基于AT89C51的電流源設(shè)計-新品速遞

精品文檔-下載后可編輯基于AT89C51的電流源設(shè)計-新品速遞引言

恒流源是模擬電路中的重要組成部分，它可以用作偏置、控制或驅(qū)動電路。傳統(tǒng)電流鏡電路通過調(diào)整偏置電阻大小來改變恒流源特性，單憑手動改變可變電阻的大小，在一些要求非線性、高精度、快速反應(yīng)的場合難以實現(xiàn)控制，而且不能在功耗和性能之間取得平衡。此外，傳統(tǒng)電流源很容易受到溫度、電源電壓等因素的影響。而采用微處理器能克服上述缺點，進行自動控制和手動監(jiān)控，大大提高系統(tǒng)的度和反應(yīng)速度。本文介紹的是用AT89C51控制的恒流源電路，它具有外部電路簡單、干擾較小、價格低廉等優(yōu)點。該系統(tǒng)是一種數(shù)字式的電壓控制電流源，可以實現(xiàn)非線性控制，并且在自動調(diào)整、控制等方面有廣闊的應(yīng)用前景。系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)由單片機、小鍵盤、DAC、電壓控制電流源幾部分組成。設(shè)計中采用的是ATMALAT89C51芯片，它有4個輸入和輸出口，分別為P0、P1、P2、P3。下面僅以P1口為例來說明系統(tǒng)原理。從4×4小鍵盤輸入一個0～255的數(shù)值，單片機從P0口得到鍵碼加以識別并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，在P1口輸出對應(yīng)的8位控制碼，經(jīng)過一個8位的DAC，轉(zhuǎn)換成模擬電壓。這個電壓再經(jīng)過電壓控制電流源，實現(xiàn)恒流。

當(dāng)系統(tǒng)需要更高度時，可以通過增加鎖存器和模擬開關(guān)，對控制碼進行鎖存，同時換用更高位數(shù)的DAC即可。

硬件基本組成

電壓控制電流源的設(shè)計

設(shè)計中采用的是線性電源，受控源可以用運算放大器來實現(xiàn)，如圖1所示。這種電流源不受Vcc和Vee的影響，甚至在Vcc和Vee不對稱的情況下，仍保持良好的線性關(guān)系。

在圖l電路中，同相端電壓U3，和反相端電壓U2相等，那么：

流過負(fù)載的總電流I0為：由于R3R4+R5，R1=R2，整理得：電流Iout是一個與負(fù)載無關(guān)的量，它的大小取決于輸入電壓Vin，可知其具有受控恒流特性。電壓控制電流源電路具有如下幾個特點：

1．當(dāng)VinVcc時，Vin對電流源不起控制作用，這是由運放本身固有特性所決定的。如果要增大調(diào)節(jié)范圍，就必須提高運放的Vcc和Vee。

2．R5的數(shù)值與電流大小有關(guān)，但不是式(4)給出的那種線性關(guān)系。當(dāng)R5減小到一定數(shù)值的時候(如R5=50Ω)，電壓控制恒流源的電流達到負(fù)載電流(當(dāng)Vin=Vcc時，Iout=Iout，max)，而且Iout動態(tài)范圍會變小。R5每減小一半，動態(tài)范圍就縮小一半。當(dāng)R5=0Ω時，電壓控制恒流源的電流為負(fù)載電流(Iout，max)，不隨輸入電壓Vin變化。

3．R1影響恒流源起始電流的大小(即Vin=0V時)，當(dāng)R1=1MΩ時，起始電流為0mA；R1=1.6MΩ，起始電流為6.2mA；R1=1.9MΩ時，起始電流為14.2mA。故為避免零點漂移，應(yīng)使R1在1MΩ左右。

4．R4也影響起始電流的大小，當(dāng)R41MΩ時，R1起主要調(diào)節(jié)作用。

5．R3的變化影響調(diào)節(jié)的范圍，如R3=300KΩ時，可調(diào)的電壓為5V～10V。

三極管構(gòu)成VCCS的電流大小與工作偏置電壓直接相關(guān)。當(dāng)Vcc改變的時候，流入負(fù)載電阻的電流會隨之發(fā)生改變，而且其輸出電阻較小，這些因素使得VCCS的工作特性變差。由于每個三極管的伏安特性并不完全一致，其放大倍數(shù)β也不完全相同，三級管的參數(shù)也會隨溫度變化，致使的恒流特性差異更大。此外，電流比較大時，三極管功耗非常大，使得電路效率不高，容易燒壞三極管。

