1数控直流电流源（F 题）摘 要：本系统采用电流采样反馈调整控制技术，控制过程是利用 LM741 组成恒流源，结合放大电路，A/D 转换电路，单片机最小控制系统，D/A 转换电路等构成闭环系统。通过采样将实际值输出到单片机，由单片机进行比较调整，控制电流输出。由于使用了电流采样反馈调整控制技术，该系统具有可靠性好，精度高等优点。关键词：数控电流源，AT89S52 单片机，反馈控制，LM741Numerical Control DC Current SourceAbstract: Employing the feedback adjusting technique with current sampling .The closed loop system consists of the constant current source LM741, amplifier circuit, AD574 converting circuit, the processing by One-chip computer, and DAC7513 converting circuit. The One-chip computer is used to compare, adjust, control the current output by the real outputs sampling feedback. The system features good responsibility and high accuracy with the feedback adjusting control technique by current sampling.Key words: Numerical Current Source, AT89S52 , feedback control, LM7412一、方案论证与比较方案一：采用单片机作为核心控制器，用键盘设置所需的输出电流值，数模转换器 D/A 与其右边部分的电路构成恒流源，D/A 输出电压作为恒流源的参考电压，运算放大器 IC 与三个晶体管组成达林顿电路构成电压跟随器，利用晶体管平坦的输出特性即可得到恒流源输出，如图 1 所示。该方案硬件电路简单，容易实现，但其输出精度不高。方案二：系统主要由放大电路，A/D 转换电路，单片机，D/A 转换电路，稳压电源，恒流源等组成，如图 2 所示。系统中为了得到稳定的恒流输出，采用闭环控制的方式进行处理。即通过精密电阻将电流信号变成电压信号，电压值的大显示电流预置放大器A/D 转换控制器恒流源 负载稳压电源D/A 转换放大器中断返回I采样IY图 2 方案二系统设计框图图 1 方案一系统设计框图3小反映了电流的强弱；经过电压放大器将信号进行放大，再进行 A/D 转换，单片机根据电压值转换为对应的电流值，与预置值比较，调整 D/A 转换的输入数字量，通过 D/A 转换的电压控制输出电流，从而达到恒流的目的。同时，系统通过按键可以对电流进行设置，并经由 LED 交替显示预置的电流值和实测值。综上所述，在方案二中，由于采用闭环控制方式，其输出电流纹波小，精度高、稳定性能好，能够消除器件老化、温度漂移等原因造成的输出误差对测量系统的影响，能够满足系统设计的要求，所以选择方案二。二、系统设计与理论分析1 、稳压电源模块稳压电源电路采用三端固定式稳压器，只要把正输入电压 Ui 加到3025（7812，7912）的输入端，3025（7812，7912）的公共端接地，其输出端便能输出芯片标称正电压 Uo。在电路中，芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，另外我们采用 3025 还需在芯片引出脚根部接小容量电容到地，分别用于抑制芯片的自激振荡和压窄芯片的高频带宽，减小高频噪声。2、 恒流源模块恒流源电路如图 5 所示，是由运算放大器和电阻 等组成。输入运9R12算放大器反相端的电压是输出电流流过 、 后产生的电压降，所以运算放102大器反相输入端电压高低反映了输出电流的大小。同相端的输入电压为基准电压。当同相端电压高于反相端电压时，运算放大器输出高电平，稳流电路不起作用，电源处于稳压状态。当同相端电压低于反相端电压时，运算放大器输出低电平，稳流电路起作用，电路进入稳流状态。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 29-Nov-2005 Sheet of File: C:Documents and SetingsAdministrator压压压压压MyDesign.ddbDrawn By:3261574 U1LM741_NSCQ12N93022N930Q32N3055Q42N3055 R10.82R20.82R3100R4100 R5100R61KR72kR8100R910KC1C2D2DIODED4ZENER1 CONTROLOUT+/GND+12VVCC/VSSOUT+/GNDD1IED12345J1+12VCONTROLOUT+/GNDVCC/VSSOUT+/GND图 4 恒流源电路43 、电压放大模块 电压放大电路如图 5 所示，该电路以 AD620 为核心。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 24-Nov-2005 Sheet of File: C:Documents and Setingsuser压压dz压压压压压压.DdbDrawn By:AD620Rg1-IN2+IN3-Vs4 REF 5OUTPUT 6+Vs 7Rg 8U1*R1 5KC10.1UC20.1UV+V-123J1123J2IN+IN-OUTGNDV+V-OUTIN-IN+图 5 电压放大电路我们可以通过改变电阻 的阻值来改变电路的放大倍数。