摘要: 給出了用C8051FF330D的內(nèi)部電流型D/A轉(zhuǎn)換器和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路來輸出0~4V的模擬信號量, 用于控制恒流源輸出電流,, 并使其按設(shè)定的值進行變化,, 從而完成可編程恒流源控制器的設(shè)計方法。利用該方法設(shè)計的程控恒流源具有電流紋波小,、控制精度高和運行穩(wěn)定等特點,。
0 引言
在飛速發(fā)展的電子和電信技術(shù)系統(tǒng)中, 電源的優(yōu)劣在一定程度上決定著電信設(shè)備的性能和壽命,。因此,, 人們對程控恒流器件的需求也日益迫切。雖然目前市場上的數(shù)控恒壓技術(shù)已經(jīng)比較成熟,, 數(shù)控電壓源產(chǎn)品也已朝著智能化和小型化的趨勢發(fā)展,, 且價格也越來越便宜。但是,, 在恒流源方面,, 尤其是數(shù)字控制的恒流技術(shù)則由于起步較晚, 高性能的數(shù)控恒流器件的開發(fā)和應(yīng)用存在著巨大的發(fā)展空間,。為此,, 本文以C8051FF330D單片機為控制核心, 并利用C8051FF330D的I2C串行總線擴展外圍器件,, 同時以模塊化設(shè)計方法,,設(shè)計了一種程控恒流源,。而且整個電源還具有功耗低、體積小,, 電流紋波小,、控制精度高和運行穩(wěn)定等特點。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
該程控恒流源設(shè)計主要采用C8051FF330D單片機內(nèi)部的10位電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路來輸出0~4 V的模擬量,, 然后用這個電壓信號來控制恒流源的輸出電流,, 以使其按照給定值變化。由于本系統(tǒng)擴展了I2C串行總線接口,,以及以ZLG7290為核心的鍵盤和LED數(shù)碼管顯示器電路, 因而可用鍵盤進行電流值和時間間隔的設(shè)定,, 其電流值設(shè)定范圍為0~10 A,, 時間間隔為0~10小時。另外,, 系統(tǒng)還具有掉電保護功能,, 故當其恢復(fù)用電后, 可使電流源從斷點處恢復(fù)運行,。
圖1所示是本系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu),。其中,時鐘電路采用外部晶體振蕩器來提高時鐘精度,,JTAG接口電路則為系統(tǒng)提供全速,、非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口, 而外部復(fù)位電路可用于強制MCU進入復(fù)位狀態(tài),。
圖1 系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖
2 硬件電路設(shè)計
2.1 模擬量輸出接口電路
C8051F330D內(nèi)部有一個10位電流型的D/A轉(zhuǎn)換器IDA0,, 它的最大輸出電流具有0.5 mA、1 mA和2 mA三種不同的設(shè)置,。同時,, IDA0還具有靈活的輸出更新機制, 并允許無縫滿度變化,, 可支持無抖動波形更新,。IDA0的三種更新方式分別為寫IDA0H、定時器溢出和外部引腳邊沿出發(fā),。本設(shè)計采用P1.0輸出,, 并采用定時器溢出的更新方式。
C8051F330D內(nèi)部電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的0~1 mA電流信號通過基準電阻轉(zhuǎn)換為0~2 V的電壓信號后,, 再經(jīng)過放大電路轉(zhuǎn)換為0~4 V的標準信號輸出,。其模擬量輸出信號轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。
圖2 模擬量輸出信號轉(zhuǎn)換電路
2.2 掉電保護電路
在電信和其他通信系統(tǒng)中,, 如果設(shè)備斷電,,將給系統(tǒng)造成巨大損失,, 甚至可能使系統(tǒng)癱瘓。
為了避免系統(tǒng)掉電情況的發(fā)生,, 本設(shè)計采用FM24CL04作為非易失存儲器來保護系統(tǒng)參數(shù)及其它中間數(shù)據(jù),。與EEPROM不同, FM24CL04可以以總線速度進行寫操作,, 它使用的是工業(yè)標準兩線I2C接口,, 圖3所示是本電源系統(tǒng)附帶的掉電數(shù)據(jù)保護電路。
圖3 掉電數(shù)據(jù)保護電路
