基于单片机的恒流源设计

沈宇

【摘  要】本文基于单片机设计了一种可调恒流源，该电路以单片机为控制核心，以电压-电流转换电路作为恒流源输出电路，以及配合其他外围电路。该恒流源可以根据需要使用按键进行设置，并使用负反馈控制，使输出电流更加稳定和精准，具有操作方便和价格低廉等优点。

【關键词】单片机;恒流源;数控

引言

恒流源又称为电流源，能够为负载提供恒定的电流，是电子电路中常见的一种部件，并且在仪器仪表、传感器和医疗仪器等各种领域中都有广泛的应用，因此具有良好的发展前景。

本文基于单片机设计了一种可调恒流源产生电路。通过单片机结合外部按键电路和显示屏幕，实现了可调化和可视化。电路中使用了负反馈电路，配合单片机进行软件调节，可以使恒流源输出调节更加精准、快速。

1.系统组成

本系统主要由电源模块、控制模块、恒流源模块和显示模块等几部分组成。其中，电源模块能够为整个电路提供稳定的电压;恒流源模块能够根据控制信号输出所需的恒定电流;控制模块由STC89C52单片机作为控制核心，能够根据按键和反馈调整信号输出;显示模块能够显示设置电流值和实际输出电流值，使操作直观。

2.硬件设计部分

2.1电源模块

电源模块可以产生多种电压，不仅可以为单片机和其他外围芯片及电路提供稳定的供电电压和基准电压。

2.2恒流源模块

恒流源模块采用电压-电流转换电路，该电路原理图如图1所示。该电路主要由LM324芯片和外围电阻构成，其中，LM324芯片是一款单电源供电的高增益四路运算放大器。输出电流通过U1C经           输出，输出电流公式为

因此，输出电流与输入电压成正比，可以通过改变输入电压来改变恒流源的电流输出值。

2.3控制模块

控制模块采用STC89C52单片机作为主控芯片，单片机与外围电路相连，包括数模转换（DAC）芯片、模数转换（ADC）芯片、按键和显示模块等电路。单片机可以根据按键设置的输出电流值，控制DAC芯片使恒流源模块输出相应的电流值。同时单片机根据ADC芯片采集到的实际电流值同步调整输出。

DAC芯片采用由德州仪器（TI）生产的DAC0832芯片。该芯片是一款8位双缓冲乘法模数转换器，电流建立时间为1 us。

ADC芯片采用由德州仪器生产的ADC0804芯片。该芯片是一款8位逐次逼近型ADC芯片，转换时间为100 us。

按键模块由3个按键构成，分别实现“加”、“减”和“确认”功能。“加”、“减”按键能够设置电流值，按下“确认”键后单片机能够按照当前设置的电流值进行输出。

2.4显示模块

显示模块选择了0.96寸OLED屏幕。该款OLED由SSD1306芯片驱动，使用IIC总线控制，IIC总线只有SCL和SDA两根控制线，所以大大节省了单片机IO口，可以将其余的IO口分配给其他模块，而且该显示屏具有完整的驱动程序，方便用户调用。

3.软件设计

单片机既可以用汇编语言开发，也可以用C语言开发，相比汇编语言，C语言结构更加清楚，可读性更高，学习更加容易，因此本次设计采用C语言开发。

主程序流程图如图2所示。

4.调试

根据电路设计图焊接电路板，在测试电路连接正确以及无短路和无虚焊等问题后，进行上电操作，将程序下载到单片机后，对电路进行测试，测试结果如表1所示。

从表中可以看到，实际输出电流值与设定电流值最大误差为2%，最小误差为0.13%，平均误差为0.85%，本次设计较好地达到了预期的效果。

5.结语

本文设计了一种基于单片机的可调恒流源，输出电流值可以根据需要使用按键进行设计，另外，通过使用负反馈电路，对实际电流值和设定电流值进行比较和调整，可以使输出电流更加稳定和精准。该恒流源可以使用在多种需要恒流源的电路中，并且可以通过使用更高精度的DAC芯片和ADC芯片提高输出精度。

参考文献

[1]穆云田. 基于单片机控制的直流恒流源的设计[D]. 河北工业大学电工理论与新技术， 2007.

[2]管梁. 对基于恒压源的精密恒流源思考分析[J]. 电子元器件与信息技术， 2021， 5（01）： 118-119.

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