1 引言

電壓源，即理想電壓源，是從實(shí)際電源抽象出來(lái)的一種模型，在其兩端總能保持一定的電壓而不論流過(guò)的電流為多少。電壓源具有兩個(gè)基本的性質(zhì)：第一，它的端電壓定值U或是一定的時(shí)間函數U(t)與流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。第二，電壓源自身電壓是確定的，而流過(guò)它的電流是任意的。

在自動(dòng)測試領(lǐng)域，為了檢測電壓型精密傳感器的配套系統，需要可調精密電壓源。本文提出一種新的實(shí)現方案，采用閉環(huán)反饋控制方式，實(shí)時(shí)監控電壓輸出端并根據實(shí)際情況進(jìn)行調整;對配置電壓值和多組實(shí)際測試結果進(jìn)行最小二乘擬合，得到配置電壓值與理想輸出值之間的函數關(guān)系，并通過(guò)軟件修正了系統的非線(xiàn)性引起的誤差，輸出精度達到了±1.5μV，提高了輸出電壓的穩定性。

2 硬件設計

2.1 工作原理

該系統硬件由高性能單片機、數/模轉換器、高精密電阻衰減網(wǎng)絡(luò )、儀用放大器和A/D轉換器組成，其系統硬件結構.

利用PC機輸入一個(gè)設定值，通過(guò)串口將數據送到單片機;單片機根據PC機與單片機的通信協(xié)議解析串口數據，當檢測接收到有效數據后，啟動(dòng)D/A轉換器配置部分的軟件，將設定值轉化為數字量輸出到D/A轉換器;D/A轉換器將單片機輸出的數字量轉化為模擬量輸出到精密電阻衰減網(wǎng)絡(luò )，衰減系數可通過(guò)可調電位器調整，衰減后的信號通過(guò)儀用放大器INA114穩壓輸出，;修正環(huán)境溫度等外界因素引起的誤差，確保輸出電壓值滿(mǎn)足設計要求。

2.2 單片機模塊

單片機是系統的核心部分：通過(guò)RS 232串口和自擬的通信協(xié)議完成遠程控制、控制系統工作流程、初始化D/A和A/D并驅動(dòng)、檢測輸出電壓質(zhì)量并根據實(shí)時(shí)采樣值進(jìn)行修正。

2.3 D/A轉換和精密電阻衰減網(wǎng)絡(luò )

D/A轉換電路以美國A/D公司的數/模轉換芯片AD5551為核心構成，AD5551是單極電源、14位分辨率、串行輸入、電壓輸出的高精度低溫漂的D/A轉換器，它們采用多功能3線(xiàn)接口技術(shù)，能與SPI，QSPI，MICROWIRE和DSP接口兼容。

該D/A的無(wú)緩沖輸出減少了輸出緩沖所引起的功耗和偏離誤差。D/A參考電壓采用外部參考電壓模式，參考電壓為2.5 V，則D/A轉換器的輸出范圍為0～2.5 V，其1個(gè)LSB為。

通過(guò)精密電阻衰減網(wǎng)絡(luò )把D/A轉換器輸出的電壓值衰減了150倍，則衰減后的信號范圍在0～50 mV，精度為，遠小于10μV，滿(mǎn)足了設計要求。

2.4 A/D轉換電路

考慮到外界環(huán)境因素和元器件自身的的溫漂和非線(xiàn)性，采用A/D轉換電路實(shí)時(shí)監測D/A輸出端電壓值，并傳送到單片機中，形成一個(gè)閉環(huán)系統。A/D轉換器使用美國A/D公司24 b低功耗、高精度的∑-△模/數轉換器AD7791。

當環(huán)境溫度等外界條件發(fā)生改變時(shí)，電路參數隨之改變，對于高精密輸出端電壓值會(huì )有十分明顯的影響。A/DC用來(lái)監測D/A經(jīng)運放的輸出電壓值，并將采集的數據實(shí)時(shí)送到MCU。

3 軟件設計

系統程序軟件使用C語(yǔ)言設計，在Keil C51環(huán)境下編譯調試，采用模塊化結構，完成電壓輸出、電壓檢測、電壓補償和校準的閉環(huán)控制。

4 結 語(yǔ)

本文介紹的高精度程控電壓源結構緊湊、可控性高、成本較低，已成功應用于某機型發(fā)動(dòng)機地面綜合檢測設備。其在實(shí)際應用中取得了很好的效果，取代了傳統的模擬電路構建的高精密電壓源，降低了成本，提高了精密電壓輸出精度，體現了程控的靈活性。