基于單片機(jī)的數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)與仿真

李文瑞（遼陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧 遼陽(yáng) 111000）

基于單片機(jī)的數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)與仿真

李文瑞
（遼陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧 遼陽(yáng) 111000）

摘 要：本文是采用AT89S52控制的數(shù)控恒流電流源進(jìn)行研究設(shè)計(jì)的，然后使用Proteus進(jìn)行仿真。設(shè)計(jì)使用AT89S52單片機(jī)作為核心芯片，由鍵盤(pán)和顯示模塊，電壓、電流轉(zhuǎn)換裝置等組成的數(shù)控直流電源。運(yùn)用Proteus軟件仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性，節(jié)省了開(kāi)發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源;AT89S52;LCD顯示;Proteus仿真

0 引言

在現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)中普遍使用數(shù)控電源，由于普通電源在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生的誤差，系統(tǒng)的精確度受到了影響。數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以升級(jí)。微型單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了很好的發(fā)展條件，數(shù)控直流電流源是一種普遍使用的電子儀器，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。

1 方案

數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為核心控制，基本原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)比較方便，電源的電流值也可以調(diào)整到較精確的數(shù)值，同樣的也是采用LCD進(jìn)行顯示。此方案采用保持電阻恒定而改變輸入電壓的方法來(lái)改變電流的大小。利用高精度D/Α轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)程序控制下提供可變的高精度的基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓經(jīng)過(guò)V/I轉(zhuǎn)換電路得到電流，再通過(guò)Α/D轉(zhuǎn)換器將輸出電流反饋至單片機(jī)進(jìn)行比較，調(diào)整D/Α的輸入電壓，從而達(dá)到數(shù)控的目的。該方案的難點(diǎn)在于穩(wěn)定恒流源的設(shè)計(jì)和高精度電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。特點(diǎn)是可精確的控制電流的步進(jìn)量，負(fù)載變化對(duì)電流輸出的影響較小。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

（1） ΑΤ89S52單片機(jī)。ΑΤ89S52單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部件，它是一種帶8KB可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能的單片機(jī)。ΑΤ89S52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。此單片機(jī)共有4個(gè)8位的并行雙向I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。在本設(shè)計(jì)中P1口只作為通用數(shù)據(jù)I/O口使用，所以在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有些不同。P2口地址為Α0H,位地址為Α0H～Α7H。P2口既可以作為系統(tǒng)高位地址線使用，也可以為通用I/O口使用，所以P2口電路邏輯與P0口類(lèi)似。這里面使用的是P3的第二功能信號(hào)。

（2）鍵盤(pán)模塊。鍵盤(pán)模塊使用的是4×4鍵盤(pán)，這種鍵盤(pán)是行列掃描方式，它具有當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目等優(yōu)點(diǎn)，而且可以做到不必步進(jìn)就能直接輸入電流值。本方案的設(shè)計(jì)要求是按鍵的次數(shù)比較多結(jié)合該按鍵的優(yōu)點(diǎn)，所以采用此種鍵盤(pán)，它可以對(duì)0～9數(shù)字輸入、“+”、“-”、“OK”、“SEΤ”、“DEL”、“RESEΤ/ON”等功能的實(shí)施。

（3）顯示模塊。使用LCD液晶顯示，LCD具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示數(shù)字，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，芯片名稱是 LM016L，該模塊采用HD44780作為驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

3 仿真分析

3.1 輸出電流范圍的仿真

該方案的程序設(shè)計(jì)電流輸出范圍上限為20～2000mΑ，電壓值限定了小于10V,如果給定值在量程內(nèi)時(shí)顯示“OK!”；當(dāng)給定值超過(guò)量程時(shí)將顯示“ERROR! RESEΤ!”。仿真時(shí)，如果在范圍內(nèi)，則可以任意輸入4位數(shù)字，若不在范圍里，則系統(tǒng)顯示“ERROR!RESEΤ!”報(bào)警。

3.2 步進(jìn)調(diào)整仿真

在步進(jìn)調(diào)整仿真，通過(guò)加減按鈕進(jìn)行1mΑ步進(jìn)調(diào)整，可觀察到顯示器的顯示結(jié)果。通過(guò)鍵盤(pán)DEL鍵可以修改上一步輸錯(cuò)的數(shù)字。

3.3 輸出電流仿真

仿真最低電流200mΑ負(fù)載電阻為2.0時(shí)的狀態(tài)，根據(jù)顯示器顯示內(nèi)容可知，設(shè)定輸出電流值為200mΑ，實(shí)測(cè)電流值為201mΑ，輸出電壓為0.400V，負(fù)載電阻為2.0，都滿足設(shè)計(jì)要求。

4 總結(jié)

這款數(shù)控直流電流源是以單片機(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的，具有電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且單片機(jī)具有精確的計(jì)算和控制功能，從而能夠減少和排除各種誤差的產(chǎn)生，高效的提高穩(wěn)壓電源輸出電壓精度。利用仿真技術(shù)可以在設(shè)計(jì)中調(diào)試電路，這樣就為做成實(shí)物提供了很大的便利，同時(shí)節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本設(shè)計(jì)是可行的，并能夠做成實(shí)物。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸治國(guó).電源的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社,2001(04).

[2]紀(jì)宗南.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)—輸入通道器件分冊(cè)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003(03).

[3]趙新民.智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1999(07).

作者簡(jiǎn)介：李文瑞(1982-)，男，碩士，研究方向：電子與通信技術(shù)教學(xué)研究。