基于PIC24HJ64GP504单片机的数控恒流源系统设计

基于单片机的数控恒流源系统设计

 

　　主要介绍了一种高稳定性恒流源系统的设计方案，该系统在负载为1Ω～15Ω时，恒流输出可调范围0A～1A，且恒流源电流可以在该范围内任意设定，精度为±3mA。该恒流源系统主要由PIC单片机电路、ADC采集电路、DAC控制电路、键盘输入电路、液晶显示电路、集成运放及大功率MOS管等组成。实验结果表明该方法调节简单方便、稳定可靠。

 

　　恒流源系统的组成

　　文中采用PIC单片机作为核心控制器件。主要由单片机电路模块、ADC电路模块、DAC电路模块、恒流源控制驱动和电流采样电路模块组成。系统通过LCD液晶显示器和独立键盘实现了简单的人机交流;LCD液晶显示器显示电流值以及一些相对应功能，而小键盘则用来实现人为的控制恒流源输出。PIC单片机采用型号为PIC24HJ64GP504通用单片机，其功能完备，具有较高的性能和较低的成本，是首选的小型控制系统核心控制芯片。该系统利用单片机将电流控制值及设定值通过换算转换成DAC的输出，该输出通过恒流源驱动电路实现对电流控制。输出电流经采集放大后，送至ADC并反馈到单片机控制系统中，在单片机中通过补偿运算调整恒流源电流的输出，从而达到提高输出的精度和稳定性目的。

 

　　PIC单片机控制系统是整个控制恒流源的控制核心，主要由单片机、晶振、编程调试接口及滤波电容等组成。其中MCU选用PIC公司的PIC24HJ64GP504单片机。该款单片机是一种低功耗、高性能16位微控制器，具有64k在系统可编程Flash存储器，其晶振频率可达40MHz，8k字节RAM，44个引脚，5个16位定时器/计数器。同时其具有功耗低、体积小、技术成熟等优点。

 

　　DAC控制电路设计

　　DAC控制输出电路如图5所示，DAC用的是TI的TLV5618。其中DACS、SDO、SCK与单片机连接的SPI接口，单片机通过该SPI协议口将数据送至DAC，并进行调节控制。DAC的输出端经过运放跟随放大后送至恒流源电路，从而调节恒流源电流的大小。TLV5618是12位DAC，DAC每位调节电流步长可达1/4096A，这远低于要求精度。TLV5618需要接外部基准电压，文中选取REF3212为DAC提供1.25V的基准电压。其输出电压范围为基准电压的两倍乘以编程值。

 

　　控制系统的软件程序流程图如图6所示。在系统加电后，主程序首先完成系统初始化，其中包括ADC、DAC、中断、定时/计数器等工作状态的设定，给系统变量赋初值，显示上次设定值等。然后扫描键盘，获取键值，判断功能键是否被按下，一旦按下将执行相应的功能模块;否则，根据设定值、校正等参数计算对应输出的数字量，送给DAC实现闭环反馈控制。

　　本文是以PIC24HJ64GP504单片机为核心控制器件，利用DAC、ADC和运算放大器及大功率MOSFET管组成负反馈系统，来完成整个恒流源系统电流的测量与控制。这种闭环反馈控制方法使得恒流源电流能及时快速地回调，增强了系统的可控性及稳定性;同时，还可以方便地通过键盘在0A～1A范围内任意设定恒流源电流值，即使负载变化较大，该系统也能及时调整输出电流，使电流恒定。另外，该系统电路简单、成本低、可靠性高，具有较为广阔的市场前景和应用价值。