基于51單片機(jī)的程控恒流源設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　在飛速發(fā)展的電子和電信技術(shù)系統(tǒng)中， 電源的優(yōu)劣在一定程度上決定著電信設(shè)備的性能和壽命。因此， 人們對程控恒流器件的需求也日益迫切。雖然目前市場上的數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)比較成熟， 數(shù)控電壓源產(chǎn)品也已朝著智能化和小型化的趨勢發(fā)展， 且價格也越來越便宜。但是， 在恒流源方面， 尤其是數(shù)字控制的恒流技術(shù)則由于起步較晚， 高性能的數(shù)控恒流器件的開發(fā)和應(yīng)用存在著巨大的發(fā)展空間。為此， 本文以C8051FF330D單片機(jī)為控制核心， 并利用C8051FF330D的I2C串行總線擴(kuò)展外圍器件， 同時以模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了一種程控恒流源。而且整個電源還具有功耗低、體積小， 電流紋波小、控制精度高和運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。

　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　該程控恒流源設(shè)計(jì)主要采用C8051FF330D單片機(jī)內(nèi)部的10位電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路來輸出0～4 V的模擬量， 然后用這個電壓信號來控制恒流源的輸出電流， 以使其按照給定值變化。由于本系統(tǒng)擴(kuò)展了I2C串行總線接口，以及以ZLG7290為核心的鍵盤和LED數(shù)碼管顯示器電路， 因而可用鍵盤進(jìn)行電流值和時間間隔的設(shè)定， 其電流值設(shè)定范圍為0～10 A， 時間間隔為0～10小時。另外， 系統(tǒng)還具有掉電保護(hù)功能， 故當(dāng)其恢復(fù)用電后， 可使電流源從斷點(diǎn)處恢復(fù)運(yùn)行。

　　圖1所示是本系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)。其中，時鐘電路采用外部晶體振蕩器來提高時鐘精度，JTAG接口電路則為系統(tǒng)提供全速、非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口， 而外部復(fù)位電路可用于強(qiáng)制MCU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖

　　2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　2.1 模擬量輸出接口電路

　　C8051F330D內(nèi)部有一個10位電流型的D/A轉(zhuǎn)換器IDA0， 它的最大輸出電流具有0.5 mA、1 mA和2 mA三種不同的設(shè)置。同時， IDA0還具有靈活的輸出更新機(jī)制， 并允許無縫滿度變化， 可支持無抖動波形更新。IDA0的三種更新方式分別為寫IDA0H、定時器溢出和外部引腳邊沿出發(fā)。本設(shè)計(jì)采用P1.0輸出， 并采用定時器溢出的更新方式。

　　C8051F330D內(nèi)部電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的0～1 mA電流信號通過基準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)換為0～2 V的電壓信號后， 再經(jīng)過放大電路轉(zhuǎn)換為0～4 V的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。其模擬量輸出信號轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

圖2 模擬量輸出信號轉(zhuǎn)換電路