基于单片机控制的高精密直流电流源的设计01.docVIP

基于单片机控制的高精密直流电流源的设计 关于应用RPT在性能测试的思考谈谈嵌入式操作系统的调试问题软件测试中的性能测试的容量评估 上海英孚教育急聘系统管理员　初级程序员　软件开发工程师数据库工程师 高级项目经理 界面设计经理 中国IT实验室收集整理 佚名 2008-9-9 保存本文 推荐给好友 收藏本页 ??????引言 ?????? 高精密电流源能为精密仪器提供精度较高的电流供给，适用于半导体和材料科学研究中各种电阻的自动测量任务。 ?????? 具体应用中，对电流源的精度、可控性要求较高，使用单片机控制的高精密电流源设计，相对于现行的其他设计方法而言，可以较好地满足上述要求，并且具有设计容易、性价比高、开发周期短等特点。本设计使用了 ATMEL公司生产的AT89S系列高性价比的52单片机进行设计，体积轻小，实用性强，具有很好的应用前景。 ?????? 1 系统组成及工作原理 ?????? 本设计通过AT89S52单片机实现对D／A转换芯片DAC714和A／D转换芯片TLC2543的控制，来产生直流电压信号，经输出采样电路的电压／电流转换、放大，输出稳定的直流电流。系统中使用D／A输出、A／D采样，与主控单片机形成闭环控制系统。可用键盘进行电流数值设定，用LED(发光二极管) 进行显示。如图1所示。 ?????? 2 系统硬件电路设计 ?????? 2.1键盘及显示电路 ?????? 预设电流值用4×4矩阵键盘进行输入，用P0口进行扫描，因单片机的I／O口比较充裕，所以采用性价比较高的三-八译码方式对4个独立的7段LED进行译码和驱动，74LS138译码器多余引脚用做扩展端预留。具体接法如图2所示。 ?????? 2.2闭环系统 ?????? 以AT89S52单片机作为控制核心，用P2.0～P2.3作为DAC714的时序控制线，用P2.4～P2.7作为TLC2543的时序控制线。其接口电路如图3所示。 ?????? DAC714 输出引脚VOUT根据单片机写入的数据输出直流电压，然后经输出采样电路，使负载获得直流电流，为了让负载获得精确的直流电流，通过TLC2543采样电阻R0上的电压得到采样数据并送入单片机，单片机通过算法更新写入DAC714的数据，从而更新输出电流，保证了负载的稳定。输出采样电路如图4所示。 ? ?????? 谨慎选取和焊接采样电路中R0、T1、L几个关键元件是本系统的重点，图中采样电阻R0必须使用高精密大功率电阻，因为R0在电路中有两大作用：一是通过 R0将电压转换为电流，如果R0精度过低，将直接引起输出电流偏离预设值；二是TLC2543通过采样R0上的电压值为单片机进行闭环控制提供数据。因本设计最大输出电流为5 A，所以R0的功率应足够大。本系统用的是精度为0.1％、功率为25 W的1 Ω精密电阻，因TLC2543采样输入脚和运放OP07负输入端的输入电阻均为兆欧级以上，所以TLC2543对R0采样时不会有任何影响。电路中T1也应选取大功率管，本系统采用集电极电流可达25 A、集电极耗散功率为120 W的NPN型管2SD2256。电路中L应选取电感量较大和承受电流值较大的电感，以达到良好的滤波效果。 ?????? 在实际连接此电路时，接地的方法对输出电流将产生很大影响，因为负载RL上的电流等于R0上的电流，而R0上的电流值等于DAC714输出电压除以R0的阻值，假设DAC714输出电压为1 V，R0的一端到地的电阻为0.1Ω，则R0上的电流值为：IR0=1／(1+0.1)=0.91 A，与预设值1 A相差0.09 A。由此可见，若电路接地方法不当将引起很大的误差结果。所以，在本设计中，适合采用单点接地，且各接地线应尽量短和粗。同时，使用散热片对R0和T1进行良好的散热。 ?????? 3 闭环系统实现恒流控制过程 TLC2543 第14脚REF+为模拟输入的正基准电压端，13脚REF-为负基准电压端，这2只引脚的电压差决定了最大输入电压值。本系统将REF+接于+5 V，REF-接于0V，所以VmaxIN=VREF+-VREF-=5 V。DAC714被设置为输出0～+10 V。表1为DAC714工作于单极0～+10 V输出模式下的数据输入与输出电压对应关系。表2为TLC2543输入电压与输出数据的对应关系。 ?????? 由表1可知，当DAC714工作在单极0～10 V输出模式时，输出电压分辨率为10／216≈0.153 mV。由于本系统输出电流为0～5 A，所以只使用表1中8000H～FFFFH与输出的对应关系。由表2可知，TLC2543的分辨率为5／212≈1.22 mV。 ?????? 下面以一例详细介绍系统闭环控制原理及过程，如图5所示。 ??????? 图中：Iuser为用户