本文設計的數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20—2000mA（可調）、輸出電流可預置,、輸出電流信號可直接顯示等功能,。硬件電路采用單片機為控制核心，利用閉環(huán)控制原理,，電路組成閉環(huán)負反饋進行穩(wěn)流,，最終實現精度高、穩(wěn)定性好,、輸出范圍寬的要求,。
1 系統(tǒng)組成和原理
1.1 系統(tǒng)的組成
本電流源系統(tǒng)可分為穩(wěn)壓電源電路、單片機控制部分,、A/D和D/A轉換電路,、恒流源電路、人機界面（包括鍵盤輸入與LED顯示）等幾部分,，其系統(tǒng)組成如圖1所示,。
1.2 系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)原理如圖1所示，系統(tǒng)通過穩(wěn)壓電源向恒流源提供24V電壓,，向單片機AT89C52,、A/D和D/A轉換器提供5V電壓，通過鍵盤對電流值進行預置,，利用單片機將電流步進值或電流設定值換算后輸出相應的數字信號，經過D/A轉換,、信號放大,，驅動恒流源輸出電流信號，實際輸出的電流再利用精密電阻采樣變成電壓信號,，經過A/D轉換,，將信號反饋到單片機中，單片機將輸出反饋信號再與預置值比較,，送出調整信號,，再輸出新的電流，這樣就形成系統(tǒng)的閉環(huán)調節(jié),，從而提高了輸出電流的精度,。顯示電路用于顯示電流設定值和當前電流測量值。
2 硬件系統(tǒng)的設計
2.1 單片機控制系統(tǒng)的設計
在本設計中,，控制芯片主要完成與A/D,、D/A的數據通信及對其數據的處理,，實現對系統(tǒng)給定量的設定和對輸出量的采樣與顯示。同時還檢測各種故障信息,，及時地發(fā)出相應的報警信號,。此外，由于系統(tǒng)屬于強的EMI源,，對主控制器芯片的抗干擾性能和故障處理能力有較高的要求,，所以，控制芯片采用AT89C52單片機,。
2.2 穩(wěn)壓電源
穩(wěn)壓電源采用三端穩(wěn)壓器7805,、7824構成。由于78系列穩(wěn)壓器最大輸出電流為1.5A,，而系統(tǒng)輸出最大電流為2000mA,，為此，需外加功率管擴流,。
2.3 A/D,、D/A的轉換電路設計
根據設計要求，系統(tǒng)要求輸出的電流信號為20—2000mA,，步進為1mA,，且要求顯示數值，因此,，給定量的執(zhí)行元件一D/A轉換器與檢測元件一A/D轉換器至少需要11位的轉換精度,。結合系統(tǒng)的設計要求，并考慮到單片機的I/O接口資源緊張等因素,，最終確定選用串行數據傳送方式的ADS7841和DAC7512兩款芯片（轉換精度均為12位的集成芯片）,，其量化精度能達到1/4096<1/2000，完全能達到設計的精度要求,。
ADS7841芯片用于將電流檢測電路輸出的模擬電壓信號轉換成數字信號,，回送給單片機，由單片機將該反饋信號與預置值比較,，根據兩者間的差值調整輸出信號大小,，由此構成反饋調節(jié)，提高輸出電流的精度,。
同時,，A/D轉換器采樣回來的電流經過單片機處理后傳送到LED，用以顯示當前的實際電流值,。D/A轉換器將設定的電流值轉換為模擬信號并提供給壓控恒流源,，控制恒流源的輸出大小。
ADS7841中,，在電源輸入端并聯一個0.1IzF的電容去耦,，同時并聯一個101_LF的電解電容來提高供電的穩(wěn)定性,。根據其技術資料，將引腳端1和端2短接就能實現5V的基準源輸出,，并在引腳端6和7之間接一個0.1仙F的電容,，能有效地提高抗干擾性能。
2.4 恒流源電路
