基于 AT89S52 单片机的数控直流电流源设计.doc

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1、精品论文大集合基于 AT89S52 单片机的数控直流电流源设计吴海超，汪洋威 吉林大学仪器科学与电器学院，长春 (130026) E-mail:wuhaichao163摘要：科学仪器和电子设备中经常用到稳定性好、精度高、输出可预置的直流电流源。高性能的数控直流电流源不仅能够提高科学仪器的性能和稳定性，还能够缩短产品的研发周 期，因此具有很高的实用价值和经济价值。本数控直流电流源能够很好地降低因元器件老化、温漂等原因造成的输出误差，输出电流在20mA2000mA可调，输出电流可预置、具有“+”、 “-”步进调整、输出电流信号可直接显示等功能。硬件电路以AT89S52单片机为控制核心器， 利用闭环

2、控制原理，加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环，采用压控电流方式实现稳流输出，步进为1mA，通过DAC控制压控电流步进，ADC 采样电压值，软件算出电流的测量值。系统主要由键盘输入、控制处理、压控电流输出、液晶显示等功能模块组成。经实际 测试。该系统可靠性好、精度较高、体积小、操作简单方便、人机界面友好。 关键词：AT89S52单片机；压控电流；闭环控制中图分类号：TM931.引 言本系统以 AT89S52 单片机为核心控制器，主电路采用反馈闭环控制的压控电流源，外 扩 44 软键盘和 1602 液晶模块。通过 44 软键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等 级可达 1mA，并可由 1602

3、 液晶显示屏显示实际输出电流值和电流设定值。本系统由单片机 程控输出数字信号，经过 D/A 转换器（MAX5154）输出模拟量，再经过运算放大器(op07) 隔离放大，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，输出电流经过采样电阻经行电流/电压转变后，通过 A/D 转换芯片（MAX187），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电流源。实际测试结果表明，本系统 输出电流稳定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围2mA， 输出电流可在 20mA

4、2000mA 范围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒流 源的领域。2.单元电路设计2.1 硬件部分2.1.1 电源模块 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成4，本设计用到电源有三种，如图所示分别是+5v,15v,+18v. 图 1-3 中的+18V 电源采用稳压器 LT1084 与 5.5V 稳压二极管结合输出+18V 的稳定直流电压.其中+5v 给 A/D 转换器 MAX187、D/A 转换器MAX5154 和单片机以及液晶显示屏供电。- 7 -图 11 +5V 电源电路Fig1-1 +5V manostat图 1-2 15V 电源电路Fig1-2 15V m

5、anostat图 1-3+18V 电源电路Fig1-3+18V manostat2.1.2D/A 转换模块DA 芯片选择，为实现输出电流为 202000mA,则有 2000-20=1980 状态，因为 211=2048， 采用 11 位 AD 芯片可以满足要求。本系统实际制作采用了 12 位 DA 芯片，完全能满足设计 要求。DA 芯片具体采用 MAX5154,该芯片为 12 位低功耗、电压输出型数模转换芯片，内部含 有两个独立的 DA 通道。串行接口，与单片机相连只需 3 根线。在 OSA（OSB）接地的情 况下，输出电压为：Vout=(Vref*NB/4096)*2 。 其中 Vref 为

6、参考电压，NB 为 12 位的数字量， Vout 为 DA 输出电压。往 DA 里送入不同的 NB，即可得到不同的输出电压，从而改变恒流源的输出电流。DA 基准源由 MC1404 稳压基准提供，为 2.500V，实测值为 2.491V.由上式得，NB= Vout*2048/2491(mV)=0.822* Vout 由于单片机处理小数的速度较慢，因 此需要将其转换成整数形式。算法如下：NB=(822* Vout)/1000(mV）= Vout*800/1000+ Vout*20/1000+ Vout*2/1000 (mV)= Vout*8/10+ Vout*2/100+ Vout*2/1000=

7、 (Vout3)/10+( Vout1)/100+ (Vout1%+3 个字。4.纹波电流的测试：根据恒流源模块电路，用低频交流毫伏表测采样电阻（康铜丝绕制而 成，由于该电路为直流电路没有交流成分，所以不会产生感抗）两端的电压，同过公式：纹 波电流（Iw） = 纹波电压(Uw)/采样电阻（1 欧）1，通过测试，列表如下：表 2 纹波电流测量Tab2: Test of ripple电流值设定（mA）交流毫伏表读（mV）纹波电流（mA）2001.051.035001.021.018000.930.924.总结数控直流电流源可以实现以下功能：1.输出电流范围：20mA2000mA；2.具有“+”、“

8、-”步进调整功能，步进 1mA。3.同时显示电流的给定值和实测值，测量误差的绝对值测量值的 0.1+3 个字；4.改变负载电阻，输出电压在 10V 以内变化时，输出电流变化的绝对值输出电流值的 0.1+1 mA；5.纹波电流2mA； 目前，在电子仪器，设备中经常要用到直流电源，有时要求输出可预置，并当负载在一定范 围内变化时应具有良好的稳定性，而且精度较高。该设计完全符合了这些要求，如果再经过 结构优化，将具有良好的市场前景。参考文献1 康华光.电子技术基础（模拟部分）第五版M.北京:高等教育出版社,1998 2 何桥. 单片机原理及应用(第二版)M 中国铁道出版,2004年 3全国电子设计大

9、赛组委会.全国电子设计大赛获奖作品选（1994-1999）M.北京:北京理工大学出版社 4王顺祺.稳压电源设计（第三版）M. 北京:国防工业出版社,19935谭浩强.C 语言程序设计（第三版）M. 北京:清华大学出版社,2006The Design of Numerical Control Current Source Based OnAT89S52 MicrocontrollerWu Haichao, Wang YangweiCollege of Instrumentation and Electrical Engneering, Jilin University, Changchun（13

10、0026）AbstractWe often need highly stable and precise numerical control current source whose output can be set before in the scientific instruments and electronic equipment .The high-performanced numerical controlcurrent source can improve the performance and stability of the scientific instrument,an

11、d also can shorten the cycle of the design of the products,so it has a good value on the application and economy.The current supply can reduce the output errors that are caused by the ageing of thecomponents ,or the errors that are caused by temperature or other reasaons ,it can output the settedcur

12、rent which can be adjusted from 20mA to 2000mA,it also has the functions of making “+” and “-“ step change and displaying the output current，the hardware circuit is based on the AT89S52 microcontroller，according to the close-cycle control theory, we make the whole circuit a closed loopby adding the

13、reactive circuit,it uses the voltage-controlled current circuit to get the steady flow,and the step is 1mA,the circuit makes voltage-controlled current increase step by step and samples the current value by ADC.then the software will work out the measured value of the current.The system is consistof

14、 keyboard-input、 microcontroller core、voltage-controlled-current output 、display part and so on. The system is stable 、precise、small、easy to operation and has simple and user fiendly interface.Keywords:AT89S52microcontroller; voltage-controlled current; closed-loop control作者简介：吴海超（1987-），男，黑龙江省齐齐哈尔人，本科，现就读于吉林大学，主 要从事仪器、仪表的研究。