一種數(shù)控恒流源電路的設(shè)計(jì)

0 引言

恒流源是能夠向負(fù)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(lái)越廣，在電子測(cè)量?jī)x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(shí)，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(hào)量，并將其作為控制信號(hào)的恒定電流，并參與到下一級(jí)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(jī)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(gè)部分組成。該系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流，主要是通過(guò)LED數(shù)碼管和小鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)的，LED 數(shù)碼管顯示電流值以及一些相對(duì)應(yīng)功能，而小鍵盤則可以實(shí)現(xiàn)人為的來(lái)控制恒流源輸出，即當(dāng)未小鍵盤控制下的狀態(tài)時(shí)，用戶的輸入狀態(tài)會(huì)被顯示，而當(dāng)為A/D 采樣控制時(shí)，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(jī)、驅(qū)動(dòng)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(jī)，主要因?yàn)槠涔δ芡陚?、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(jìn)行通信，而8279 管理鍵盤與電路，使得處理器的負(fù)擔(dān)減輕，單片機(jī)的口線和時(shí)間被顯示電路與鍵盤過(guò)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(jì)

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(shí)作為穩(wěn)壓輸出電路的主電源。輸出50hz,200-240v 的交流電，通過(guò)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(lái)選擇濾波電容，電網(wǎng)波動(dòng)為10%,選用7912/7805/7812,由于7812/7912 功率大、負(fù)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(fù)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(fù)載阻值在29-10008Ω 之間時(shí)，我們可以看出：隨輸入電壓變化的線性情況相對(duì)較好，隨負(fù)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(jī)的連接電路圖，只需要讀寫就可以完成對(duì)顯示以及鍵盤的相應(yīng)操作。當(dāng)鍵盤被按下時(shí)，鍵盤顯示接口芯片會(huì)通過(guò)單片機(jī)的外部中斷，來(lái)向單片機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求，單片機(jī)在進(jìn)行判斷以后，再?zèng)Q定是否執(zhí)行下個(gè)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(jī)的連接電路圖，單路采樣輸入中，當(dāng)采樣結(jié)束了以后，會(huì)以單片機(jī)外部中斷的方式發(fā)出中斷請(qǐng)求，要求單片機(jī)中斷處理，此時(shí)，單片機(jī)要對(duì)A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和處理，以便下一步進(jìn)行控制操作。