简易可编程恒流源.docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录简易可编程恒流源本系统以直流电流源为核心，STC89C52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达10mA，并可由液晶显示电流设定值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（TLV5615）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大(TL081)，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理， 通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控恒流源。关键词：程序控制 D/A转换 可控步进恒流

2、LCD显示 保护电路一、 前言电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各个行业。恒流源是电子技术常用的仪器设备，广泛的应用于教学、工业和科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验作和科学研究所不可缺少的电子仪器。恒流源是模拟系统中广泛使用的一种单元电路或测试平台，在实际工程中也有广泛的用途，是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成10。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。 随着电子技术

3、的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切。二、设计任务（1）利用DA转换芯片输出200mA2000mA电流信号；（2）可设置并显示输出电流给定值；（3）系统工作符合一般稳压电源要求；扩展要求：（4）可步进输出电流，步进值10mA；（5）保护电路。三、总体方案设计 恒流源系统方框图如图1所示。它由控制器、电流源、电流测量装置、

4、自制稳压电源等。系统程序流程图如图2所示。 图1 恒流源系统方框图图2 系统程序流程图3.1 方案论证与比较3.1.1 控制部分对于一般控制方面的问题大体可以采用如下三种方案来实现：方案一：采用中小规模集成电路构成的控制器。方案二：采用以单片机为核心的单片机最小系统构成控制器。方案三：采用可编程逻辑器件（如FPGA/CPLD）构成的控制器。因方案一外围元器件多，容易出故障，方案三价格较贵，而方案二外围元器件不算多，而且具有价格便宜，容易掌握，可靠性高等优点，故本系统采用方案二，即采用STC89C52为核心的控制器。3.1.2 恒流源部分方案一：由三端可调式集成稳压器构成的恒流源以LM338为例

5、，其最大输出电流为5A，输出电压Uo1为1.233V。其典型恒流源电路如图3所示。 图3 由LM338构成的恒流源电路 当可调稳压器LM338调节在输出电压Uo1=1.2V时，若R固定不变，则Ih不变。因此可获得恒流输出。例如，R=6，则Ih=Uo1/R=1.2/0.6=2A。若改变R的值，可使输出电流Ih改变。例如，R=6时，则Ih=200mA，可满足要求（输出电流范围2002000mA）。若R由60变到0.6，则Ih为22000mA，则满足发挥部分的要求。假设R改为数控电位器，则输出电流可以以某一个步长进行改变。 此方案优点：结构简单，外围元器件少，调试方便，价格便宜。 缺点：精密的大功率

6、的数控电位器难购买。 方案二：由数控稳压器构成的恒流源 其原理方框图如图4所示。 此方案优点：原理清楚，如果知识，器件有储备，方案容易实现。 缺点：由图4可知，数控稳压源的地是浮地的，与系统不共地线。对系统而言，地线处理不方便。图4 由数控稳压器构成的恒流源方框图 方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路 采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。采用高精度运算放大器TL081，更能增加其准确的性能；采用三极管TIP122，具有很大的扩流能力。两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。图5 方案三原理图方案三优点：原理清楚，对单片机及其外围器件比较熟悉

7、，元器件资料丰富，实现此方案就变得容易。综合考虑，系统选取方案三。四、单元模块设计4.1 各单元模块功能介绍及电路设计4.1.1 恒流源模块原理原理如图6所示 在这一部分电路中DA将单片机送来的控制字转换成电压，控制晶体管的输出电流。由数模转换器TLV5615，误差放大器TL081驱动管，达林顿扩流电路等组成。图6 恒流源电路图基本原理：DAC转换器TLV5615通过单片机输入一个给定值后，会输出一个电压值，再通过运放电路对电压进行放大， 取合适的采样电阻和扩流电路后。通过误差电压放大器，输入电流的大小随输入给定值转变为电压信号，再转变为实际输出的电流值。在采样电阻不变的情况下跟随给定电流值变

