基于單片機的數(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都離不開電源技術的參與和支持，而電源技術和產業(yè)對提高一個國家勞動生產率的水平，即提高一個國家單位能耗的產出水平，具有舉足輕重的作用.在電源種類繁多和技術的多樣化中，不斷地提出更多.更高.更先進的要求來迎合當今社會時代的步伐.電源設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.高精度并當負載在一定范圍內變化時具有良好的穩(wěn)定性.輸出可預置的數(shù)控直流電流源，它是現(xiàn)代科學研究和生產的需要，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用.

1 設計任務要求

在此設計并制作出一款數(shù)控直流電流源.其原理示意圖如圖1所示.

具體要達到的技術指標為：

(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“+”.“-”步進調整功能，步進≤2 mA;

(5)改變負載電阻，輸出電壓在10 V以內變化時，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)總體設計

本系統(tǒng)采用STC89C52單片機作為整機的控制部分，通過鍵盤改變或設定數(shù)字量，經D/A 轉換后產生相應的電壓值，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，將實際輸出電流轉換成電壓，并經過A/D 進行模數(shù)轉換，用單片機實時對電壓進行采樣，然后進行數(shù)據處理及顯示.此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據的預置以及電流的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔.靈活，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足性能指標的要求.具體框圖如圖2所示.

3 各部分模塊電路設計

3.1 鍵盤與顯示電路

鍵盤電路和顯示電路由8255 驅動，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;鍵盤采用矩陣結構，有：顯示切換鍵.后退鍵.加1鍵.減1鍵.確認鍵.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 是單片機內部數(shù)字量所對應的模擬電壓;Io 是輸出的電流.由此可見，當R1 ,W1 ,R0 ,R3 ,W1 ,R2 都確定后，那么Io 由Va 惟一的決定，與輸入電壓和負載都無關.也就是說，Io 由單片機的數(shù)字量決定.這樣，就實現(xiàn)了數(shù)控恒流電源.

3.4 電流采樣電路

為了能夠對輸出電流的進行實時的觀察，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，經過OP07 放大以后的電壓為Vc,此電壓經A/D轉換后送到單片機，經處理后進行顯示，這樣就實現(xiàn)了對輸出電流的顯示.由圖可知：