這個系統(tǒng)使用運算放大器搭建VCCS，由于運放有差分對輸入，可以抑止共模信號，對溫度漂移有良好的抑制作用，有利于減少干擾。另外，恒流源的工作電流與Vcc、Vee無關(guān)，只與和它構(gòu)成反饋的電阻阻值有關(guān)。運算放大器的放大倍數(shù)差異并不會影響其終的恒流特性，穩(wěn)定性較好。

DAC

設(shè)計中采用的芯片是DAC0808，它是一個8位DAC。圖2是DAC典型應(yīng)用電路。

圖2中輸出的模擬量是一個正電壓，當(dāng)需要負(fù)電壓時，在DAC的第4引腳直接接一個3KΩ左右的電阻即可。DAC的第4引腳的電流總是流入的，其值為1.992mA。當(dāng)外接一個3KΩ的負(fù)載電阻RL時，輸出的電壓是通過RL上所加的電壓，的電壓為-3KΩ×1.922mA≈-6V(當(dāng)所有位輸入都是高電平的時候)，與實驗中的數(shù)據(jù)相符合。需要指出的是，負(fù)載電阻的大小會影響轉(zhuǎn)換時間，當(dāng)負(fù)載電阻為2.5KΩ的時候，在壞的情況下，會使轉(zhuǎn)換時間增加1.2μs。

單片機的控制

圖3是系統(tǒng)中使用的控制流程圖。要從小鍵盤讀人0-255的控制信號，要調(diào)用KEY子程序3次，讀入百位、十位、個位，保存在寄存器中。單片機得到這些數(shù)字后，變成一個二進制的控制碼輸出到DAC，控制VCCS的電流大小。，程序自動初始化，清空堆棧，為下控制信號的輸入作準(zhǔn)備。

統(tǒng)性能及分析

測試儀器為濱江DT9978萬用表，直流電流精度為：2m／20mA±0.8％±2，200mA±1.2％±2。當(dāng)負(fù)載為500Ω時，鍵入不同數(shù)值得到實際電流大?。欢硐腚娏魇菧y出VCCS輸入電壓值，用公式(4)計算出來。實際電流要比理想電流稍大，但是在輸入的整個范圍內(nèi)保持良好的線性關(guān)系。系統(tǒng)的負(fù)載變化時，在壞的情況下(即輸入數(shù)值時)，輸出電流在負(fù)載變化時基本保持不變，具有良好的恒流源特性。

因為系統(tǒng)在整個輸入數(shù)值范圍內(nèi)都具有線性關(guān)系，截取其中一段分析可得輸出電流步長。系統(tǒng)的電流步長取多次測量的平均值，其大小為0.1mA，精度為±7％，具有較高的度。系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)應(yīng)用是一種真彩色LED的驅(qū)動電路，在一個LED里面封裝了分別可以發(fā)出紅、綠、藍光的3塊芯片，它們的光強與通過的電流直接相關(guān)，因此，要用電流源作驅(qū)動電路。中心控制為AT89C51單片機，從小鍵盤中輸入紅綠藍的控制值(0～255)，通過P0口輸入到單片機，經(jīng)過單片機處理后，輸出到P1口、P2口、P3口，再通過DAC把控制信號轉(zhuǎn)化為一個模擬電壓信號。這個電壓信號通過VCCS就可以改變LED的電流，LED的光強隨著電流的變大而增強。圖4采用了本文介紹的電流源來實現(xiàn)LED驅(qū)動電路。每種顏色有256級的亮度，組合起來，這個發(fā)光管就可以發(fā)出16萬種顏色--這便是人眼能夠識別的真彩色。

結(jié)語

這個系統(tǒng)以較低的成本實現(xiàn)了對電流源的控制，同時具有良好的通用性和擴展性。本系統(tǒng)作為RGB三色LED的驅(qū)動電路，實現(xiàn)了每種顏色256級亮度，組合起來有16萬種顏色，對光強的控制作用明顯。此外，這個系統(tǒng)僅改變單片機的程序就可以用于非線性控制，這種非線