I轉(zhuǎn)換部分。電源不僅要提供±5 V和±12 V供控制部分和V／I轉(zhuǎn)換部分中的模擬器件使用，而且要提供大電壓供V／I轉(zhuǎn)換部分使用，且要有大功率輸出的能力；控制部分的作用是根據(jù)用戶設(shè)置值輸出相應(yīng)的電壓信號；V／I轉(zhuǎn)換部分的作用是把電壓信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電流。各部分之間的關(guān)系如圖1所示。
1．2 工作電源
使用兩個變壓器。大功率變壓器輸出經(jīng)整流濾波后直接供給V／I轉(zhuǎn)換部分使用。小功率變壓器輸出經(jīng)整流濾波后通過78和79系列芯片獲得±12 V和±5 V電壓。大功率變壓器輸出經(jīng)整流濾波后穩(wěn)壓，然后提供給V／I轉(zhuǎn)換電路使用。此方案輸出功率可以滿足要求，且V／I轉(zhuǎn)換部分電源穩(wěn)定度可以保證。本電流源輸出電壓設(shè)置在40 V以內(nèi)，因此最大輸出功率為80 W，為留有裕量，大變壓器選擇雙18 V、100 W。使用三端穩(wěn)壓芯片LM338K獲得40 V的電壓，這樣LM338K輸入輸出壓差為6V左右，輸出電流2A時耗散功率為12W左右，LM338K最大輸出電流達5 A，耗散功率50 W。
電源部分的電路如圖2所示。
1．3 D／A轉(zhuǎn)換
使用12位D／A轉(zhuǎn)換器。采用12位串行D／A轉(zhuǎn)換器MAX531。D／A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號加到放大器F5的同相端，F(xiàn)5的輸出接到中功率三極管D1266A的基極，D1266A與大功率三極管2N3055組成達林頓形式。RL為負載，它接在+40 V電源和達林頓之間，與之并聯(lián)的二極管是考慮到負載有可能是電感而加上的，作用是斷電時消耗電感負載的能量，保護系統(tǒng)。R為取樣電阻，阻值0．33 Ω，功率10 W，取樣電阻把電流線性轉(zhuǎn)化成電壓信號，經(jīng)同相放大器后加到放大器F5的反向端。設(shè)負載上的電流為I，反饋回路中同相放大器增益為K，輸入信號電壓值為U，則U= 0．33xIxK，調(diào)節(jié)同相放大器的增益，使0．33xK=1，可使U=I，這樣實現(xiàn)了電壓轉(zhuǎn)換電流功能，且消除了三極管β值隨溫度變化帶來的影響。
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