精密程控电流源的设计及应用

发布于：2007/4/13 8:47:36 | 488 次阅读

[转载]原文链接：

1 系统概述

程控电流源具有输出电流范围宽、准确度高、功率大等特点，是组成自动测试系统和校验系统的必需仪器，广泛用于工矿企业、科研国防等军工单位的计量仪表、自动化标定等设备中。本文介绍的精密程控电流源除上述特点外，还具备USB总线通信、温度测量和输出电流非线性温度补偿功能。

系统总体结构如图1所示，精密程控电流源由微控制器（MCU）单元，USB接口单元，温度测量单元，输出电流校准单元，信号输出单元及电源单元组成。MCU单元通过USB接口单元实现与上位机的通信，从上位机获得控制命令并返回相应的数据，同时解析上位机命令来控制信号输出信号，完成最终电流输出。温度测量单元和输出电流校准单元共同完成输出电流的非线性温度补偿。电源单元向其他单元提供所需电源。精密程控电流源还包括过流检测、系统自检、继电器隔离输出等单元，进一步提高了系统的智能性和可靠性。

2 系统电路设计

2．1 USB接口单元

精密程控电流源通过USB总线与上位机接口，USB接口的热插拔、高速和即插即用特性大大简化了系统设计，方便了电流源与上位机的通信，USB接口单元电路如图2所示。

图中，FT232AM完成USB总线到MCU串口信号线的转换，以便上位机将USB虚拟成传统的串行口，从而简化了驱动程序，便于实现USB总线与MCU的通信。为了避免USB信号与信号源间的干扰，选用光耦器件（图中的U29）实现其与MCU的隔离，提高系统的抗干扰能力。

2．2 MCU及其外接单元

微控制器MCU是精密程控电流源的控制单元，其与温度测量单元及输出电流校准单元的接口电路如图3所示。

MCU单元选用AT89C51型单片机构建运行环境，完成对电流源系统的控制，包括外部扩展ROM、外部扩展RAM、硬件看门狗、硬件地址译码器等。

考虑到器件输出特性随温度的变化，MCU外接温度测量单元和输出电流校准单元来完成输出电流的非线性温度补偿，其原理是输出电流校准单元保存各温度范围内不同设定电流值和实际输出值之间的误差，此误差通过实际测量得到，称为修正系数。系统工作时，通过温度测量单元可得到当前工作温度，用此工作温度对应的设定电流值乘以修正系数，即可完成输出电流的非线性温度补偿，大大提高电流的输出。

温度测量单元的器件是高数字温度测量电路AD7416（图中的U19），它采用IC总线与AT89C51接口，测量的环境温度范围为-10℃～+50℃，设计的MCU以十六进制形式输出所测温度。

输出电流校准单元由M24C64型64k Bit EEPROM构成，用来存贮电流源修正系统数值。MCU通过I2C总线可方便地对其进行读写操作，并按照可变电流源的通信协议以8位十进制数形式写入和读出修正系数，从而保证了对输出电流的非线性温度补偿。

2．3 信号输出单元

信号输出单元完成精密程控电流源的电流产生与输出，包括以12位高DAC-HK12BGC型DAC为的DAC转换电路和由TI公司的精密电压/电流转换器组成的后级转换电路。MCU先译码上位机指令，然后向DAC转换电路写入特定数据以控制其输出的模拟电压值。后级转换电路接收DAC转换电路输出的模拟电压值完成电压到电流的转换，随后输出上位机设定的电流。信号输出单元电路如图4所示。

图中，AT89C51的数据线D0-B7通过二片74HC573与DAC-HK12BGC接口来控制其模拟输出，控制过程如下：AT89C51通过CS_DA与51_WR信号来启动DAC，当DAC低字节选择信号线CS_DAL与单片机写使能线51_WR构成的组合逻辑有效时，向DAC写入低8位数据，然后以相同方式写入高4位数据。为进一步提高，DAC输出端连有电位器W1、W2，分别用来微调满偏和零偏。

DAC输出的模拟电压信号DA_OUT接入后级转化电路XTR110，先通过其片内的金属薄膜电阻网络提供输入的缩放比例及电流偏移，完成电压到电流的转换，再通过IRF7104型场效应管输出电流。XTR110具有14位转换，0.005%的非线性度，确保了转换。电位器W3、W4分别用来微调输出电流零偏和满偏，进一步提高。

3 单片机控制程序设计

在电流源系统软件中设计了完整的通信协议，规定了电流源从上位机获得的控制命令字和相应的返回数据值。系统控制程序以AT89C51型单片机作为控制，采用汇编语言编写，分为主程序和串口中断处理程序2部分。

3．1 主程序设计

主程序主要完成系统参数初始化、系统自检、串口中断配置等，流程如图5所示。

系统上电后，MCU从地址0000H开始执行，主程序的入口地址为0050H。系统初始化包括初始化堆栈、初始化DAC、初始化串口、初始化寄存器、初始化看门狗等。部分主程序如下。

