AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流電流源

1、數(shù)控直流電流源摘要: 本設(shè)計(jì)由三個(gè)部分組成，鍵盤與顯示，基于單片機(jī)的控制器，穩(wěn)流電源。以89C52為主控單元，以數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832輸出參考電壓，以該參考電壓控制電壓轉(zhuǎn)換模塊LM350K的輸出電壓大小，設(shè)計(jì)實(shí)用，精度高。Abstract: This design is consisted of three elements, The controller based on microintrollers 89C52，Keyboard and display，Stable electric current source. The 51 synthesized with HD7279，achi

2、eve the aim to control the output current. 一、方案論證與比較1、電源部分（1）開關(guān)電源采用單極開關(guān)電源，由220V交流整流后，經(jīng)開關(guān)電源穩(wěn)壓輸出。該方案的優(yōu)點(diǎn)是電路的效率較高，可以達(dá)到70%80%，在電聯(lián)接較好的情況下效率可以達(dá)到90%左右。但是此方案產(chǎn)生的直流紋波和干擾較大，而且開關(guān)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在以后的電路中很難加以控制，很可能造成設(shè)計(jì)的失敗和技術(shù)參數(shù)的超標(biāo)，鑒于時(shí)間和電路可靠性的考慮沒有選擇這套方案。（2）線性電源交流電壓經(jīng)橋式電路整流濾波輸出，直接進(jìn)入穩(wěn)流電路。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是，電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，并且調(diào)試起來比較方便，只是功率損耗稍大，但是

3、在這種小型非連續(xù)工作電源中這些功率損耗可以承受。2、穩(wěn)流部分（1）內(nèi)環(huán)反饋 在穩(wěn)流部分加入一個(gè)負(fù)反饋，在DAC0832輸出電壓值之后與LM350K輸出電壓相比較，使其產(chǎn)生誤差信號(hào)，運(yùn)用負(fù)反饋原理降低誤差，使輸出性能較理想。電路連接圖如圖1 所示： 圖1 內(nèi)環(huán)反饋（2）雙閉環(huán)控制 在內(nèi)環(huán)反饋基礎(chǔ)上再加上一個(gè)外部的負(fù)反饋。如圖2 所示，即把輸出后電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后，再與D/A轉(zhuǎn)換之前的電壓值相比較，然后經(jīng)過內(nèi)環(huán)反饋，即經(jīng)過了兩次負(fù)反饋過程。理論上講這種方案比單獨(dú)內(nèi)環(huán)反饋要更精確，但我們?cè)趯?shí)際調(diào)試中已經(jīng)調(diào)試通過了單片機(jī)軟硬件及算法的設(shè)計(jì)，但經(jīng)過比較，我們覺得在本系統(tǒng)沒有必要再加上外環(huán)控制。所以

4、本設(shè)計(jì)選用了內(nèi)環(huán)單獨(dú)控制。圖2 雙閉環(huán)控制二、主要元器件選擇1、HD7279A與82798279單個(gè)芯片就能實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入管理和LED顯示控制兩種功能。但是8279的局限性是，對(duì)于LED顯示沒有驅(qū)動(dòng)功能，需要外接顯示驅(qū)動(dòng)電器，增加了電路的復(fù)雜性；且占用并行接口口線較多。本系統(tǒng)采用HD7279A代替8279，取得了很好的效果。這種芯片不僅能實(shí)現(xiàn)8279的大部分功能，而且解決了它的不足。HD7279A的主要功能：同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式七段LED數(shù)碼管（或64只獨(dú)立的LED），提供了兩種譯碼方式和消隱、閃爍、移位等多種控制功能，能管理多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，采用串行接口，節(jié)約單片機(jī)的IO口線，特別適用于內(nèi)嵌

5、ROM的單片機(jī)不作總線擴(kuò)展，僅使用片上的IO接口的情況。這樣，既節(jié)省了布線空間，又簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，使儀表的進(jìn)一步微型化成為可能。 CSCLKDATAKEYHD7279A P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 89C52圖3 單片機(jī)與HD7279A的連接電路2、LM317與LM350K LM317在輸出電壓范圍為1.237V時(shí)可以提供1.5A的電流，本產(chǎn)品要求的最大電流為2A，所以必須用兩個(gè)LM317并聯(lián)，但是由于并聯(lián)后兩個(gè)LM317工作電流負(fù)載不均衡，使電路穩(wěn)定性降低。 鑒于以上原因，本設(shè)計(jì)采用了單片LM350K。LM350K可以提供最大為5A電流，滿足本設(shè)計(jì)要求，而且不存在兩片芯片同時(shí)運(yùn)行