由于FM24CL04存儲器的寫入速度極快,, 因此,, 在一個高噪聲的通信環(huán)境中, 它受到干擾的可能性很小,。此外,, FM24CL04使用二線制串行總線及握手協(xié)議來進行雙向傳輸, 由于這種方式占用的引腳少,, 因此,, 系統(tǒng)線路板占用的空間也比較小。
2.3 鍵盤及顯示電路
本系統(tǒng)配置有4位鍵盤和8位LED數(shù)碼管顯示電路,, 以用于顯示編程數(shù)據(jù)和參數(shù),。鍵盤顯示器接口電路采用廣州周立功單片機發(fā)展有限公司的專用芯片ZLG7290B數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤管理芯片。該芯片能夠直接驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管或者64位獨立的LED,, 同時,, 也可以掃描和管理64位按鍵。本電路將ZLG7290B通過I2C總線與單片機進行連接,, 僅需要兩根信號線即可傳遞數(shù)據(jù),。
同時, 采用ZLG7290B專用芯片還可以簡化電路和程序,, 減輕電路的調(diào)試負擔,。而且, 作為工業(yè)級顯示驅(qū)動芯片,, ZLG7290B也具有較強的抗干擾能力,。圖4 所示是由C8051F330D 單片機和ZLG7290B專用顯示驅(qū)動芯片組成的鍵盤及顯示驅(qū)動電路原理圖。
圖4 鍵盤顯示驅(qū)動電路
一般情況下,, 在設(shè)計時,, 為了使電源更加穩(wěn)定, 可在圖4電路的VCC和GND之間接入電解電容,。由于電路中的數(shù)碼管在工作時要消耗較大的電流,, 因此, 其限流電阻的典型值可取的更大一些,。另外,, 由于數(shù)碼管掃描和鍵盤掃描線共用,,因此, 本電路采用二極管來防止按鍵對數(shù)碼管顯示的干擾,。
3 軟件設(shè)計
3.1 主程序設(shè)計
本系統(tǒng)采用C語言來進行軟件設(shè)計,, 以實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能。系統(tǒng)應(yīng)用程序采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,, 主要包括主程序,、參數(shù)調(diào)用修改子程序、DAC0初始化程序等,。圖5所示是其主程序流程圖,。
圖5 主程序流程圖
3.2 模塊函數(shù)程序設(shè)計
模塊函數(shù)程序主要是為結(jié)構(gòu)化模塊設(shè)計定義一些函數(shù), 如各定時器的初始化函數(shù),、SMBUS初始化及處理函數(shù),、DAC0的初始化和處理函數(shù),另外,, 也包括往鐵電存儲器中寫入字節(jié)的函數(shù)和從目標地址讀取數(shù)據(jù)等函數(shù)。其中DAC0的初始化程序代碼如下:
Void DAC_Init (void)
{
REF0CN =0X30; /*內(nèi)部偏壓發(fā)生器和電壓基準緩沖器工作,, 基準從VREF腳輸出*,、
ID0CB =0XF2;
}
存儲器寫入函數(shù)如下:
Viod EEPROM_ByteWrite ( uchar i2caddr,uchar addr, uchar dat )
{
While (smb_busy)
Smb_busy = 1;
Target = i2caddr;
Smb_w =write;
Smb_sendwordaddr = 1;
Smb_randomread = 0;
Smb_ackpoll =1;
Word_addr = addr;
Smb_singlebyte_out = dat;
Psmb_data_out =&smb_singlebyte_out;
Smb_data_len =1;
Sta = 1;
}
……
4 結(jié)束語
本文給出了用C8051FF330D的內(nèi)部電流型D/A轉(zhuǎn)換器和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路來設(shè)計可編程恒流源控制器的設(shè)計方法。由于C8051F330D單片機的運算速度比普通單片機要快,, 而且功耗比較低,, 同時內(nèi)置有DAC和ADC, 由此可在電子產(chǎn)品開發(fā)過程中減小產(chǎn)品體積,, 降低硬件連線的復(fù)雜程度,。實驗證明, 本設(shè)計的程控電流源具有輸出電流穩(wěn)定準確等特點,, 而且電流隨負載和環(huán)境溫度變化小,, 輸出電流誤差范圍為±5 mA, 同時其輸出電流也較大,, 是一款價格低廉,, 性能穩(wěn)定,操作簡單的實用性通信電流源,。