基于STC89C52的程控恒流源的設計

高精度的程控恒流電源在儀器儀表、傳感器技術和測試領域中有著廣泛的應用。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單片機控制壓控恒流源并通過擴流電路來實現(xiàn)恒流源程序控制的方案，其輸出電流值可達2A。

程控恒流源的構成和工作原理
程控恒流源電路由壓控電路、擴流電路和數(shù)控電路組成，結構如圖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，通過1個精密線性壓控電流源和擴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，取樣電路給壓控電流源提供電流負反饋以進一步穩(wěn)定電流輸出。

程控恒流源電路設計
1 數(shù)控電路的設計
數(shù)控電路采用由STC89C52構成的單片機最小系統(tǒng)來負責對D/A、A/D的控制，以及按鍵響應和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。

本設計中的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0.5mA）。

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

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

2 壓控電流源的設計
壓控電流源的負反饋放大部分有1個精密運放構成的同相放大器，引入深度的電流負反饋，從而穩(wěn)定輸出到負載的電流，如圖2所示。運放正常工作于同相放大狀態(tài)時，由運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。因為采用高輸入阻抗的放大器，反相輸入端的電流近似為零，負載電流IL=I2=Uin/R2。只要擴流電路性能好，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