MOV SP，#58H ;初始化堆栈指针
MOV A，#00H
MOVX @DPTR,A ；初始化DAC
NOP
MOV A，#20H ；初始化定时器1，模式2
MOV A，PCON
ORL A，#80H
MOV PCON，A ；设定串口波行率19200
SETB MODE ；设定系统自检
SETB R_EN ;初始化自检继电器
MOV TX_PNT,#40H ;初始化串口发送缓冲区指针
MOV RX_PNT,#30H ;初始化串口接收缓冲区指针
CPL WDI ；初始化看门狗
SETB TR1 ；开定时器1
SETB REN
SETB ES ；开串口中断
SETA EA ；开单片机中断
MOV STATUS，#01H ；进入运行状态

3．2 串口中断处理程序

串口中断处理程序是单片机控制程序的部分，串口接收上位机命令字，同时解析命令来控制硬件电路工作，流程如图6所示。

以设定电流输出这个最重要的命令为例，串口中断处理程序先接收设定的电流值（以3位16进制数表示），然后由单片机通过I2C总线读取当前温度值和修正系数，再由系统软件控制设定电流值乘以修正系数得到实际值，从而完成非线性温度补偿，单片机可根据实际值设定DAC输出电压，控制最终电流输出，单片机串口中断处理程序中的主要代码如下：

；*********************；
SET_V:MOV A,37H ;得到设定电流值的位
ANL A，#0F0H
CJNE A，#30H，PACK1……
PACK1:MOV A,37H
CLR C
SUBB A,#37H
PACK2:MOV R2,A ;位存放R2
MOV A,38H
ANL A,#0F0H
CJNE A,#30H,PACK3……
PACK3：MOV A，38H
CLR C
SUBB A，#37H
PACK4：MOV R1，A ；中间位存入R1
MOV A，39H
ANL A，#0F0H
CJNE A，#30H，PACK5……
PACK5：MOV A，39H
CLR C
SUBB A，#37H
MOV R0，A ；位存入R0
MOV A，R1
SWAP A
ORL A，R0
MOV R0，A ；位与中间位合并
MOV DPTR，#CS_DAH
MOV A,R2
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#CS_DAL
MOV A,R0
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#CS_DA ;设定DAC输出
MOV A，#00H
MOVX @DPTR,A ;更新DAC
RET
；************************************************；

单片机通过I2C总线读取当前温度值和修正系数的程序与之相，这里只给出读取温度值程序：

；Read A Byte From AD7416 E2RPOM
ACALL RDBYTE ;读取温度值高位
MOV R1，A ；存入R1
CLR TMSDA ；ACK
NOP…… ；NOP指令
SETB TMSCL
NOP……
CLR TMSCL
NOP……
SETB TMSDA
ACALL RDBYTE ；读取温度值低位
MOV R0，A ；存入R0
SETB TMSDA ；N0 ACK
NOP……
SETB TMSCL
NOP……
CLR TMSCL
NOP……
CLR TMSDA
NOP……
SETB TMSCL
SETB TMSDA ；停止
；Read A Byte From AD7416 E2PROM
RDBYTE:MOV R0,#08H
RDBIT:SETB TMSCL ;SCL保持高电平
MOV C，TMSDA
RLC A
CLR TMSCL ；SCL保持低电平，SDA电平改变
NOP……
DJNZ R0，RDBIT ；读完结束
RET

4 结束语

以上介绍的精密程控电流源输出电流为0～20mA，编程步进电流为100μA，电流误差小于50μA，已在某机载信号调节器自动化标定系统得到很好的应用。该自动化标定系统可模拟信号调节器所需的各种输入信号，并使用采集设备信号调节器输出的调理信号，然后进行分析并完成机载信号调节器的自动检测和标定，可大大提高检测，检测效率和降低人员工作量。

参与讨论

登录后参与讨论

//评论区

推荐阅读

智能网联汽车国际标准法规协调专家组（HEAG）召开工作会议

近年来智能网联汽车快速发展，新技术不断涌现，与相关产业融合度持续提升，正在推动全球汽车产业发生深刻变革。为应对此种形势，欧、美、日等汽车工业发达国家和地区都加大了智能网联汽车的国际标准法规协调的参与力度，在联合国世界车辆法规论坛(UN/WP.29)和国际标准化组织(ISO)层面，智能网联汽车相关国际标准法规协调活动正快速推进。为更有效地支撑上述组织的国际标准法规协调活动，2017年全国汽车标准

0215jiejie | 发布于：2022-12-01 0评论 0赞

苹果推出搭载M2芯片的新款iPad Pro 799美元起售

据苹果官网，苹果推出搭载M2芯片的新款iPadPro。 11英寸wifi版起售价为799美元，wifi+蜂窝网络版起售价为999美元；12.9英寸wifi版起售价为1099美元，wifi+蜂窝网络版起售价为1299美元。

