浅谈基于单片机的数控直流电流源设计与仿真论文

2017-03-20

浅谈基于单片机的数控直流电流源设计与仿真全文如下：

在现代测控技术中普遍使用数控电源，由于普通电源在工作时会产生的误差，系统的精确度受到了影响。数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以升级。微型单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了很好的发展条件，数控直流电流源是一种普遍使用的电子仪器，广泛应用于现代的教学实验和科学研究等领域。

1、方案

数控直流电源设计采用单片机作为核心控制，基本原理简单，实现比较方便，电源的电流值也可以调整到较精确的数值，同样的也是采用LCD 进行显示。此方案采用保持电阻恒定而改变输入电压的方法来改变电流的大小。利用高精度D/A 转换器在单片机程序控制下提供可变的高精度的基准电压，该基准电压经过V/I 转换电路得到电流，再通过A/D 转换器将输出电流反馈至单片机进行比较，调整D/A 的输入电压，从而达到数控的目的。该方案的难点在于稳定恒流源的设计和高精度电流检测电路的设计。特点是可精确的控制电流的步进量，负载变化对电流输出的影响较小。

2、硬件设计

2.1单片机最小系统

(1) AT89S52 单片机。AT89S52 单片机是系统的核心部件，它是一种带8KB 可擦除只读存储器的低电压，高性能的单片机。AT89S52 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此单片机共有4 个8 位的并行双向I/O 口，分别记作P0、P1、P2、P3。在本设计中P1 口只作为通用数据I/O 口使用，所以在电路结构上与P0 口有些不同。P2 口地址为A0H, 位地址为A0H~A7H。P2 口既可以作为系统高位地址线使用，也可以为通用I/O 口使用，所以P2 口电路逻辑与P0 口类似。这里面使用的是P3的第二功能信号。

(2)键盘模块。键盘模块使用的是4×4 键盘，这种键盘是行列扫描方式，它具有当按键较多时可降低占用单片机的I/O 口数目等优点，而且可以做到不必步进就能直接输入电流值。本方案的设计要求是按键的次数比较多结合该按键的优点，所以采用此种键盘，它可以对0 ～ 9 数字输入、“+”、“-”、“OK”、“SET”、“DEL”、“RESET/ON”等功能的实施。

(3)显示模块。使用LCD 液晶显示，LCD 具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，且设计简单等特点，芯片名称是 LM016L，该模块采用HD44780 作为驱动器驱动。

3、仿真分析

3.1输出电流范围的仿真

该方案的程序设计电流输出范围上限为20 ～ 2000mA，电压值限定了小于10V, 如果给定值在量程内时显示“OK!”;当给定值超过量程时将显示“ERROR! RESET!”。仿真时，如果在范围内，则可以任意输入4 位数字，若不在范围里，则系统显示“ERROR!RESET!”报警。

3.2步进调整仿真

在步进调整仿真，通过加减按钮进行1mA 步进调整，可观察到显示器的显示结果。通过键盘DEL 键可以修改上一步输错的数字。

3.3输出电流仿真

仿真最低电流200mA 负载电阻为2.0 时的状态，根据显示器显示内容可知，设定输出电流值为200mA，实测电流值为201mA，输出电压为0.400V，负载电阻为2.0，都满足设计要求。

4、总结

这款数控直流电流源是以单片机系统为核心而设计制造出来的，具有电路简单，结构紧凑，价格低廉，可靠性高等优点，而且单片机具有精确的计算和控制功能，从而能够减少和排除各种误差的产生，高效的提高稳压电源输出电压精度。利用仿真技术可以在设计中调试电路，这样就为做成实物提供了很大的便利，同时节约了开发成本。经过实验证明本设计是可行的，并能够做成实物。

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