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5 精密数控基准电压源的设计

● 基准电压源是一种用来作为电压标准的高稳定度电压源。目前，它已被广泛用于数字仪表、智能仪器和测试系统中，是一种颇有发展前景的新型特种电源集成电路。

● 基准电压源的特点可概括为四个字：稳、准、简、便。

“稳”电压稳定度高，不受环境温度变化的影响；

“准”能通过外部元件（例如精密多圈电位器或精密分压电阻）作精细调整，获得高准确度的基准电压值；

“简”外围电路非常简单；

“便”使用灵活、方便。

●在自动控制领域经常需要一种输出可调的精密数控基准电压源，用来控制执行机构的动作，要求基准电压源的步进量很小（例如0.5mV），而电压调节范围很宽（如0～2.0000V）。数控基准电压源的特点就是可通过单片机或微处理器的键盘来精确设定或调节基准电压，并且在基准电压与输入数据（即设定值）之间存在着严格的对应关系。

●设计精密基准电压源有两种方案：

第一种方案是用数字电位器来代替电阻分压器，直接对基准电压进行调节，其缺点是受数字电位器内部抽头数量的限制（目前生产的数字电位器内部最多有1024个抽头），以及数字电位器内部电阻单元的误差及滑动端电阻的影响，调节精度还不可能达到很高；

第二种方案是采用内含基准电压源和电压转换器的高分辨率D/A转换器，再配上单片机构成精密基准电压源，其优点是电路简单，很容易满足设计要求。

5.1 D/A转换器（DAC）的选择

●由MAX5130A与MSP430F149单片机可构成精密数控基准电压源。其输出基准电压的范围是0～4.0955V，步进量为0.5mV，总共可获得8192种不同的基准电压值。输出基准电压的温度系数为16×10 /℃。通过单片机还可对基准电压进行编程，使输出的基准电压按照一定的规律发生变化（例如从1.000V开始，每隔1分钟步进0.5mV，一直升高到2.5000V，然后逐渐减低），以满足过程控制的需要。

●MAX5130A是美国MAXIM公司生产的13位D/A转换器（简称DAC），可广泛用于工业过程控制、自动测试设备（ATE）、数字偏移量及增益调整及单片机控制系统中。

●MAX5130A内含精密带隙基准电压源及电压转换器。内部基准电压为2.5V，满量程输出为＋4.0955V，分辨力为13bit，内部电压温度系数低至3×10 /℃。

1.25V带隙基准电压首先经过缓冲放大器放大，获得2.5V基准电压；最后通过输出放大器放大，满量程时的输出电压为4.0955V（标称值，允许变化范围是4.0463～4.1447V）。利用

端可对基准电压进行微调，使之达到标称值

5.2 精密数控基准电压源的电路设计

●整机电路由10部分组成：

①16位单片机（IC1，MSP430F149）；

②D/A转换器（IC2，MAX5130A）；

③输出缓冲器（IC3，AD8031）；

④串行静态译码驱动电路（IC4～ IC9，6片CD4094）；

⑤显示器及状态指示电路（LED1～LED9）；

⑥4×4键盘；

⑦晶振电路（JT）；

⑧上电自动复位及手动复位电路；

⑨具有下载和在线仿真功能的边界扫描（JTAG）插座；

⑩＋3.3V稳压电源。

精密数控基准电压源的电路框图