0215jiejie | 发布于：2022-10-19 0评论 0赞

新能源汽车领衔 “中国智造”加速登陆欧洲市场

全球五大车展之一巴黎车展时隔四年再度启幕。在这场被视为“全球汽车行业风向标”的盛会上，国内外汽车品牌云集，长城汽车、比亚迪等再次领衔中国汽车出海。长城汽车欧洲区域总裁孟祥军表示：“欧洲是长城汽车最重要的海外市场之一，巴黎车展是长城汽车向欧洲市场展示GWM品牌和产品的最佳机会。长城汽车正在研究汽车行业碳排放的整个生命周期，到2025年，将推出50多款新能源产品，全力支持可再生能源使用，为全球用户

0215jiejie | 发布于：2022-10-19 0评论 0赞

严监管时代来临，电子烟“通配”大战走向何方？

针对通配烟弹厂商的一系列诉讼的结果，将对生产通配烟弹的品牌未来在电子烟行业的发展产生深远影响。 10月1日，《电子烟强制性国家标准》正式实施，中国电子烟监管全面生效。而在电子烟行业进入规范化、法治化阶段前夕，一场围绕着通配烟弹的争论在行业里发酵。 “通配”是电子烟从业者约定俗成的概念。换弹式电子烟由烟杆和烟弹组成，“通配”烟弹指的是非品牌商生产、可与品牌烟杆匹配使用的烟弹。多位业内人士表示，被

0215jiejie | 发布于：2022-10-19 0评论 0赞

Bourns 全新大功率分流电阻器

采用金属感应引脚，专用于大电流应用中进行精确测量全新分流电阻器专为电池管理系统、大电流工业控制和电动汽车充电站提供高可靠性、高成本效益的解决方案美国柏恩Bourns全球知名电子组件领导制造供货商，宣布新增12款CSM2F系列功率分流电阻器，扩展其产品组合。全新系列采用铆接通孔金属传感引脚，可满足大电流应用中对电压测试点精确定位日益增长的需求。最新型Bourns?CSM2F系列分流电阻器

0215jiejie | 发布于：2022-10-18 0评论 0赞

请尊重元宇宙“这个筐”

元宇宙是个筐，啥都往里装，但区别在于有的像聚宝盆，有的像垃圾桶。国庆假期刚结束，中青宝“90后”董事长李逸伦便亲自上阵，玩起了元宇宙婚礼。靠着老板首秀和代言，中青宝顺势推出“MetaLove元囍”App，正式进军元宇宙婚礼赛道。就产品而言，如同其他元宇宙产品，李逸伦的元宇宙婚礼“新奇与吐槽齐飞”：有人说是有趣的尝试，有人则认为像QQ炫舞结婚系统。要知道，QQ炫舞是一款推出了十余年的老游戏。

0215jiejie | 发布于：2022-10-13 0评论 0赞

边缘计算：突围商业模式痛点

截至8月末，中国5G基站总数达210.2万个，中国5G发展已经进入下半场。随着5G加速融入千行百业，互动直播、vCDN、安防监控等场景率先大规模落地，车联网、云游戏、工业互联网、智慧园区、智慧物流等场景也快速走向成熟，这些更大流量、更低时延、更高性能的场景涌现，对边缘计算的刚性需求势必爆发。 GrandViewResearch预测，即使在新型冠状病毒肺炎疫情肆虐全球的背景下，边缘计算和5G网络市

0215jiejie | 发布于：2022-10-13 0评论 0赞

商务部回应美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”

商务部新闻发言人10日就美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”应询答记者问。有记者问：近日，美国商务部在半导体制造和先进计算等领域对华升级出口管制措施。同时，在将9家中国实体移出“未经验证清单”过程中，又将31家中国实体列入，请问中方对此有何回应？对此，商务部新闻发言人回应称，中方注意到相关情况。首先，通过中美双方前一阶段共同努力，9家中国实体zui终

0215jiejie | 发布于：2022-10-13 0评论 0赞

TCL华星官宣与奔驰合作：推出全球首款横贯A柱的车载显示屏

今年1月，奔驰带来了VISIONEQSS概念车，其中控台采用了一块完全无缝的47.5英寸曲面显示屏，横贯整个A柱，令人印象深刻。今天，TCL华星正式官宣与奔驰达成合作，并认领了VISIONEQSS上这块全球首款横贯整个A柱曲面的车载显示屏。根据TCL介绍，这款显示屏采用了完全无缝的超薄一体化设计，将仪表盘、中控与副驾娱乐显示融为一体，并能够与3D实时导航系统相辅相成。同时，这块显示屏还采用

0215jiejie | 发布于：2022-10-12 0评论 0赞

半导体板块暴跌谁最受伤

国庆假期后首日开盘，上证综指时隔5个月再次失守3000点，与此同时，半导体板块也再度走低，其中，北方华创、雅克科技等个股跌停。10月11日早盘期间，半导体板块持续下挫，北方华创、雅克科技再度跌停。截至下午收盘，北方华创、雅克科技维持跌停状态，华海清科、拓荆科技-U、盛美上海、清溢光电、海光信息的跌幅则超10%。同日，半导体板块中的119只个股中超五成呈现下跌趋势。在半导体板块遭遇下挫的同时，北

0215jiejie | 发布于：2022-10-12 0评论 0赞

unionblog

关注