單片機(jī)數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì)與分析研究

白書華

摘要：本系統(tǒng)基于單片機(jī)控制，采用按鍵及LCD顯示器作為人機(jī)界面的直流數(shù)控電源。系統(tǒng)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(jī)置數(shù)控制DAC0832的輸出電流大小，LCD顯示當(dāng)前電流值。本系統(tǒng)通過單片機(jī)控制DA輸出，使得整個(gè)電路系統(tǒng)具有輸出電流穩(wěn)定，步進(jìn)精度高，控制方便，等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：線性電源；單片機(jī)；DAC0832；恒流控制

1數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟硬件分析

根據(jù)系統(tǒng)要求及論證結(jié)果，本系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理：開關(guān)電源輸出功率大，能夠帶動(dòng)大功率負(fù)載，通過整流濾波、DC/DC變換給負(fù)載提供電壓電流。220VAC經(jīng)過整流濾波、三端穩(wěn)壓塊為芯片供電。系統(tǒng)要求輸出恒定電流，先對單片機(jī)置數(shù)，通過按鈕控制電流值的加減,LCD顯示器顯示當(dāng)前預(yù)置的電流值,單片機(jī)寄存器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過DAC0832芯片D/A轉(zhuǎn)換,輸出的電壓信號控制效應(yīng)管8N60導(dǎo)通,場效應(yīng)管的漏極電流即為恒流源的實(shí)際輸出電流。場效應(yīng)管的漏極電流近似于源極電流,源極電流經(jīng)過采樣電阻后轉(zhuǎn)化為電壓信號,通過運(yùn)算放大器反饋到輸入端，達(dá)到輸出電流穩(wěn)定的效果。

2硬件設(shè)計(jì)

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

下面介紹各個(gè)部分的原理：

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

（2）數(shù)模、液晶顯示設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)要求計(jì)算,D/A必須達(dá)到5位,輸出電流范圍0mA～1000mA,步進(jìn)電流大小為50mA,本系統(tǒng)我們采用的是DAC0832,它的數(shù)據(jù)位為8位，分度達(dá)到1/256,滿足系統(tǒng)的要求。電流的大小可以通過按鈕控制，每當(dāng)按一次S1按鈕時(shí)，電流增加50mA,當(dāng)按一次S2時(shí)，電流減小50mA,LCD液晶顯示當(dāng)前電流值。原理如圖3所示。

（3）壓控恒流源電路設(shè)計(jì)。壓控恒流源是系統(tǒng)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(tǒng)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(yùn)算放大器OP07、大功率場效應(yīng)管8N60、采樣電阻R15、負(fù)載電阻RL等組成。

電路中調(diào)整管采用大功率場效應(yīng)管8N60。采用場效應(yīng)管,更易于實(shí)現(xiàn)電壓線性控制電流,既能滿足輸出電流最大達(dá)到1A的要求,也能較好地實(shí)現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。因?yàn)楫?dāng)場效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時(shí),漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當(dāng)Ud為常數(shù)時(shí),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(yùn)放采用OP07作為電壓跟隨器,場效應(yīng)管Id=Is(柵極電流相對很小,可忽略不計(jì)) 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因?yàn)镮o=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(shí)現(xiàn)壓控恒流。

3軟件設(shè)計(jì)

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

4指標(biāo)測試

4.1測試方法

將各個(gè)模塊連接,然后進(jìn)行預(yù)設(shè)電流值和實(shí)際輸出電流值對比測試,記錄兩者之間的偏差,并進(jìn)行軟件修正。

4.2輸出電流范圍測試結(jié)果如表1（負(fù)載電阻R=6Ω）

4.3不同負(fù)載輸出電流測試結(jié)果如表2(輸出電流I=500mA)

5結(jié)論

經(jīng)過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測試，整個(gè)電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(jù)需要自動(dòng)控制當(dāng)前輸出電流的大小，電路系統(tǒng)中包括數(shù)電模電單片機(jī)等專業(yè)基礎(chǔ)。整個(gè)電路系統(tǒng)具有輸出電流穩(wěn)定度高，輸出電流值可設(shè)置的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勝利.高頻開關(guān)電源實(shí)用新技術(shù)劉勝利[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]馬洪濤,沙占友,周芬萍.開關(guān)電源制作與調(diào)試[M].北京:中國電力出版社,2010.

[3]楊治潔.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:中國人民大學(xué)出版社, 2009.

[4]彭偉.單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)100例彭[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.endprint