基于微控制器的数控DC电流源系统设计

本设计采用单片机作为主要控制部件，通过键盘预置输出电流值并采用液晶模块实时显示。整个系统硬件部分由微控制器模块、电压-电流转换模块、键盘模块、显示模块、直流稳压电源模块和语音提示模块组成。系统结构框图如图1所示。

图1 数控DC电流源系统

微控制器是整个系统的核心，负责整个系统的运作。为了能够做到硬件电路简单，系统性能稳定可靠，便于实现语音播报、键盘设置和信息实时显示等功能的协调，通过多种方案论证后，选用凌阳十六位单片机SPCE061A。该单片机采用现代电子技术——片上系统SOC(system on a chip)技术设计而成，内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCD-DRIVER等电路(与IC型号有关)。它采用精简指令集(RISC)，指令周期均以CPU时钟数为单位。另外，它还兼有DSP芯片功能，内置16位硬件乘法器和加法器，并配备有DSP拥有的特殊指令，大大加速了各种演算法的运行速度。同时可以在Windows环境下使用凌阳十六单片机应用开发工具，该工具支持标准C语言和凌阳单片机汇编语言，集汇编、编程、仿真等功能于一体，大大加快了软件开发过程。凌阳单片机具有高速度、低价、可靠、实用、体积小、功耗低等特点，用该单片机作为控制器比较合适，在硬件电路简单的前提下容易实现A/D、D/A转换、语音提示、PID运算等功能。

显示模块主要实现的功能是显示设置的电流输出值和其他人机交互信息。本部分可以采用七段数码LED显示器，实现显示数字、简单字母和小数点等信息，但由于其显示信息单一，人机交互不友好，在系统中采用字符型液晶显示屏LCDSMC1602A模块。该模块具有轻薄短小、低压微功耗、体积小、无辐射危险，平面直角显示及影像稳定不闪烁等优点。其方便用于显示字母、数字、符号等信息，而且不需要扩展过多外围电路，可由单片机直接进行控制输出显示。

电压-电流转换模块由精密运放与3个晶体管组成的达林顿管电路构成。转换电路利用晶体管平坦的输出特性和深度负反馈电路使输出电流稳定。如图2所示，此V/I转换电路的带负载能力强，电流输出范围达0～3A。输出电流Io经反馈电阻Rf得到一个反馈电压Vf，Vf= V11-V12，通过R5、R6加到运算放大器的两输入端，设运放两端的电为V1、V2，Vi由单片机DAC输出。因为理想运放的输入电流约等于零，且V1=V2，则有V12[1-R6/(R2+R6)]+ViR6/(R2+R6)=V11R1(R1+R6)。由于V12=V11-Vf，则V11R2/(R2+R6)+(ViR6-VfR2)/(R2+R6)=V11R1/(R1+R5)。令R1=R2=10kΩ，R5=R6=1kΩ,则有Vf=ViR6/R2=Vi/10。若暂不考虑反馈时，Io=Vi/(10Rf)。

图2 V/I转换电路图

由此可见，输出电流的标定由D/A转换的输出电压Vi和Rf决定，为线性变换。Rf由大线径康铜丝制作，其温度系数很小(5×10-6/℃)，大线径可以使其温度影响减至最小。3个三极管应选用大功率管TIP122，且使用散热片，以保证管子工作在线性区。

来源：21IC电子网