原標(biāo)題：基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計(jì)方案

基于AT89S52單片機(jī)+A/D芯片AD1674+12-bit D/A芯片DAC1230的直流恒流源設(shè)計(jì)方案

引言

直流恒流源在電子測(cè)量、校準(zhǔn)設(shè)備、電池充電等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。本文將詳細(xì)介紹一種基于AT89S52單片機(jī)、A/D芯片AD1674和12-bit D/A芯片DAC1230的直流恒流源設(shè)計(jì)方案，涵蓋硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試等方面。

設(shè)計(jì)方案概述

本設(shè)計(jì)的直流恒流源采用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片，通過(guò)AD1674進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并使用DAC1230將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電流控制。系統(tǒng)框圖如下：

+--------------+     +--------+     +--------+     +--------+     +-------+
  |  輸入電壓源  | --> |  電壓   | --> |  AD1674  | --> |  AT89S52  | --> | DAC1230 | --> 輸出電流
  +--------------+     |  采樣  |     +--------+     +--------+     +--------+
                       |電路和運(yùn)放|     +--------+     +--------+     +-------+

主要芯片介紹

1. AT89S52單片機(jī)

AT89S52是一款低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K字節(jié)的在系統(tǒng)可編程閃存。其主要特性包括：

• 8K字節(jié)閃存

• 256字節(jié)內(nèi)部RAM

• 32個(gè)I/O引腳

• 三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器

• 一個(gè)全雙工串行通信接口

• 兩個(gè)外部中斷源

在本設(shè)計(jì)中，AT89S52單片機(jī)的主要作用包括：

• 控制AD1674進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換

• 處理采集到的數(shù)字信號(hào)

• 控制DAC1230進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換

• 通過(guò)PWM控制輸出電流

2. AD1674 A/D轉(zhuǎn)換器

AD1674是一款12位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，其特點(diǎn)包括：

• 轉(zhuǎn)換時(shí)間為10微秒

• 內(nèi)置采樣保持功能

• 高輸入阻抗

在本設(shè)計(jì)中，AD1674的主要作用是將采樣到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)處理。

3. DAC1230 D/A轉(zhuǎn)換器

DAC1230是一款12位D/A轉(zhuǎn)換器，主要特點(diǎn)包括：

• 高精度12位轉(zhuǎn)換

• 可編程電流輸出

在本設(shè)計(jì)中，DAC1230的主要作用是將單片機(jī)處理后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，用于控制輸出電流。

硬件設(shè)計(jì)

1. 電源設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)應(yīng)確保為AT89S52、AD1674和DAC1230提供穩(wěn)定的電源。通常采用線性穩(wěn)壓器或開關(guān)電源，提供5V和±12V電源。

2. 輸入電壓采樣電路

輸入電壓采樣電路主要包括電阻分壓和運(yùn)算放大器電路。通過(guò)分壓電路將輸入電壓降至AD1674可接受的輸入范圍，再通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)調(diào)整，以確保信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3. A/D轉(zhuǎn)換電路

AD1674與AT89S52之間通過(guò)并行接口連接。單片機(jī)通過(guò)控制AD1674的CS和RD引腳來(lái)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

4. D/A轉(zhuǎn)換電路

DAC1230與AT89S52之間通過(guò)并行接口連接。單片機(jī)將處理后的數(shù)字信號(hào)送入DAC1230，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號(hào)。

5. 輸出電流控制電路

輸出電流控制電路采用運(yùn)算放大器和功率晶體管構(gòu)成。DAC1230輸出的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大，控制功率晶體管的基極，從而調(diào)節(jié)輸出電流。

軟件設(shè)計(jì)

1. 主程序流程

主程序流程包括系統(tǒng)初始化、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理、D/A轉(zhuǎn)換和輸出電流控制等部分。流程圖如下：

初始化 --> 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 --> 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 --> 信號(hào)處理 --> 啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換 --> 控制輸出電流
           ^                                                  |
           |__________________________________________________|

2. 初始化

初始化程序主要包括系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置、I/O端口配置、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的初始化。

3. A/D轉(zhuǎn)換與讀取

單片機(jī)通過(guò)控制AD1674的CS和RD引腳啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，存儲(chǔ)在內(nèi)存中。

4. 數(shù)字信號(hào)處理

根據(jù)設(shè)計(jì)需求，對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、放大等處理，得到控制信號(hào)。

5. D/A轉(zhuǎn)換與輸出

將處理后的控制信號(hào)送入DAC1230，啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬電壓信號(hào)。運(yùn)算放大器和功率晶體管根據(jù)該電壓信號(hào)調(diào)節(jié)輸出電流。

系統(tǒng)調(diào)試

1. 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試包括電源電路、輸入電壓采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和輸出電流控制電路的調(diào)試。確保各模塊工作正常，信號(hào)傳輸穩(wěn)定。

2. 軟件調(diào)試

軟件調(diào)試包括初始化程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、數(shù)字信號(hào)處理程序和D/A轉(zhuǎn)換程序的調(diào)試。通過(guò)調(diào)試工具和示波器，驗(yàn)證各程序模塊的功能和性能。

總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了一種基于AT89S52單片機(jī)、AD1674 A/D轉(zhuǎn)換器和DAC1230 D/A轉(zhuǎn)換器的直流恒流源設(shè)計(jì)方案。通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，實(shí)現(xiàn)了輸入電壓的精確采樣、信號(hào)處理和輸出電流控制。該設(shè)計(jì)方案具有電路簡(jiǎn)單、成本低廉、精度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種需要直流恒流源的應(yīng)用場(chǎng)景。