基于51單片機的程控恒流源設計

　　0 引言

　　在飛速發(fā)展的電子和電信技術(shù)系統中， 電源的優(yōu)劣在一定程度上決定著(zhù)電信設備的性能和壽命。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(chǎng)上的數控恒壓技術(shù)已經(jīng)比較成熟， 數控電壓源產(chǎn)品也已朝著(zhù)智能化和小型化的趨勢發(fā)展， 且價(jià)格也越來(lái)越便宜。但是， 在恒流源方面， 尤其是數字控制的恒流技術(shù)則由于起步較晚， 高性能的數控恒流器件的開(kāi)發(fā)和應用存在著(zhù)巨大的發(fā)展空間。為此， 本文以C8051FF330D單片機為控制核心， 并利用C8051FF330D的I2C串行總線(xiàn)擴展外圍器件， 同時(shí)以模塊化設計方法，設計了一種程控恒流源。而且整個(gè)電源還具有功耗低、體積小， 電流紋波小、控制精度高和運行穩定等特點(diǎn)。

　　1 系統總體結構

　　該程控恒流源設計主要采用C8051FF330D單片機內部的10位電流型數模轉換器和電流/電壓轉換電路來(lái)輸出0～4 V的模擬量， 然后用這個(gè)電壓信號來(lái)控制恒流源的輸出電流， 以使其按照給定值變化。由于本系統擴展了I2C串行總線(xiàn)接口，以及以ZLG7290為核心的鍵盤(pán)和LED數碼管顯示器電路， 因而可用鍵盤(pán)進(jìn)行電流值和時(shí)間間隔的設定， 其電流值設定范圍為0～10 A， 時(shí)間間隔為0～10小時(shí)。另外， 系統還具有掉電保護功能， 故當其恢復用電后， 可使電流源從斷點(diǎn)處恢復運行。

　　圖1所示是本系統的硬件組成結構。其中，時(shí)鐘電路采用外部晶體振蕩器來(lái)提高時(shí)鐘精度，JTAG接口電路則為系統提供全速、非侵入式的在線(xiàn)系統調試接口， 而外部復位電路可用于強制MCU進(jìn)入復位狀態(tài)。

圖1 系統硬件組成結構圖

　　2 硬件電路設計

　　2.1 模擬量輸出接口電路

　　C8051F330D內部有一個(gè)10位電流型的D/A轉換器IDA0， 它的最大輸出電流具有0.5 mA、1 mA和2 mA三種不同的設置。同時(shí)， IDA0還具有靈活的輸出更新機制， 并允許無(wú)縫滿(mǎn)度變化， 可支持無(wú)抖動(dòng)波形更新。IDA0的三種更新方式分別為寫(xiě)IDA0H、定時(shí)器溢出和外部引腳邊沿出發(fā)。本設計采用P1.0輸出， 并采用定時(shí)器溢出的更新方式。

　　C8051F330D內部電路中的數模轉換器輸出的0～1 mA電流信號通過(guò)基準電阻轉換為0～2 V的電壓信號后， 再經(jīng)過(guò)放大電路轉換為0～4 V的標準信號輸出。其模擬量輸出信號轉換電路如圖2所示。

圖2 模擬量輸出信號轉換電路