單片機數控恒流源的設計與分析研究

白書華

摘要：本系統基于單片機控制，采用按鍵及LCD顯示器作為人機界面的直流數控電源。系統主要由整流濾波電路、輸出電流控制模塊，LCD顯示電流模塊以及壓控恒流模塊。按鈕向單片機置數控制DAC0832的輸出電流大小，LCD顯示當前電流值。本系統通過單片機控制DA輸出，使得整個電路系統具有輸出電流穩定，步進精度高，控制方便，等特點。

關鍵詞：線性電源；單片機；DAC0832；恒流控制

1數據系統軟硬件分析

根據系統要求及論證結果，本系統的系統方框圖如圖1所示。

系統工作原理：開關電源輸出功率大，能夠帶動大功率負載，通過整流濾波、DC/DC變換給負載提供電壓電流。220VAC經過整流濾波、三端穩壓塊為芯片供電。系統要求輸出恒定電流，先對單片機置數，通過按鈕控制電流值的加減,LCD顯示器顯示當前預置的電流值,單片機寄存器存儲的數據通過DAC0832芯片D/A轉換,輸出的電壓信號控制效應管8N60導通,場效應管的漏極電流即為恒流源的實際輸出電流。場效應管的漏極電流近似于源極電流,源極電流經過采樣電阻后轉化為電壓信號,通過運算放大器反饋到輸入端，達到輸出電流穩定的效果。

2硬件設計

本系統硬件主要由整流濾波電路、單片機控制、LCD液晶顯示、恒流控制等部分組成。

下面介紹各個部分的原理：

（1） 電源電路設計。本系統使用的芯片是STC8052單片機、DAC0832以及OP07芯片，他們分別需要正負5V和正負12V電壓。電源通過整流濾波，7812、7805、7912和7905三端穩壓塊供電，如圖2所示。

（2）數模、液晶顯示設計。根據系統要求計算,D/A必須達到5位,輸出電流范圍0mA～1000mA,步進電流大小為50mA,本系統我們采用的是DAC0832,它的數據位為8位，分度達到1/256,滿足系統的要求。電流的大小可以通過按鈕控制，每當按一次S1按鈕時，電流增加50mA,當按一次S2時，電流減小50mA,LCD液晶顯示當前電流值。原理如圖3所示。

（3）壓控恒流源電路設計。壓控恒流源是系統的重要組成部分,它的功能是用電壓來控制電流的變化,由于系統對輸出電流大小和精度的要求比較高,所以選好壓控恒流源電路顯得特別重要。采用如下電路：電路原理圖如圖4所示。該恒流源電路由運算放大器OP07、大功率場效應管8N60、采樣電阻R15、負載電阻RL等組成。

電路中調整管采用大功率場效應管8N60。采用場效應管,更易于實現電壓線性控制電流,既能滿足輸出電流最大達到1A的要求,也能較好地實現電壓近似線性地控制電流。因為當場效應管工作于飽和區時,漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當Ud為常數時,滿足：Id=f（Ugs）,只要Ugs不變,Id就不變。

在此電路中,R2為取樣電阻 ,阻值為0.1歐。運放采用OP07作為電壓跟隨器,場效應管Id=Is(柵極電流相對很小,可忽略不計) 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因為Io=UI/R2,電路輸入電壓UI控制電流Io,即Io不隨RL的變化而變化,從而實現壓控恒流。

3軟件設計

程序設計。首先對單片機初始化，1602液晶顯示“VOLTAGE:電流值”，然后通過控制按鈕設置電流值大小，程序流程圖如5所示：

4指標測試

4.1測試方法

將各個模塊連接,然后進行預設電流值和實際輸出電流值對比測試,記錄兩者之間的偏差,并進行軟件修正。

4.2輸出電流范圍測試結果如表1（負載電阻R=6Ω）

4.3不同負載輸出電流測試結果如表2(輸出電流I=500mA)

5結論

經過系統的實驗數據測試，整個電路系統實現了輸出電流的按鍵控制，通過按鍵的加減控制輸出電流的大小，而且可以根據需要自動控制當前輸出電流的大小，電路系統中包括數電模電單片機等專業基礎。整個電路系統具有輸出電流穩定度高，輸出電流值可設置的特點。

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