8、化。组成恒流源电路。数学表达式为： Uout=Vref*N/1024 ;基准电压Vref通过电阻分压取得2.5v （4.1） U1=Uout(R4R4+R3) （4.2） Il=Ie=Ic=U1R9; R9为2.5 （4.3）由以上三式可得：I=N(mA) 即输出电流只与DA的输出电压成比例与负载无关 从而达到恒流的目的。4.1.3 测量及显示模块原理单片机使用P0口作为LCD1602数据口输出，使用P2.5，P2.6，P2.7作为LCD1602的控制输入口，使用P3.3，P3.4作为按键输入口，使用P1口作为DAC0832数据输入口。如图7所示，为显示及按键模块硬件原理图。 图7 显示及按键

9、模块 如上图所示，两个按键控制电压的上调与下调，显示模块采用LCD1602液晶显示。4.1.4 过流保护电路当电流等于2A时，为了保护电路使其输出电流小于等于2A，因此在输出电路线路上加上2A的熔断器，从而保护电路。如图8示。图8 加有熔断器的保护电路4.1.5 控制单元模块控制器的核心器件为STC89C52单片机，在其周围集成了单片机最小系统。用来完成键盘控制，液晶显示，DA 以及数据处理等。系统包括了键盘和液晶，复位电路及IO引出端口。键盘用来置数，液晶用来显示预设电流值。原理如图9所示。图9 控制单元4.2 各种特殊元件的选择4.2.1 采样电阻的选择由于单片机无法识别电流，但可识别电压

10、，故应该将采样电流的问题转化为采样电压的问题，取采样电阻的阻值为2.5时，采样电压的数值即为采样电流值，又因该阻值在电流范围200mA1000mA对应的功率为0.5W2.5W，故采样电阻R0可取2.5/5W的功率电阻。4.2.2 调整管的选择由于运放的最大输出电流为几十毫安，而设计要求的输出电流范围为200mA1000mA，故要用功率管扩流(工作在放大状态)，而TIP122耐压50V，最大工作电流5A，功率65W，故功率管选择达林顿管TIP122可满足要求(工作在放大状态，UCE=35V)。4.2.3 误差电压放大器电流的稳定度与放大器有直接的关系，若要稳定度大于10-3 则放大倍数要大于10

11、00倍，现在一般的运放都都能达到这个要求。在设计中使用了TL081作为误差放大器，TIP122用来扩流，其放大系数为1000。4.2.4 数模转换器的选择电路输出电流范围2002000mA,步进10mA,共有180种状态，10位字长的DA转换器，能满足要求。设计中用两个电流控制字代表10mA,当电流控制从0，2，4，.4000时，电源输出电流为200mA,210mA,220mA,.2000mA.因此电路可采用10位的DA转换器，设计选用TLV5615作为DA芯片。五、总结与心得 在本次实验中，我们利用STC89C52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达10mA，

12、并可由液晶显示电流设定值。由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（TLV5615）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大(TL081)，通过硬件负反馈，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流，构成稳定的可调恒流源。这次设计最终能够完好地做出相应的完全符合要求的作品。在课题设计中，期间也遇到了一些问题，比如队友之间意见的不一致；实物制作时有些细节没有考虑到等。这些给我们提供了很宝贵的经验：比如与队友意见不一致时，应该静下心来分析自己和队友的意见，合理科学的分析，找出最终最合适的方法来完成设计；在实物制作时，应该考虑各种的现实因素，不能完全将软件仿真套用在实物中。最终，完

13、成符合要求的作品，使我们对电子设计有了更深的理解，对各种电路及器件原理有了更深的认识，对所学理论知识有了更好的巩固，对我们专业的发展起着很重要的作用，为以后专业应用打下了坚实的基础。六、附录6.1 实验数据预置电流（mA）显示电流（mA）实测电流（mA）220220217350350348550550551660660661880880884900900903100010101005120012101208140014101409150015101511160016101612180018101813200020001996 6.2程序代码#include #include #include

