基于DAC75112的数控直流恒流源设计

2．2．3 基准电压发生模块
DAC7512输出0～5 V之间的模拟电压需要有高精度的基准电压才能保证输出电压的准确性。由于电路中DAC7512参考电压需要选用5 V，故采用LM336产生高精度的5 V基准电压，以保证输出信号的稳定性和精度。
LM336是一个稳压二极管，它具有以下特点：稳压范围可调节、低温度系数、大范围的工作电流为600 μA～10 mA、0．6 Ω的动态电阻、±1％的初始化误差等。本系统中利用LM336产生控制精度比较高的5 V工作电压(比一般的7805控制精度要高)，作为A／D转换器电源电压Vcc和基准电压Vref，这样可以提高输出电压精度，有效减少系统误差的产生。其典型应用原理如图5所示。5 kΩ的电阻为限流电阻限制LM336的工作电流。

在产生负电流时，DAC7512输出0～5 V之间的模拟电压，不能产生负电压，需要和2．5 V的电压进行比较输出负电压。本系统中，2．5 V电压是由2个相同电阻分压得到。为了防止接入运放反向输入端时对分压电阻阻抗匹配的现象发生，将2．5 V电压接入高阻抗跟随器电路，这样对分压电阻影响小，2．5 V电压输出稳定。
2．2．4 通信模块
PC机的串行通信接口采用的是EIA RS-232E标准串行通信协议，用于实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通信。该信号源模块传输距离小于1．5 m，我们选用的通信波特率为28 800 b／s。在硬件系统设计中，AT89C51单片机与DAC7512通信端口外加上拉电阻保证通信可靠。
89C51单片机串行通信接口采用的是TTL电平，TTL电平规定0～0．8 V为“0”电平，2～5 V为“1”电平，它不能直接与PC机标准串行通信接口连接通信，必须设计TTL电平到RS232协议电平信号的转换电路。MAX232是一种把TTL电平转换为RS232电平的芯片，输出电平协议-3～25 V为“0”，+3～+25 V为“1”。MAX232与PC和89C51的接口电路如图6所示。

3 系统软件设计
本系统中，单片机程序由3个模块组成，分别是初始化模块，串口通信模块及SPI通信模块。初始化模块完成串口通信参数以及其他参数的设置。串口通信模块完成与上位机通信过程中数据的判别和接收。SPI通信模块完成对DAC7512的数据写入。
系统复位后，单片机先进行各参数(如串口通信波特率)初始化设置及清空看门狗，继而判断是否有通信事件发生，没有通信发生或通信命令错误则返回清空看门狗。如果有正确通信事件发生，则将通信命令中的电流控制字经SPI通信模式写入DAC7512，更新控制发生电流大小。单片机程序流程如图7所示。

由于采用的AT89S51单片机本身不带有SPI总线接口，因此为了和DAC7512进行通信，本系统利用单片机普通I／O口和其SPI接口相连，采用软件来实现SPI总线协议下的数据通信，这样单片机就可以经过SPI串行总线将电流控制字(12位的数字量)写入DAC7512。根据DAC7512的SPI通信时序图，用汇编语言编写单片机系统模拟SPI通信程序如下：


4 实验结果
在进行电流源性能测试时，用万用表作为实际电流的测量仪器。通过上位机设定特定电流值，控制恒流源模块产生设定电流。再通过万用表串联接入电路测得实际电流值，从而可以进行设定电流和实测电流的对比试验。电流和实测电流的对比结果如表2所示。

经表2分析可知恒流源模块可以在-45～+45 mA连续变化，实际误差小于0．5％。另外通过不同负载下的性能试验。表明负载电阻在0～100 Ω变化输出电流变化小于0．05％，分辨率仅为0．024 4 mA，满足了磁放大器性能测试的需要。

5 结论
本系统产生的恒定电流可在-45～+45 mA连续变化，分辨率为0．024 4 mA，实际误差小于0.5％，电路简单，应用灵活、精度高。系统各项技术指标均达到设计要求，工作可靠，并已投入使用，有较高的使用价值。另外系统采用普通I／O口实现模拟SPI通信方式下的数据传输，该通信设计有助于直观理解SPI通信过程，使不具备SPI接口的控制芯片同样可以和外围芯片进行SPI通信，对过程监控、数据采集等系统的开发具有借鉴意义。