基于51单片机的多功能数控电流源设计

1．5 人机接口
为了能够更好地显示更多信息，且能直接输入电流值。使用4x4键盘和LCD显示屏构成人机接口。使用AT89S52、薄膜键盘和LCD显示屏YM12864R构成人机接口。

2 系统软件设计
系统的主程序流程图如图5所示，由主程序实现整体控制，系统的功能子程序主要包括A／D转换子程序，A／D转换处理子程序，延时子程序，键盘处理子程序，液晶显示子程序等。
程序开始运行后，首先进行系统初始化，显示初始设定的电流值和实际采样得到的电流值，然后检测是否有键按下，若有则进入按键处理子程序。由于采样电阻随温度变化，因此软件设计中需根据实际测得的变差数据，根据实际电流与电流理论值直接的函数关系进行温度补偿，使实际输出电流值与预设电流值之间的变差保持在误差允许范围内。
2．1 D／A转换部分
D／A转换器选用TLV5618，TLV5618是串行输入的12位高精度快速D／A转换器，能够输出二倍于基准电压的电压信号。其基准电压是由MC1403提供的2．5 V电压，因此经D／A转换后得到的输出为0～5 V。12位D／A转换器，分辨率为1／4 096，选采样电阻为0．1Ω，D／A输出分辨率为1 mA的电流，实现步进10 mA，能够满足本设计的要求。
TLV5618的时序转换图如图6所示。

根据上述时序图，编写DA转换子程序，其流程图如图7所示。

2．2 A／D转换部分
A／D转换选用12位串行转换器MAX187，其内部内置4．096 V电源，转换精度高，速度快，满足本题目设计要求。根据其芯片参考资料给出的时序转换图编写A／D转换子程序，A／D转换子程序流程图如图8所示。

3 系统测试
3．1 硬件测试
为了保证系统安全，上电前先用万用表检测各个部件是否连接正常，是否存在短路现象。空载后通电，用万用表检查各个关键部位电压是否正常。加大负载后通电，检查整体运行是否正常，有无过热情况。
3．2 软件测试
检测各部分软件程序是否正常工作，AT89S52控制系统、AD转换、DA转换、按键控制及LCD显示等部分是否稳定运行。
3．3 测试结果
经测试，系统能够达到以下指标，系统总体测试结果如表1所示。

1)系统能够实现20～1 000mA的任意电流值的设定，具有步进电流调整功能，能够实现步进+1、-1、+10、-10mA；
2)为保证系统安全运行，设定最大输出电流为1 200 mA，当输出电流值大于1 200 mA时，发出报警提示。
3)系统的输出范围测试，通过按键设定预设电流范围20 mA，1 000 mA，实测采样电压值为2．067mA，100．34mA。
4)测试方法：将万用表调至电流档，两表笔串联接入+12 V电源与负载电阻之间，其显示电流值，即为输出的实际电流值。

4 结论
本设计提供的高稳定性、高精度数控直流电流源，在科研、教学及设备生产中都能够得到广泛的应用，能够大大提高科学仪器的性能，若经过进一步的完善，结构再次优化，选用更加理想的采样电阻和纹波较小的电源供电，减小系统的误差，将会实现更大的价值。