基于單片機的數(shù)控直流電流源設計與仿真

李文瑞（遼陽職業(yè)技術學院,遼寧 遼陽 111000）

基于單片機的數(shù)控直流電流源設計與仿真

李文瑞
（遼陽職業(yè)技術學院,遼寧 遼陽 111000）

摘 要：本文是采用AT89S52控制的數(shù)控恒流電流源進行研究設計的，然后使用Proteus進行仿真。設計使用AT89S52單片機作為核心芯片，由鍵盤和顯示模塊，電壓、電流轉換裝置等組成的數(shù)控直流電源。運用Proteus軟件仿真，驗證了設計方法的正確性，節(jié)省了開發(fā)成本。

關鍵詞：穩(wěn)壓電源;AT89S52;LCD顯示;Proteus仿真

0 引言

在現(xiàn)代測控技術中普遍使用數(shù)控電源，由于普通電源在工作時會產生的誤差，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，是針對上述缺點不斷加以升級。微型單片機技術及電壓轉換模塊的出現(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，廣泛應用于現(xiàn)代的教學實驗和科學研究等領域。

1 方案

數(shù)控直流電源設計采用單片機作為核心控制，基本原理簡單，實現(xiàn)比較方便，電源的電流值也可以調整到較精確的數(shù)值，同樣的也是采用LCD進行顯示。此方案采用保持電阻恒定而改變輸入電壓的方法來改變電流的大小。利用高精度D/Α轉換器在單片機程序控制下提供可變的高精度的基準電壓，該基準電壓經(jīng)過V/I轉換電路得到電流，再通過Α/D轉換器將輸出電流反饋至單片機進行比較，調整D/Α的輸入電壓，從而達到數(shù)控的目的。該方案的難點在于穩(wěn)定恒流源的設計和高精度電流檢測電路的設計。特點是可精確的控制電流的步進量，負載變化對電流輸出的影響較小。

2 硬件設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)

（1） ΑΤ89S52單片機。ΑΤ89S52單片機是系統(tǒng)的核心部件，它是一種帶8KB可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能的單片機。ΑΤ89S52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。此單片機共有4個8位的并行雙向I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。在本設計中P1口只作為通用數(shù)據(jù)I/O口使用，所以在電路結構上與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口類似。這里面使用的是P3的第二功能信號。

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

（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，功耗小，且設計簡單等特點，芯片名稱是 LM016L，該模塊采用HD44780作為驅動器驅動。

3 仿真分析

3.1 輸出電流范圍的仿真

該方案的程序設計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時顯示“OK!”；當給定值超過量程時將顯示“ERROR! RESEΤ!”。仿真時，如果在范圍內，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!”報警。

3.2 步進調整仿真

在步進調整仿真，通過加減按鈕進行1mΑ步進調整，可觀察到顯示器的顯示結果。通過鍵盤DEL鍵可以修改上一步輸錯的數(shù)字。

3.3 輸出電流仿真

仿真最低電流200mΑ負載電阻為2.0時的狀態(tài)，根據(jù)顯示器顯示內容可知，設定輸出電流值為200mΑ，實測電流值為201mΑ，輸出電壓為0.400V，負載電阻為2.0，都滿足設計要求。

4 總結

這款數(shù)控直流電流源是以單片機系統(tǒng)為核心而設計制造出來的，具有電路簡單，結構緊湊，價格低廉，可靠性高等優(yōu)點，而且單片機具有精確的計算和控制功能，從而能夠減少和排除各種誤差的產生，高效的提高穩(wěn)壓電源輸出電壓精度。利用仿真技術可以在設計中調試電路，這樣就為做成實物提供了很大的便利，同時節(jié)約了開發(fā)成本。經(jīng)過實驗證明本設計是可行的，并能夠做成實物。

參考文獻：

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[2]紀宗南.單片機外圍器件實用手冊—輸入通道器件分冊[M].北京：北京航空航天大學出版社,2003(03).

[3]趙新民.智能儀器設計基礎[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社,1999(07).

作者簡介：李文瑞(1982-)，男，碩士，研究方向：電子與通信技術教學研究。