原標(biāo)題：基于單片機(jī)控制的直流恒流源設(shè)計方案

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)計方案

引言

直流恒流源在電子測量、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)計方案，涵蓋硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試等方面。

設(shè)計方案概述

本設(shè)計的直流恒流源采用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片，通過AD1674進(jìn)行模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，并使用DAC1230將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號來實現(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I/O引腳

• 三個16位定時/計數(shù)器

• 一個全雙工串行通信接口

• 兩個外部中斷源

在本設(shè)計中，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

• 控制DAC1230進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換

• 通過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，其特點包括：

• 轉(zhuǎn)換時間為10微秒

• 內(nèi)置采樣保持功能

• 高輸入阻抗

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

3. DAC1230 D/A轉(zhuǎn)換器

DAC1230是一款12位D/A轉(zhuǎn)換器，主要特點包括：

• 高精度12位轉(zhuǎn)換

• 可編程電流輸出

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

硬件設(shè)計

1. 電源設(shè)計

系統(tǒng)電源設(shè)計應(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。通過分壓電路將輸入電壓降至AD1674可接受的輸入范圍，再通過運(yùn)算放大器進(jìn)行信號調(diào)整，以確保信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3. A/D轉(zhuǎn)換電路

AD1674與AT89S52之間通過并行接口連接。單片機(jī)通過控制AD1674的CS和RD引腳來啟動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之間通過并行接口連接。單片機(jī)將處理后的數(shù)字信號送入DAC1230，通過D/A轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號。

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經(jīng)過運(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

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A/D轉(zhuǎn)換 --> 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 --> 信號處理 --> 啟動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)通過控制AD1674的CS和RD引腳啟動A/D轉(zhuǎn)換，并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，存儲在內(nèi)存中。

4. 數(shù)字信號處理

根據(jù)設(shè)計需求，對采集到的數(shù)字信號進(jìn)行濾波、放大等處理，得到控制信號。

5. D/A轉(zhuǎn)換與輸出

將處理后的控制信號送入DAC1230，啟動D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬電壓信號。運(yùn)算放大器和功率晶體管根據(jù)該電壓信號調(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)字信號處理程序和D/A轉(zhuǎn)換程序的調(diào)試。通過調(diào)試工具和示波器，驗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)計方案。通過硬件設(shè)計和軟件編程，實現(xiàn)了輸入電壓的精確采樣、信號處理和輸出電流控制。該設(shè)計方案具有電路簡單、成本低廉、精度高等優(yōu)點，適用于各種需要直流恒流源的應(yīng)用場景。