恒流源模塊電路的設計是本系統(tǒng)硬件設計的核心,，它是用電壓來控制電流的變化,。為了能產生恒定的電流，我們采用電壓閉環(huán)反饋控制,。恒流源電路原理圖如圖2所示,，該電路由運算放大器、大功率達林頓管,、采樣電阻Rs,、負載電阻RL等組成。取樣電阻RS從輸出端進行取樣,，再與基準電壓比較,，并將誤差電壓放大后反饋到調整管，使輸出電壓在電網電壓變動的情況下仍能保持穩(wěn)定,。電路中調整管采用大功率達林頓管TIPl27,，既能滿足輸出電流最大達到2A的要求，也能較好地實現電壓近似線性地控制電流,。Rs選用熱穩(wěn)定性好的康銅絲,，并選取較大的阻值（2Q），使得在電流較低時也能獲得較大的電壓值,。運算放大器采用高精度的OP一27作為電壓跟隨器,。當Ui一定時，運算放大器的Ui=Uf,，Io=Is=U1/Rs,，達林頓管的，Ic≈Ie,。（基極電流相對很小，可忽略不計）,，所以Io=Is=Ui/Rs……正因為I0=Ui/Rs,，電路輸入電壓配Ui控制電流Io，即I0不隨RL的變化而變化,，從而實現壓控恒流,。
2.5 電流采樣電路
輸出電流采樣電路測量Rs兩端的電壓差，根據,，I=U/R換算得到電流值,。電路原理圖如圖3所示,。通過對電阻Rs兩端的電壓值進行采樣，經過運算放大器送入A/D轉換器ADS7841進行轉換,。因為A1,、A2為電壓跟隨器，輸入電阻高,，所以采樣端V1,、V2幾乎不分流，從而實現對電流的精確采樣,。因為采樣電阻Rs兩端有較高的電壓,，所以，差分電路中的運放器采用雙電源供電,。因為電流輸出的范圍較寬,，所以放大倍數不能太大。Rs=2Ω,，測量的電流范圍為0—2000mA,。
Rs兩端的電壓在0—4V的范圍內變化。將該電平輸入到ADC輸入,，因（V1一V2）和A/D的數字采樣之間具有線性對應關系,，故通過單片機就可以測量出（V1-V2）的電壓值，從而計算出恒流源的輸出電流,。
人機界面包括鍵盤和顯示電路,，主要是為了實現對電流值的任意設定，對給定值和輸出值實時顯示,。
輸入設備采用輕觸按鍵來實現,，顯示部分采用LED顯示。由于顯示的電流值最多為4位,，所以在設計中使用了8個共陽極數碼管,，采用動態(tài)掃描的方式實現。
為了增強位選信號的驅動能力,，將位選端口接在9012三極管的基極,，使9012三極管工作在開關狀態(tài)，大大提高了數碼管顯示的亮度,。
3 系統(tǒng)的軟件設計
為了提高代碼的執(zhí)行效率,，系統(tǒng)軟件設計均采用匯編語言編寫。單片機軟件主要包括主程序,，A/D電流采樣子程序,，D/A輸出電流給定值及鍵盤顯示等程序。A/D采樣子程序主要是采集電路中的電流信號，再通過單片機運算并顯示當前的電流大小,。D/A輸出程序將用戶設定的恒流值轉換成為模擬信號,，并提供給壓控恒流源，實現恒流控制,。鍵盤與顯示程序用LED動態(tài)顯示數據信息,，在一個主程序周期中掃描檢測一次鍵盤，察看是否有有效的鍵按下,，再根據鍵盤狀態(tài)做出相應的處理,。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。
4 系統(tǒng)測試
采用數字萬用表DT9904C（四位半）為測量儀器,，以毫安檔與負載串聯,，通過鍵盤預置輸出的電流值，在不同的預置值下測量實際的電流值,，檢測結果如表1,。
改變負載電阻，讓輸出電壓在0—10V以內變化時,，測出輸出電流變化的絕對值,，檢測結果如表2。
5 結語
系統(tǒng)輸出實際測試結果表明,，本直流電流源的輸出電流范圍為20—2000mA,，步進lmA或10mA可變。
改變負載電阻,，輸出電壓在10V以內變化時,，輸出電流變化的絕對值小于輸出電流值的0.1％+1mA，紋波電流小于O.2mA,，是一個較為理想的直流電流源,。