基于DAC75112的數控直流恒流源設計

恒流源是一種能向負載提供恒定電流的電源裝置，在外界電網(wǎng)電源產(chǎn)生波動(dòng)和阻抗特性發(fā)生變化時(shí)它仍能使輸出電流保持恒定，廣泛應用于計量、半導體器件性能測試、傳感器、穩定磁場(chǎng)的產(chǎn)生等領(lǐng)域。
儀器儀表的自動(dòng)化、智能化成為今后發(fā)展趨勢。傳統恒流源由鎮流器、晶體管以及后來(lái)的半導體技術(shù)，輸出電流調節缺乏靈活性。根據不同系統對恒定電流信號的不同需求，人們希望輸出電流信號的幅值可調，且分辨率高、工作穩定。在旋翼轉速調節放大器測試系統中，磁放大器性能測試環(huán)節需要精度高，變化范圍廣的恒定電流輸入。因此，研制一種由計算機數字化控制，高精度的恒流源系統是十分必要的。傳統恒流源已遠遠不能滿(mǎn)足目前設備要求，而以單片機技術(shù)為基礎實(shí)現的程控化、智能化的數字恒流源，功能上更強大，操作更簡(jiǎn)潔，能滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的需求。為此，這里提出一種基于DAC7512的數控直流恒流源系統設計方案，其輸出電流調節范圍為-45～+45 mA、精度為±0．1 mA，分辨率達0．024 4 mA。該設計已在旋翼轉速調節放大器測試系統中得到應用。

1 DAC7512簡(jiǎn)介
DAC7512是TI公司生產(chǎn)的具有內置緩沖放大器的低功耗單片12位數模轉換器，其片內高精度的輸出放大器可獲得滿(mǎn)幅(供電電源電壓與地電壓間)任意輸出。DAC7512帶有一個(gè)時(shí)鐘達30 MHz的通用三線(xiàn)串行接口，因而可接入高速DSP。其接口與SPI、QSPI及DSP接口兼容，因而可與多種系列單片機直接連接而無(wú)需任何其他接口電路。由于DAC7512串行數模轉換器可選擇供電電源作為參考電壓，因而具有很寬的動(dòng)態(tài)輸出范圍，此外，DAC7512數模轉換器還具有3種關(guān)斷工作模式。正常工作狀態(tài)下，DAC7512在5 V電壓下的功耗僅為0．7 W，而省電狀態(tài)下的功耗為1 μW。因此，低功耗的DAC7512無(wú)疑是便攜式電池供電設備的理想器件。DAC7512的主要特點(diǎn)如下：
1)微功耗，5 V時(shí)的工作電流消耗為135 μA(DAC7512)；
2)掉電模式時(shí)，采用5 V電源供電，其電流消耗為135 nA；而采用3 V供電時(shí)，其電流消耗僅為50 nA；
3)供電電壓范圍為+2．7～+5．5 V；
4)上電輸出復位后輸出為0 V；
5)具有3種關(guān)斷工作模式可供選擇，5 V電壓下的功耗僅為0．7 mW；
6)帶有低功耗施密特輸入串行接口；
7)內置滿(mǎn)幅輸出的緩沖放大器；
8)具有SYNC中斷保護機制。
圖1為DAC7512的寫(xiě)操作時(shí)序，其引腳功能描述如表1所列。

2 數控恒流源系統硬件設計
2．1 系統設計原理
整個(gè)數控恒流源系統由計算機、AT89C51單片機、DAC7512、差動(dòng)放大模塊、電壓，電流轉換電路和功率驅動(dòng)電路組成。采用AT89C51單片機為控制芯片實(shí)現數控恒流源系統的各項功能。測試系統需要相應電流輸出時(shí)，計算機經(jīng)MAX232通信接口發(fā)送電流控制字(12位的數字量)給單片機系統，單片機系統將電流控制字經(jīng)模擬SPI通信接口，寫(xiě)入DAC7512數膜轉換器，控制其輸出相應的電壓量，然后經(jīng)高輸入阻抗的差動(dòng)電路、電壓，電流轉換電路和功率驅動(dòng)電路，最終輸出需要的恒定電流。數控恒流源實(shí)現原理如圖2所示：

2．2 系統硬件設計
硬件系統設計主要分為電壓輸出模塊、電壓／電流轉換模塊、基準電壓發(fā)生模塊和通信模塊4部分。系統硬件電路原理如圖3所示。

2．2．1 電壓輸出模塊
單片機通過(guò)SPI通信接口將電流控制字寫(xiě)入DAC7512后，DAC7512的輸出端VOUT(圖1中為DAC1)輸出一個(gè)范圍在0～5 V之間的模擬電壓。模擬電壓通過(guò)與2．5 V零基準電壓比較，差動(dòng)輸入到運放U1C(LM224)中，運放U1C輸出+0．5～-0．5 V之間變化的電壓Vo。運放U1C組成的差動(dòng)縮放電路：