基于單片機(jī)的數(shù)控直流電流源的研制（一）

0 引言

從日常生活到最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的參與和支持，而電源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對提高一個國家勞動生產(chǎn)率的水平，即提高一個國家單位能耗的產(chǎn)出水平，具有舉足輕重的作用.在電源種類繁多和技術(shù)的多樣化中，不斷地提出更多.更高.更先進(jìn)的要求來迎合當(dāng)今社會時代的步伐.電源設(shè)備是電子儀器的一個重要組成部分，通常有直流電壓源.電流源.交流電壓源，電壓源等.隨著信息時代的飛速發(fā)展，電源設(shè)備也逐漸向數(shù)字化方向發(fā)展，便有了數(shù)控直流電流源的研究方向.

數(shù)控直流電流源是一種低紋波.高精度并當(dāng)負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時具有良好的穩(wěn)定性.輸出可預(yù)置的數(shù)控直流電流源，它是現(xiàn)代科學(xué)研究和生產(chǎn)的需要，也代表著直流電流源發(fā)展的方向，而且得到了越來越廣泛的應(yīng)用.

1 設(shè)計任務(wù)要求

在此設(shè)計并制作出一款數(shù)控直流電流源.其原理示意圖如圖1所示.

具體要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：

(1)輸入交流為200~240 V,50 Hz;輸出直流電壓≤10 V.

(2)輸出電流范圍：20~2 000 mA;

(3)可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值≤給定值的2%+1 mA;

(4)具有“+”.“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)≤2 mA;

(5)改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10 V以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的2%+1 mA;

(6)紋波電流≤1 mA.

`2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為整機(jī)的控制部分，通過鍵盤改變或設(shè)定數(shù)字量，經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生相應(yīng)的電壓值，從而控制恒流源電路;為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實(shí)際輸出電流值的功能，可以在輸出回路上串聯(lián)取樣電阻，將實(shí)際輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過A/D 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，用單片機(jī)實(shí)時對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示.此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔.靈活，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足性能指標(biāo)的要求.具體框圖如圖2所示.

3 各部分模塊電路設(shè)計

3.1 鍵盤與顯示電路

鍵盤電路和顯示電路由8255 驅(qū)動，如圖3 所示.

顯示部分采用共陽數(shù)碼管動態(tài)掃描方式，在程序控制下，可以顯示輸出電流和采樣電流;鍵盤采用矩陣結(jié)構(gòu)，有：顯示切換鍵.后退鍵.加1鍵.減1鍵.確認(rèn)鍵.0~9數(shù)字鍵入鍵等.[!--empirenews.page--]

3.2 電源電路

±15 V 電源電路由輸出電壓極性不同的集成穩(wěn)壓器MC7815,MC7915構(gòu)成，如圖4所示.

圖4(a)中4 個1N5408 組成整流橋，可以把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，C1,C2,C3,C4 為大容量濾波電容，C5,C6,C7,C8為高頻濾波電容，它們用于抑制芯片自激，減小高頻噪聲.

兩種芯片輸入端分別加上18 V 以上的輸入電壓，輸出端便能輸出±15 V 的電壓，R1,R2,R3 用于調(diào)整集成穩(wěn)壓器MC7815輸出端的電流平衡.圖4(b)所示，+5 V電源電路由MC7805 芯片構(gòu)成，C9 為大電容用于濾波，C11,C12用于抑制輸出噪聲.

3.3 電流源電路

電流源電路由OP07 運(yùn)算放大器和輸出三極管組成，如圖5所示.

其基本控制原理是：

式中：k是 k = (R1 + W1)/ W1 ;Va 是單片機(jī)內(nèi)部數(shù)字量所對應(yīng)的模擬電壓;Io 是輸出的電流.由此可見，當(dāng)R1 ,W1 ,R0 ,R3 ,W1 ,R2 都確定后，那么Io 由Va 惟一的決定，與輸入電壓和負(fù)載都無關(guān).也就是說，Io 由單片機(jī)的數(shù)字量決定.這樣，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控恒流電源.

3.4 電流采樣電路

為了能夠?qū)敵鲭娏鞯倪M(jìn)行實(shí)時的觀察，必須在輸出回路上要有采樣電路，圖5中Rx就是采樣電阻，Vx 就是采樣得到的電壓，經(jīng)過OP07 放大以后的電壓為Vc,此電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)，經(jīng)處理后進(jìn)行顯示，這樣就實(shí)現(xiàn)了對輸出電流的顯示.由圖可知：