本文采用SPCE061A單片機作為數(shù)控直流電流源的主控部件，通過巧妙的軟件設(shè)計與簡易可靠的硬件電路相配合，實現(xiàn)了輸出電流可預(yù)置、可步進調(diào)整、輸出電流信號可直接顯示和語音提示等功能。系統(tǒng)采用了閉環(huán)控制方案，將實際輸出的電流值通過精密電阻采樣反饋，經(jīng)PID算法修正實際輸出值，提高了電流源的輸出精度和穩(wěn)定性。

    在電子設(shè)備中經(jīng)常用到穩(wěn)定性好、精度高、輸出可預(yù)置的直流電流源。本文設(shè)計的數(shù)控直流電流源能夠很好地降低因元器件老化、溫漂等原因造成的輸出誤差，輸出電流在20mA～2000mA可調(diào)，輸出電流可預(yù)置、具有“+”、“-”步進調(diào)整、輸出電流信號可直接顯示和語音提示等功能。硬件電路采用凌陽單片機SPCE061A為控制核心，利用閉環(huán)控制原理，加上反饋電路，使整個電路構(gòu)成一個閉環(huán)，在軟件方面主要利用PID算法來實現(xiàn)對輸出電流的精確控制。該系統(tǒng)可靠性高、體積小、操作簡單方便、人機界面友好。

    系統(tǒng)硬件實現(xiàn)方案

    本設(shè)計采用單片機作為主要控制部件，通過鍵盤預(yù)置輸出電流值并采用液晶模塊實時顯示。整個系統(tǒng)硬件部分由微控制器、電壓-電流轉(zhuǎn)換、鍵盤、顯示、直流穩(wěn)壓電源和語音提示等模塊組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)控直流電流源的基本模塊方框圖

    微控制器是整個系統(tǒng)的核心，負責(zé)整個系統(tǒng)的運作。為了實現(xiàn)簡化硬件電路、系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，便于實現(xiàn)語音播報、鍵盤設(shè)置和信息的實時顯示等功能的協(xié)調(diào)，通過多種方案論證后，微控制器選用凌陽公司的SPCE061A，該單片機內(nèi)部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCD-Driver等電路(與IC型號有關(guān))。它采用精簡指令集(RISC)，指令周期均以CPU時鐘數(shù)為單位。另外，它還兼有DSP功能，內(nèi)置16位硬件乘法器和加法器，并配備有DSP擁有的特殊指令，大大加速了各種算法的運行速度。同時可以在Windows環(huán)境下使用凌陽單片機應(yīng)用開發(fā)工具，該工具支持標(biāo)準(zhǔn)C語言和凌陽單片機匯編語言，集匯編、編程、仿真等功能于一體，大大加快了軟件開發(fā)過程。用該單片機作為控制器比較合適，在硬件電路簡單的前提下，容易實現(xiàn)A/D和D/A轉(zhuǎn)換、語音提示、PID運算等功能。
   
    顯示模塊主要實現(xiàn)的功能是顯示設(shè)置的電流輸出值和其它人機交互信息。本部分可以采用七段數(shù)碼LED顯示器，顯示數(shù)字、簡單字母和小數(shù)點等信息，但由于其顯示信息單一，人機交互不友好，本文采用字符型液晶顯示屏LCDSMC1602A模塊。該模塊具有輕薄短小、低壓微功耗、體積小、無輻射、平面直角顯示及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)點，且可視面積大、面效果好、分辨率高、抗干擾能力強，適合用于顯示字母、數(shù)字、符號等信息，而且不需要擴展過多外圍電路，可由單片機直接進行控制輸出顯示。

圖2 V/I轉(zhuǎn)換電路圖

    電壓-電流轉(zhuǎn)換模塊由精密運放與三個晶體管組成的達林頓管電路構(gòu)成。轉(zhuǎn)換電路利用晶體管平坦的輸出特性和深度負反饋電路使輸出電流穩(wěn)定，如圖2所示，此V/I轉(zhuǎn)換電路的帶負載能力強，電流輸出范圍達0~3A。輸出電流Io經(jīng)反饋電阻R_f得到一個反饋電壓V_f，V_f= V₁₁-V₁₂，通過R₅、R₆加到運算放大器的兩輸入端，設(shè)運放兩端的電為V₁、V₂，V_i由單片機DAC輸出。因為理想運放的輸入電流約等于零，且V₁=V₂，則：

    V₁₂[1-R₆/(R₂+R₆)]+V_iR₆/(R₂+R₆)=V₁₁R₁(R₁+R₆)
   
    由于V₁₂ =V₁₁-V_f，則：
   
    V₁₁R₂/(R₂+R₆)+(V_iR₆-V_fR₂)/(R₂+R₆)=V₁₁R₁/(R₁+R₅)
   
    令R₁=R₂=10kW，R₅ =R₆ =1kW，則有V_f=V_iR₆/R₂=V_i/10
   
    若暫不考慮反饋時，

    Io=V_i/(10R_f)
   
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