一種數(shù)控恒流源電路的設(shè)計

0 引言

恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源，也稱作穩(wěn)流源或者電流源。當(dāng)前，數(shù)控恒流源的應(yīng)用，隨著電子技術(shù)的發(fā)展使用范圍越來越廣，在電子測量儀器、激光、傳感技術(shù)、超導(dǎo)、現(xiàn)代通信等高新技術(shù)領(lǐng)域，恒流源都被廣泛應(yīng)用，且發(fā)展前景較為良好。同時，也不僅局限于此，目前，急需迫切解決的工業(yè)需求是，數(shù)字化在工業(yè)生產(chǎn)中采集的模擬信號量，并將其作為控制信號的恒定電流，并參與到下一級生產(chǎn)的控制當(dāng)中。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理

變壓整流、單片機控制部分、D/A 與A/D 轉(zhuǎn)換電路、供電部分、顯示器或鍵盤接口電路、恒流源電路等，本數(shù)控恒流源便由以上的幾個部分組成。該系統(tǒng)還能實現(xiàn)人機交流，主要是通過LED數(shù)碼管和小鍵盤來實現(xiàn)的，LED 數(shù)碼管顯示電流值以及一些相對應(yīng)功能，而小鍵盤則可以實現(xiàn)人為的來控制恒流源輸出，即當(dāng)未小鍵盤控制下的狀態(tài)時，用戶的輸入狀態(tài)會被顯示，而當(dāng)為A/D 采樣控制時，主要控制部分器件包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、鍵盤顯示接口芯片、單片機、驅(qū)動芯片、8 位數(shù)模磚和芯片等。核心的控制芯片采用AT89C51 通用單片機，主要因為其功能完備、性能較為穩(wěn)定，具有較低的成本，是首選的小型控制系統(tǒng)核心控制芯片。利用A/D 采樣處理交由D/A 輸出，可以在鍵盤與電路之間進行通信，而8279 管理鍵盤與電路，使得處理器的負擔(dān)減輕，單片機的口線和時間被顯示電路與鍵盤過多占用的問題，也能夠得到結(jié)局。系統(tǒng)總體框圖(如圖1)。

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2 系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計

2.1 供電和變壓整流

供電部分主要為D/A 轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)控部分提供使用電源，也同時作為穩(wěn)壓輸出電路的主電源。輸出50hz,200-240v 的交流電，通過變壓器整流、變壓、濾波，得到+12v、+5v、-12v,三種系統(tǒng)所需的電壓(如圖2 所示)。要考慮整流管的壓降來選擇濾波電容，電網(wǎng)波動為10%,選用7912/7805/7812,由于7812/7912 功率大、負載重，需要加裝散熱器。所以用4700UF/16V 為濾波電容。在穩(wěn)壓器的輸出端都加上濾波器，以使輸出電流紋波≤ 0.2ma.

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2.2 恒流源電路模擬

流控恒流源與壓控恒流源是恒流源的兩種控制形式，本文所介紹的屬于壓控形式恒流源，4-20ma電流范圍，也就是輸出4-20ma 電流，控制電壓的變化可以使電流變化，但是一旦確定輸入電壓，那么輸出電流將恒定不變，系統(tǒng)能夠提供由輸入電壓決定的大小恒定的電流，主要表現(xiàn)在一定范圍內(nèi)負載阻值的變化。模擬恒流源電路特性曲線(如圖3 所示)。

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當(dāng)此壓控恒流源電路的負載阻值在29-10008Ω 之間時，我們可以看出：隨輸入電壓變化的線性情況相對較好，隨負載阻值輸出電流的變化非常微小。

2.3 鍵盤顯示電路的原理

鍵盤顯示電路和單片機的連接電路圖，只需要讀寫就可以完成對顯示以及鍵盤的相應(yīng)操作。當(dāng)鍵盤被按下時，鍵盤顯示接口芯片會通過單片機的外部中斷，來向單片機發(fā)送中斷請求，單片機在進行判斷以后，再決定是否執(zhí)行下個任務(wù)。

2.4 A/D 采樣電路的原理

A/D 轉(zhuǎn)換器采樣輸入和單片機的連接電路圖，單路采樣輸入中，當(dāng)采樣結(jié)束了以后，會以單片機外部中斷的方式發(fā)出中斷請求，要求單片機中斷處理，此時，單片機要對A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)進行判斷和處理，以便下一步進行控制操作。