基于C8051FF330D单片机的程控恒流源设计

　　0 引言

　　在飞速发展的电子和电信技术系统中， 电源的优劣在一定程度上决定着电信设备的性能和寿命。因此， 人们对程控恒流器件的需求也日益迫切。虽然目前市场上的数控恒压技术已经比较成熟， 数控电压源产品也已朝着智能化和小型化的趋势发展， 且价格也越来越便宜。但是， 在恒流源方面， 尤其是数字控制的恒流技术则由于起步较晚， 高性能的数控恒流器件的开发和应用存在着巨大的发展空间。为此， 本文以C8051FF330D单片机为控制核心， 并利用C8051FF330D的I2C串行总线扩展外围器件， 同时以模块化设计方法，设计了一种程控恒流源。而且整个电源还具有功耗低、体积小， 电流纹波小、控制精度高和运行稳定等特点。

　　1 系统总体结构

　　该程控恒流源设计主要采用C8051FF330D单片机内部的10位电流型数模转换器和电流/电压转换电路来输出0～4 V的模拟量， 然后用这个电压信号来控制恒流源的输出电流， 以使其按照给定值变化。由于本系统扩展了I2C串行总线接口，以及以ZLG7290为核心的键盘和LED数码管显示器电路， 因而可用键盘进行电流值和时间间隔的设定， 其电流值设定范围为0～10 A， 时间间隔为0～10小时。另外， 系统还具有掉电保护功能， 故当其恢复用电后， 可使电流源从断点处恢复运行。

　　图1所示是本系统的硬件组成结构。其中，时钟电路采用外部晶体振荡器来提高时钟精度，JTAG接口电路则为系统提供全速、非侵入式的在线系统调试接口， 而外部复位电路可用于强制MCU进入复位状态。

图1 系统硬件组成结构图

　　2 硬件电路设计

　　2.1 模拟量输出接口电路

　　C8051F330D内部有一个10位电流型的D/A转换器IDA0， 它的最大输出电流具有0.5 mA、1 mA和2 mA三种不同的设置。同时， IDA0还具有灵活的输出更新机制， 并允许无缝满度变化， 可支持无抖动波形更新。IDA0的三种更新方式分别为写IDA0H、定时器溢出和外部引脚边沿出发。本设计采用P1.0输出， 并采用定时器溢出的更新方式。

　　C8051F330D内部电路中的数模转换器输出的0～1 mA电流信号通过基准电阻转换为0～2 V的电压信号后， 再经过放大电路转换为0～4 V的标准信号输出。其模拟量输出信号转换电路如图2所示。

图2 模拟量输出信号转换电路

　　2.2 掉电保护电路

　　在电信和其他通信系统中， 如果设备断电，将给系统造成巨大损失， 甚至可能使系统瘫痪。

　　为了避免系统掉电情况的发生， 本设计采用FM24CL04作为非易失存储器来保护系统参数及其它中间数据。与EEPROM不同， FM24CL04可以以总线速度进行写操作， 它使用的是工业标准两线I2C接口， 图3所示是本电源系统附带的掉电数据保护电路。