由于恒流源输出p8R电流范围需要达到 ,导致采样得到的电信号相差很大，而放大电20mA路增益为定值，所以需要两路不同增益的放大电路对规定范围内的电压信号进行放大，使其输出电压控制在 10V 以内，可以让 A/D 转换电路采到。4、数据采集与处理模块为了提高系统的精度，A/D 转换电路如图 6 所示，采用 12 位逐次逼近型的AD574，该芯片内有三态输出缓冲器，输出可直接连到单片机总线，输入控制信号有 CE、/CS、R/C，A0 及 12/8。当 CE 为 1，/CS 为 0，R/C 为 0 时，表示作A/D 转换，R/C 为1时，表示读 A/D 转换后的数据。起动 AD574 时，将A0(通常将它和单片机的最低位地址线 A0 相连) 置0，表示设定 AD574 为12 位 A/D。在 A/D 结束后读取数据时，将 A0 置0，表示允许输出转换结果 12 位中的高 8 位，再将 A0 为1，表示允许输出低 4 位。引脚 12/8 如接+5V，表示以一个 12 位字的方式输出数据。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 29-Nov-2005 Sheet of File: C:Documents and SettingsAdministrator压压压压压MyDesign.ddbDrawn By:+V1 12/82CS3 A04R/C5 CE6V+7 REFOUT8AGND9 REF IN10V-11 BIPOFF1210V IN13 20V IN14 DGND 15DB0 16DB1 17DB2 18DB3 19DB4 20DB5 21DB6 22DB7 23DB8 24DB9 25DB10 26DB11 27STS 28AD574U1AD574R11KR2100KR3100R4100K+5V+12V-12VP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3SIGNAL123456789101112J1123456J2 SIGNALSGND+5V+12V-12VGNDP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3图 6 A/D 转换电路5D/A 转换电路采用 12 位缓冲电压串行输出的 DAC7513 芯片，该芯片功耗低，内含精密输出放大器，使轨对轨输出成为可能，它采用三线串行接口，操作时时钟频率高达 30Hz,基准电压来自外部，最大值为电源电压，输出具有非常宽的动态范围。该转换电路的电路图如图 7 所示，1、2 脚相连输出信号；3 脚接基准电源5V，4 脚接电源，5 脚接地，3 脚，4 脚分别与地之间接电感，电容虑除纹波；6 脚、7 脚、8 脚与单片机相连，由单片机输给信号。其功能是把单片机输出的控制电流输出数值的信号通过放大电路放大传输到电流源。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 29-Nov-2005 Sheet of File: C:Documents and SettingsAdministrator压压压压压MyDesign.ddbDrawn By:Vout1Vfb2Vref3Vd4 GND 5Din 6SCLK 7SYNC 8U1DAC751312U2A74LS04VCCP3.0P3.1P3.2OUTVref1234J1123J2VrefOUTGNDVCCP3.2P3.1P3.0C110uF C210uFVCC图 7 D/A 转换电路5、键盘与显示模块键盘和显示电路采用芯片 8279，可以实现对键盘和显示器的自动扫描，识别闭合键的键号，完成显示器动态显示，可以节省处理键盘和显示器的时间，提高工作效率。本系统设置了一个 8279 的接口电路，供用户扩展键盘和显示器所用。8279 与单片机的许多信号是兼容的，可直接连接，十分方便。三、主要软件流程图1、 主程序流程图如图 8 所示，主要包括 AD 转换子程序，AD 转换处理子程序，调整 DA 输出，键盘处理子程序等。2、 外部中断 0 中断程序（键盘按键中断）流程图如图 9 所示。3、 定时器/计数器 1 中断程序（显示中断）流程图如图 10 所示。当定时器/计数器 1 计数满时溢出进入中断，在中断程序中对一个存放中断次数的寄存器加一，并判断寄存器的数值，是否到 100 次，不到 100 次不置标志位。6图 8 主程序流程图开始单片机初始化8279 初始化开启所有中断50ms 到?AD 转换AD 转换结果处理调整 DA 输出DA 输出送数据有按键？键盘处理1s 到否？加秒计数器5 秒否？调整延时单元8279 显示YNYNN7外部中断 0 入口现场保护置有键输入标志现场恢复中断返回定时/计数置有键输入标志器现场保护1 外部中断 0 入口入口赋值时间常数置显示标志位100 次否？中断返回现场恢复现场保护YN中断返回图 9 外部中断 0 中断程序流程图 图 10 定时器/计数器 1 中断程序（显示中断）流程图四、系统测试1、 测试仪器与设备基本仪器清单如表 1 所示。表 1 基本仪器清单仪器名称 型号 指标 生产厂家 数量岩崎台式模拟示波器 SS-7802A 20Hz 日本岩崎 1 双通道数字示波器 TDS1002 60MHZ Tektronix 公司 1双通道双指针毫伏表（低频毫伏表）DF2170B 100KHz100KHz 3%10Hz800kHz 10%宁波中策电子有限公司 1稳压电源 WD-5 +5V，+12V， -5V,-12V启东市斯迈计算机厂 1直流稳压源 DF17305B3A50Hz 宁波中策电子有限公司 1台式万用表 EDM-3155A 位152台湾富贵仪器 ESCO