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      基于單片機(jī)的恒流源設(shè)計

      2021-06-24 16:11:11沈宇
      理論與創(chuàng)新 2021年5期
      關(guān)鍵詞:數(shù)控恒流源單片機(jī)

      沈宇

      【摘? 要】本文基于單片機(jī)設(shè)計了一種可調(diào)恒流源,該電路以單片機(jī)為控制核心,以電壓-電流轉(zhuǎn)換電路作為恒流源輸出電路,以及配合其他外圍電路。該恒流源可以根據(jù)需要使用按鍵進(jìn)行設(shè)置,并使用負(fù)反饋控制,使輸出電流更加穩(wěn)定和精準(zhǔn),具有操作方便和價格低廉等優(yōu)點。

      【關(guān)鍵詞】單片機(jī);恒流源;數(shù)控

      引言

      恒流源又稱為電流源,能夠為負(fù)載提供恒定的電流,是電子電路中常見的一種部件,并且在儀器儀表、傳感器和醫(yī)療儀器等各種領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用,因此具有良好的發(fā)展前景。

      本文基于單片機(jī)設(shè)計了一種可調(diào)恒流源產(chǎn)生電路。通過單片機(jī)結(jié)合外部按鍵電路和顯示屏幕,實現(xiàn)了可調(diào)化和可視化。電路中使用了負(fù)反饋電路,配合單片機(jī)進(jìn)行軟件調(diào)節(jié),可以使恒流源輸出調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)、快速。

      1.系統(tǒng)組成

      本系統(tǒng)主要由電源模塊、控制模塊、恒流源模塊和顯示模塊等幾部分組成。其中,電源模塊能夠為整個電路提供穩(wěn)定的電壓;恒流源模塊能夠根據(jù)控制信號輸出所需的恒定電流;控制模塊由STC89C52單片機(jī)作為控制核心,能夠根據(jù)按鍵和反饋調(diào)整信號輸出;顯示模塊能夠顯示設(shè)置電流值和實際輸出電流值,使操作直觀。

      2.硬件設(shè)計部分

      2.1電源模塊

      電源模塊可以產(chǎn)生多種電壓,不僅可以為單片機(jī)和其他外圍芯片及電路提供穩(wěn)定的供電電壓和基準(zhǔn)電壓。

      2.2恒流源模塊

      恒流源模塊采用電壓-電流轉(zhuǎn)換電路,該電路原理圖如圖1所示。該電路主要由LM324芯片和外圍電阻構(gòu)成,其中,LM324芯片是一款單電源供電的高增益四路運(yùn)算放大器。輸出電流通過U1C經(jīng)? ? ? ? ? ?輸出,輸出電流公式為

      因此,輸出電流與輸入電壓成正比,可以通過改變輸入電壓來改變恒流源的電流輸出值。

      2.3控制模塊

      控制模塊采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片,單片機(jī)與外圍電路相連,包括數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)芯片、按鍵和顯示模塊等電路。單片機(jī)可以根據(jù)按鍵設(shè)置的輸出電流值,控制DAC芯片使恒流源模塊輸出相應(yīng)的電流值。同時單片機(jī)根據(jù)ADC芯片采集到的實際電流值同步調(diào)整輸出。

      DAC芯片采用由德州儀器(TI)生產(chǎn)的DAC0832芯片。該芯片是一款8位雙緩沖乘法模數(shù)轉(zhuǎn)換器,電流建立時間為1 us。

      ADC芯片采用由德州儀器生產(chǎn)的ADC0804芯片。該芯片是一款8位逐次逼近型ADC芯片,轉(zhuǎn)換時間為100 us。

      按鍵模塊由3個按鍵構(gòu)成,分別實現(xiàn)“加”、“減”和“確認(rèn)”功能?!凹印?、“減”按鍵能夠設(shè)置電流值,按下“確認(rèn)”鍵后單片機(jī)能夠按照當(dāng)前設(shè)置的電流值進(jìn)行輸出。

      2.4顯示模塊

      顯示模塊選擇了0.96寸OLED屏幕。該款OLED由SSD1306芯片驅(qū)動,使用IIC總線控制,IIC總線只有SCL和SDA兩根控制線,所以大大節(jié)省了單片機(jī)IO口,可以將其余的IO口分配給其他模塊,而且該顯示屏具有完整的驅(qū)動程序,方便用戶調(diào)用。

      3.軟件設(shè)計

      單片機(jī)既可以用匯編語言開發(fā),也可以用C語言開發(fā),相比匯編語言,C語言結(jié)構(gòu)更加清楚,可讀性更高,學(xué)習(xí)更加容易,因此本次設(shè)計采用C語言開發(fā)。

      主程序流程圖如圖2所示。

      4.調(diào)試

      根據(jù)電路設(shè)計圖焊接電路板,在測試電路連接正確以及無短路和無虛焊等問題后,進(jìn)行上電操作,將程序下載到單片機(jī)后,對電路進(jìn)行測試,測試結(jié)果如表1所示。

      從表中可以看到,實際輸出電流值與設(shè)定電流值最大誤差為2%,最小誤差為0.13%,平均誤差為0.85%,本次設(shè)計較好地達(dá)到了預(yù)期的效果。

      5.結(jié)語

      本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)的可調(diào)恒流源,輸出電流值可以根據(jù)需要使用按鍵進(jìn)行設(shè)計,另外,通過使用負(fù)反饋電路,對實際電流值和設(shè)定電流值進(jìn)行比較和調(diào)整,可以使輸出電流更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)。該恒流源可以使用在多種需要恒流源的電路中,并且可以通過使用更高精度的DAC芯片和ADC芯片提高輸出精度。

      參考文獻(xiàn)

      [1]穆云田. 基于單片機(jī)控制的直流恒流源的設(shè)計[D]. 河北工業(yè)大學(xué)電工理論與新技術(shù), 2007.

      [2]管梁. 對基于恒壓源的精密恒流源思考分析[J]. 電子元器件與信息技術(shù), 2021, 5(01): 118-119.

      寧波工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院? ? 浙江寧波? ? 315211

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