单片机数控恒流源的设计与分析研究

白书华

摘要：本系统基于单片机控制，采用按键及LCD显示器作为人机界面的直流数控电源。系统主要由整流滤波电路、输出电流控制模块，LCD显示电流模块以及压控恒流模块。按钮向单片机置数控制DAC0832的输出电流大小，LCD显示当前电流值。本系统通过单片机控制DA输出，使得整个电路系统具有输出电流稳定，步进精度高，控制方便，等特点。

关键词：线性电源；单片机；DAC0832；恒流控制

1数据系统软硬件分析

根据系统要求及论证结果，本系统的系统方框图如图1所示。

系统工作原理：开关电源输出功率大，能够带动大功率负载，通过整流滤波、DC/DC变换给负载提供电压电流。220VAC经过整流滤波、三端稳压块为芯片供电。系统要求输出恒定电流，先对单片机置数，通过按钮控制电流值的加减,LCD显示器显示当前预置的电流值,单片机寄存器存储的数据通过DAC0832芯片D/A转换,输出的电压信号控制效应管8N60导通,场效应管的漏极电流即为恒流源的实际输出电流。场效应管的漏极电流近似于源极电流,源极电流经过采样电阻后转化为电压信号,通过运算放大器反馈到输入端，达到输出电流稳定的效果。

2硬件设计

本系统硬件主要由整流滤波电路、单片机控制、LCD液晶显示、恒流控制等部分组成。

下面介绍各个部分的原理：

（1） 电源电路设计。本系统使用的芯片是STC8052单片机、DAC0832以及OP07芯片，他们分别需要正负5V和正负12V电压。电源通过整流滤波，7812、7805、7912和7905三端稳压块供电，如图2所示。

（2）数模、液晶显示设计。根据系统要求计算,D/A必须达到5位,输出电流范围0mA～1000mA,步进电流大小为50mA,本系统我们采用的是DAC0832,它的数据位为8位，分度达到1/256,满足系统的要求。电流的大小可以通过按钮控制，每当按一次S1按钮时，电流增加50mA,当按一次S2时，电流减小50mA,LCD液晶显示当前电流值。原理如图3所示。

（3）压控恒流源电路设计。压控恒流源是系统的重要组成部分,它的功能是用电压来控制电流的变化,由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高,所以选好压控恒流源电路显得特别重要。采用如下电路：电路原理图如图4所示。该恒流源电路由运算放大器OP07、大功率场效应管8N60、采样电阻R15、负载电阻RL等组成。

电路中调整管采用大功率场效应管8N60。采用场效应管,更易于实现电压线性控制电流,既能满足输出电流最大达到1A的要求,也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时,漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时,满足：Id=f（Ugs）,只要Ugs不变,Id就不变。

在此电路中,R2为取样电阻 ,阻值为0.1欧。运放采用OP07作为电压跟随器,场效应管Id=Is(栅极电流相对很小,可忽略不计) 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因为Io=UI/R2,电路输入电压UI控制电流Io,即Io不随RL的变化而变化,从而实现压控恒流。

3软件设计

程序设计。首先对单片机初始化，1602液晶显示“VOLTAGE:电流值”，然后通过控制按钮设置电流值大小，程序流程图如5所示：

4指标测试

4.1测试方法

将各个模块连接,然后进行预设电流值和实际输出电流值对比测试,记录两者之间的偏差,并进行软件修正。

4.2输出电流范围测试结果如表1（负载电阻R=6Ω）

4.3不同负载输出电流测试结果如表2(输出电流I=500mA)

5结论

经过系统的实验数据测试，整个电路系统实现了输出电流的按键控制，通过按键的加减控制输出电流的大小，而且可以根据需要自动控制当前输出电流的大小，电路系统中包括数电模电单片机等专业基础。整个电路系统具有输出电流稳定度高，输出电流值可设置的特点。

参考文献：

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[2]马洪涛,沙占友,周芬萍.开关电源制作与调试[M].北京:中国电力出版社,2010.

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