宋 武

（黃岡職業(yè)技術學院 質(zhì)量管理處，湖北 黃岡438002）

電流源的特點是無論負載如何變化，輸出電流保持恒定。電流源作為常用的電子儀器在研發(fā)和檢測部門都有著廣泛的應用，特別在電路分析中離不開電流源。但隨著電子技術的快速發(fā)展，電流源的效率高、穩(wěn)定、體積小、使用方便、便于攜帶、精度高已是大家追求的目標，比如電流源在信號變換、電子測量、電路分析中的應用,其性能直接對各種結(jié)果產(chǎn)生影響，正確選用電流源電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)在電子測量和電路分析中十分重要［1］。

1 系統(tǒng)總體框架與硬件設計

設計的便攜式電流源在充分考慮實用，經(jīng)濟，大小等方面的基礎上，還要滿足功耗低、穩(wěn)定、性能優(yōu)越的特點，選擇合適的控制器、直流轉(zhuǎn)換芯片和優(yōu)化軟件控制模式是整個設計過程的核心。

1.1 系統(tǒng)總體框架

設計的電流源由DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、恒流電路、采樣電路、報警電路、D/A模塊等電路組成，如圖1所示。其原理是將電池輸入3.6V直流電壓通過開關電源控制器LM2577轉(zhuǎn)換輸出24V電壓，為恒流電路、D/A模塊以及利用LM7805轉(zhuǎn)換為相應電壓提供給控制器和液晶顯示器。通過按鍵調(diào)節(jié)實現(xiàn)不同恒定電流的輸出。

圖1 LED閃光燈電源系統(tǒng)方框圖

1.2 控制器

采用TI公司的MSP430F149作為系統(tǒng)控制器。該處理器是一種16位超低功耗的混合信號處理器。具有處理能力強、運算速率快、超低功耗、片內(nèi)資源豐富等特點，運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用各種軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且單片機功耗極低、體積小、技術成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領域應用廣泛。

1.3 DC-DC轉(zhuǎn)換電路

采用集成芯片實現(xiàn)DC-DC升壓電路。利用集成芯片實現(xiàn)直流升壓，外圍電路簡單，便于調(diào)節(jié)，輸出穩(wěn)定，而且能根據(jù)需求進行調(diào)節(jié)，在綜合考慮各種因素情況下選擇了開關電源控制器LM2577，該芯片在DC-DC轉(zhuǎn)換電路中，具有外接元器件少、輸出開關電流可達到3A，可以接成簡單升壓、隔離和多輸出電壓的開關電源電路。輸出直流電壓可調(diào)，最高的輸出電壓可以達到36V，能滿足電路中各模塊的供電要求。LM2577在DC-DC轉(zhuǎn)換電路如圖2所示，該電路能將輸入3V-5V升高到24V以上，由于輸入電壓不高，為了方便攜帶，輸入端利用干電池作為輸入即可。

圖2 DC-DC轉(zhuǎn)換電路圖

圖2中反饋取樣電阻R1、R2的阻值可以確定直流輸出端的電壓值。例如當輸出直流電壓為+12V時，R1的阻值為17.5kΩ,R2為2kΩ。輸出電壓的確定公式如下：

1.4 恒流電路設計

該恒流電路核心器件是集成運算放大器LM324和場效應管IRF540，單片機通過D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615輸出模擬信號接入LM324的同相輸入端引腳3。通過對R4進行采樣，實時顯示場效應管IRF540在導通條件下流過的電流，在改變負載R3阻值時，流過負載的電流不改變。通過單片機控制器改變電壓值，也可以在單片機控制電壓值一定的情況調(diào)整電位器R4，從而達到輸出不同恒流的目的。

圖3 恒流源電路圖

1.5 D/A轉(zhuǎn)換電路

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（DAC）TLC5615具有基準電壓兩倍的輸出電壓范圍，DAC是單調(diào)變化的，器件使用簡單，TLC5615與單片機連接電路圖如圖4所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出送入恒流電路的輸入端。

圖4 D/A轉(zhuǎn)換電路連接圖

1.6采樣電路

本系統(tǒng)采用MSP430單片機自帶的12位AD模塊，同相輸入端5引腳接入恒流電路的采樣點，進運算放大器LM324輸出后接入單片機的輸入端口。采樣電路連接電路圖如圖5所示。

圖5 采樣電路連接圖

1.7 顯示電路

本設計中用液晶來顯示電流檢測與設置、電壓檢測、脈沖個數(shù)與周期設置、報警顯示。通過按鍵實現(xiàn)不同功能菜單。具體電路如圖6所示。圖中液晶引腳上網(wǎng)絡標號對應的口線與單片機上的口線對接即可。

圖6 液晶與單片機連接圖

2 軟件設計

MSP430F149作為整個系統(tǒng)的核心控制器件，通過控制液晶顯示器、按鍵、A/D轉(zhuǎn)換器等模塊，實現(xiàn)對負載的電流與電壓檢測，設置負載的導通電流的周期、峰值以及輸出方式，完成對整個系統(tǒng)的控制，達到系統(tǒng)的設計要求。軟件設計流程圖如圖7所示。

圖7 軟件設計流程圖

3 結(jié)語

在設計過程中，不管是硬件調(diào)試還是軟件測試，我們力求經(jīng)濟、實用，同時充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點，簡化電路，來滿足系統(tǒng)設計要求。設計好的電流源，整個大小為10cm×10cm×2cm，便于攜帶；通過改變負載，測量了多組數(shù)據(jù)，負載中流過的電流與電流源提供的電流的相對誤差不到1%，而且性能穩(wěn)定，操作方便靈活，在未來市場中擁有很好的發(fā)展前景和，應用空間。

［1］任秀榮，陳瑞友，任廣軍.基于LM2576穩(wěn)壓器的數(shù)字電流源設計［J］.硅谷，2014.

［2］趙繼文.傳感器與應用電路設計［M］.北京：科學出版社，2009.

［3］李智奇,白小平,程曉龍等.MSP430系列超低功耗單片機原理與系統(tǒng)設計［M］.西安:西安電子科技大學出版社,2008.

［4］秦龍.MSP430單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［5］黃智偉，王彥，陳文光等.全國大學生電子設計競賽訓練教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社,2005.