基于AT89C52的数控直流电流源设计

2011-10-30 16:33:06来源: 互联网
恒流源是电子仪器和设备中常用的一种电源。一般的恒流源往往存在调节范围小、稳定性差等缺点。

  本文设计的数控直流电流源能够很好地降低因元器件老化、温漂等原因造成的输出误差,输出电流在20—2000mA(可调)、输出电流可预置、输出电流信号可直接显示等功能。硬件电路采用单片机为控制核心,利用闭环控制原理,电路组成闭环负反馈进行稳流,最终实现精度高、稳定性好、输出范围宽的要求。

  1  系统组成和原理

  1.1 系统的组成

  本电流源系统可分为稳压电源电路、单片机控制部分、A/D和D/A转换电路、恒流源电路、人机界面(包括键盘输入与LED显示)等几部分,其系统组成如图1所示。

 

  1.2 系统的工作原理

  系统原理如图1所示,系统通过稳压电源向恒流源提供24V电压,向单片机AT89C52、A/D和D/A转换器提供5V电压,通过键盘对电流值进行预置,利用单片机将电流步进值或电流设定值换算后输出相应的数字信号,经过D/A转换、信号放大,驱动恒流源输出电流信号,实际输出的电流再利用精密电阻采样变成电压信号,经过A/D转换,将信号反馈到单片机中,单片机将输出反馈信号再与预置值比较,送出调整信号,再输出新的电流,这样就形成系统的闭环调节,从而提高了输出电流的精度。显示电路用于显示电流设定值和当前电流测量值。

  2  硬件系统的设计

  2.1 单片机控制系统的设计

  在本设计中,控制芯片主要完成与A/D、D/A的数据通信及对其数据的处理,实现对系统给定量的设定和对输出量的采样与显示。同时还检测各种故障信息,及时地发出相应的报警信号。此外,由于系统属于强的EMI源,对主控制器芯片的抗干扰性能和故障处理能力有较高的要求,所以,控制芯片采用AT89C52单片机。

  2.2 稳压电源

  稳压电源采用三端稳压器7805、7824构成。由于78系列稳压器最大输出电流为1.5A,而系统输出最大电流为2000mA,为此,需外加功率管扩流。

  2.3 A/D、D/A的转换电路设计

  根据设计要求,系统要求输出的电流信号为20—2000mA,步进为1mA,且要求显示数值,因此,给定量的执行元件一D/A转换器与检测元件一A/D转换器至少需要11位的转换精度。结合系统的设计要求,并考虑到单片机的I/O接口资源紧张等因素,最终确定选用串行数据传送方式的ADS7841和DAC7512两款芯片(转换精度均为12位的集成芯片),其量化精度能达到1/4096<1/2000,完全能达到设计的精度要求。

  ADS7841芯片用于将电流检测电路输出的模拟电压信号转换成数字信号,回送给单片机,由单片机将该反馈信号与预置值比较,根据两者间的差值调整输出信号大小,由此构成反馈调节,提高输出电流的精度。

  同时,A/D转换器采样回来的电流经过单片机处理后传送到LED,用以显示当前的实际电流值。D/A转换器将设定的电流值转换为模拟信号并提供给压控恒流源,控制恒流源的输出大小。

  ADS7841中,在电源输入端并联一个0.1IzF的电容去耦,同时并联一个101_LF的电解电容来提高供电的稳定性。根据其技术资料,将引脚端1和端2短接就能实现5V的基准源输出,并在引脚端6和7之间接一个0.1仙F的电容,能有效地提高抗干扰性能。

  2.4 恒流源电路

  恒流源模块电路的设计是本系统硬件设计的核心,它是用电压来控制电流的变化。为了能产生恒定的电流,我们采用电压闭环反馈控制。恒流源电路原理图如图2所示,该电路由运算放大器、大功率达林顿管、采样电阻Rs、负载电阻RL等组成。取样电阻RS从输出端进行取样,再与基准电压比较,并将误差电压放大后反馈到调整管,使输出电压在电网电压变动的情况下仍能保持稳定。电路中调整管采用大功率达林顿管TIPl27,既能满足输出电流最大达到2A的要求,也能较好地实现电压近似线性地控制电流。Rs选用热稳定性好的康铜丝,并选取较大的阻值(2Q),使得在电流较低时也能获得较大的电压值。运算放大器采用高精度的OP一27作为电压跟随器。当Ui一定时,运算放大器的Ui=Uf,Io=Is=U1/Rs,达林顿管的,Ic≈Ie。(基极电流相对很小,可忽略不计),所以Io=Is=Ui/Rs……正因为I0=Ui/Rs,电路输入电压配Ui控制电流Io,即I0不随RL的变化而变化,从而实现压控恒流。

 

  2.5 电流采样电路

  输出电流采样电路测量Rs两端的电压差,根据,I=U/R换算得到电流值。电路原理图如图3所示。通过对电阻Rs两端的电压值进行采样,经过运算放大器送入A/D转换器ADS7841进行转换。因为A1、A2为电压跟随器,输入电阻高,所以采样端V1、V2几乎不分流,从而实现对电流的精确采样。因为采样电阻Rs两端有较高的电压,所以,差分电路中的运放器采用双电源供电。因为电流输出的范围较宽,所以放大倍数不能太大。Rs=2Ω,测量的电流范围为0—2000mA。

 


  Rs两端的电压在0—4V的范围内变化。将该电平输入到ADC输入,因(V1一V2)和A/D的数字采样之间具有线性对应关系,故通过单片机就可以测量出(V1-V2)的电压值,从而计算出恒流源的输出电流。

关键字:AT89C52  数控  直流电流源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1030/article_12722.html
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