基于AT89S52单片机的数控直流源

摘 要：本系统采用AT89S52单片机作为控制核心的直流源，按用户要求输出相应电流值的智能数控直流源，分四个模块设计：单片机控制模块，数模（D/A）转换模块，恒流源模块，输出显示模块。单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，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。

关键词：数控直流电流源；AT89S52；键盘控制

中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0201-01

单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路把具有数据处理能力的微处理器，随机寸取数据存储器，只读程序存储器，输入/输出电路，可能还包括定时/计数器、串行通信口、驱动显示电路、A/D模拟数字转换器、模拟多路转换电路和脉宽调制电路等电路集成到一片芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。

本系统要求设计单片机数控电源，实际上是设计出一个采用单片机作为控制中心，产生数字可调的直流电流源的电路。而设计任务要求其输出电流范围达到200mA～2000mA，并且设置并显示输出电流给定值，使其输出电流与给定值偏差的绝对值小于等于给定值的1%+10mA，步进电流小于等于10mA等。

我们选择89S52单片机，键盘用于设定电流源的数值。键盘为4x4结构。通过4x4键盘输入给定值，由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经D/A输出电压作为恒流源的参考电压，以OP07作为电压跟随器，利用晶体管的平坦输出特性特点得到恒定的电流输出。P口的高四位接键盘的列线，P口的低四位接键盘的行线。

在设计中，采用数模转换器D/A与其右边部分的电路构成恒流源。D/A输出电压作为恒流源的参考电压，采用了高共模抑制比低温漂的直流放大器OP07，因其一般工作在闭环状态只要外接几个电阻即可构成具有深度负反馈的放大器，故可以在反馈性恒流源电路作比较器，使其各项性能指标得到显著提高。我们采用8位D/A转换器DAC0832实现D/A转化得到近似线形电压，为放大器提供基准电压来控制电流放大器产生相应的电流，同时进行电压采样，利用软件对电流进行调节，以达到获取精确电流的目的。利用晶体管具有的平坦输出特性可得到恒流输出。因为跟随器是一种深度的电压负反馈电路，所以可使直流电流源获得良好的稳定性能。软件用MCS-51汇编语言或者C语言编写均可。另外，因单片机系统仅需+15V，+5V直流稳压电源，电源只供单片机完成键盘输入显示，D/A等控制功能。所以普通任何一种直流稳压电源都可满足要求。

本设计控制核心采用89S52单片机。单片机需要在+5V电压工作，采用稳压管技术，利用7805，7815，7915等稳压管，获得+5V，+15V，以便满足单片机以及相应芯片的电压要求。实用恒流源的设计与计算可利用集成运放和三级专业的放大功率调整管2SC5200组成的电路构成电压控制的恒流源，其中运放OP07通过反馈提供基准参考电压，复合管对电流进行放大。OP07是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和漂移。OP07的优良特性使它特别适合作前级放大器，放大微弱信号。使用OP07一般不用考虑调零和频率问题就能满足要求。显示环节上系统设计采用1602液晶作为显示工具。程序开始时，先对液晶初始化，之后，每次先通过控制字制定开始位置，然后写入点阵信息。

为了确保方案的可行性，我们可以利用计算机硬件仿真模拟软件对该模块进行仿真，模拟观察该模块的工作情况，模拟确定推测的方案的可行性程度。经过模拟发现OP07集成运放能满足小电阻负载小电流的情况，但是一旦电流输出超出2A，电流的线性几乎不存在了，显然一路电流不能够满足电流源的要求，于是我们利用简单的电路并联电流相加原理，同时使用两个模块供电，这样每个模块只需要分担一半的工作量，一方面实现了大电流要求，另一方面，避免了单独电路模块不能长时间稳定工作的缺陷，利用软件仿真后，仿真效果与理论分析符合得很好。

在做键盘/显示器接口电路时，我们采取常用的4*4矩阵键盘模式直接与单片机I/O相连扫描确定输入信息。LCD模块采用串行输入。电路设计中使用4*4键盘模块，使用中断模式与单片机进行通讯，以节省IO口的使用。LCD有并行通讯和串行通讯两种通讯方式，并行方式响应速度比较快，不过，要占用比较多的IO资源，串行方式虽然速度相对来说比较慢，但是本系统对实时性要求并不是很高，完全可以采用串行通讯方式。键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，送到数模转换器（DAC0832），再送到恒流源模块，实现数字量对电流的控制。

从实际价格和方便编程两方面考虑，电路没有采用12位AD精确，而是采用DAC0832数模转换模块。系统以AT89S52单片机为工作核心部分，利用DA转换控制电压调制电流输出模块电路工作在线性条件下，输出步进一致递增，实现前端开关电源供电后在输出端稳恒输出。系统流程图以菜单显示为主线，由初始化、预值判断、主菜单以及子菜单组成。如图1（工作流程图）。另外做单片机数控直流源，必须考虑电源的滤波措施。在电路的电源部分、DA输出、及采样电阻后等的几个关键部分，添加了相应的滤波电容以做到很好的滤掉有害纹波部分。

参考文献：

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