14、#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code zifux=0123456789abcdef;uchar code zifu0= Constant ;uchar code zifu1= OUT:0000ma ;/按键sbit key1=P30;sbit key2=P31;unsigned long da1=100;/unsigned long dax1=200;/void xianshi() /out lcd1602_adr(0x45); lcd1602_writenumber(0x30+dax1%10000/100

15、0); lcd1602_writenumber(0x30+dax1%1000/100); lcd1602_writenumber(0x30+dax1%100/10); lcd1602_writenumber(0x30+dax1%10); da1=dax1*975/2000; DAconver1(da1); /调节void main() _delay_ms(1); /初始化 lcd1602_init(); LCD1602_string(1,1,zifu0); LCD1602_string(1,1,zifu0); LCD1602_string(2,1,zifu1); /初始化 while(1) /

16、显示函数 xianshi(); sbit clk1=P20;sbit cs1=P21;sbit din1=P22;sbit dout1=P23;/延时函数msvoid _delay_ms(uint t) uint i,j; for(i=0;it;i+) for(j=0;j0)t-;/12个时钟驱动，十位数据在12位的前/16位数据DAValue先左移6位，剩下的十位是有效数据 void DAconver1(uint DAValue) uchar i; DAValue = 6; cs1 = 0; clk1 = 0; for(i = 0; i 12; i+) / 内输入的是10位DA数据，后两个时

17、钟周期 / 为填充字节。 din1 = (bit)(DAValue & 0x8000); clk1 = 1; DAValue = 1; clk1 = 0; cs1 = 1; / CS的上升沿和下降沿只有在clk为低的时候 clk1 = 0; / 才有效sbit RS=P32;/写信号sbit RWW=P33;/读信号sbit E=P34; /使能信号#define e1 E=1 #define rd1 RWW=1 #define rs1 RS=1 #define e0 E=0 #define rd0 RWW=0 #define rs0 RS=0 #define PP P1/写1602控制字vo

18、id lcd1602_writecrtl(uchar dat) rd0;/读信号置0 rs0;/写信号置0 _delay_us(5); PP=dat; e1;/使能信号置1 _delay_us(5); e0;/使能信号置0/写1602数据void lcd1602_writenumber(uchar dat) rd0;/读信号置0 rs1;/写信号置1 _delay_us(5); PP=dat; e1;/使能信号置1 _delay_us(5); e0;/使能信号置0/1602初始化void lcd1602_init() lcd1602_writecrtl(0x38); /显示模式 lcd1602

19、_writecrtl(0x06); /显示光标移动位置 lcd1602_writecrtl(0x0c); /显示开及光标设置 lcd1602_writecrtl(0x01); /显示清屏/显示地址void lcd1602_adr(uchar dat) lcd1602_writecrtl(0x80 | dat);/行显示-void LCD1602_string(uchar hang,uchar lie,uchar const *p)uchar a;if(hang = 1) a = 0x00;if(hang = 2) a = 0x40;a = a + lie - 1;lcd1602_adr(a);

20、while(1)if(*p = 0) break;lcd1602_writenumber(*p);p+;6.3仿真图图10 整体电路仿真图6.4实物图图11 实物器件图图12 实物运行显示图/171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717171717

21、1717171717171717171717171717171717171717171717176.5原件清单元件型号数量单片机STC89C52RC140DIP芯片座112M晶振1运放TL0812TLV5615120PIN芯片座3按键2三极管TIP1222Lcd屏16021采样电阻2.5（康铜丝）1保险丝2A1电阻（10K、1K、102、103）若干电容（10uf、30pf）若干导线若干6.6参考文献1 阎石.数字电子技术技术基础.高等教育出版社.20062 康光.华电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社.20133 周国运.单片机原理及应用（C语言版）.中国水利水电出版社.20094 陆治国.电源的计算机仿真技术.北京科学出版社.20015 杨振江.AD/DA转换器接口技术与实用线路.西安电子科技大学出版社.2008专心-专注-专业