6、中所產(chǎn)生的不同步問題，故性能比較優(yōu)良，且電路穩(wěn)定性提高。本主電路的原理是通過MCU控制D/A的輸出電壓大小，通過放大器放大，給電壓模塊作為最終輸出的參考電壓，真正的電壓，電流還是由電壓模塊LM350K輸出。為了達(dá)到2A的輸出電流，LM350K必須選用金屬外殼封裝，并且?guī)源竺娣e的散熱片3、DAC0832 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的數(shù)字控制，該設(shè)計(jì)選用了DAC0832。DAC0832是一款常用的數(shù)模有兩種連接模式，一種是電壓輸出模式，另外一種是電流輸出模式，為了設(shè)計(jì)的方便，選用電壓輸出模式，引腳Iout1和Iout2之間接一參考電壓。它有三種工作方式：不帶緩沖工作方式，單緩沖工作方式，雙緩沖工作方式。

7、電路采用雙緩沖模式，由于/WR2=/XFER=0，DAC寄存處于直通狀態(tài)。又由于ILE=1，故只要在選中該片（/CS=0）的地址時(shí)，寫入（/WR=0）數(shù)字量，則該數(shù)字信號(hào)立即傳送到輸入寄存器，并直通至DAC寄存器，經(jīng)過短暫的建立時(shí)間，即可以獲得相應(yīng)的模擬電壓，一旦寫入操作結(jié)束，/WR1和/CS立即變?yōu)楦唠娖剑瑒t寫入的數(shù)據(jù)被輸入寄存器鎖存，直到再次寫入刷新。三 、電路設(shè)計(jì)1、鍵盤與顯示部分本部分選用HD7279A，該芯片單片就可以完成LED顯示，實(shí)現(xiàn)鍵盤接口的全部功能。通過鍵盤輸入電流給定值（程序設(shè)定最小值20mA,最大值2000mA），運(yùn)行程序后，液晶顯示器前四位顯示實(shí)際輸出值（此功能通過AD

8、C0809轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)），后四位顯示給定值。本部分電路圖如圖4 所示：圖4 鍵盤顯示部分電路2、控制部分采用常用的89C52芯片作為控制器，P0口和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連，D/A的/CS接P2.3，/WR2和/WR2接P3.6接地，讓D/A工作在雙緩沖方式下。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)LM350K的輸出電壓為5.12V，所以在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為5.12V/256=0.02V，也就是說DA輸入數(shù)據(jù)端每增加1，電壓增加0.02V。D/A的電壓輸出端接放大器OP07CP的輸入端，放大器的放大倍數(shù)為10，輸出到電壓模塊LM350K的電壓分辨率為0.02V×10=0.2V。所以，當(dāng)M

9、CU輸出數(shù)據(jù)增加1的時(shí)候，最終輸出電壓增加10mA，當(dāng)調(diào)節(jié)電流的時(shí)候，可以以每次10mA的梯度增加或者降低電壓。電路圖如下：3、電源部分該部分輸入電流為220-240V，頻率為50Hz，經(jīng)過變壓器E66X32-A15降壓為15V，經(jīng)過RS507L電路橋變?yōu)橹绷?。圖中0.5 的兩電阻用于電壓采樣，LM350K用于電壓的調(diào)節(jié)與輸出。給定值經(jīng)過DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換控制電流輸出，后經(jīng)HA17741I-V變換控制電壓輸出，后經(jīng)OP07CP的電壓比較反饋給LM350K進(jìn)行調(diào)整。電路圖如下： 四、結(jié)果分析與調(diào)試1、輸出電流范圍：20mA2000mA，并且特別設(shè)置了限制功能，鍵盤輸入在20mA以下或者200

10、0mA以上無法進(jìn)行輸入，保證了系統(tǒng)的安全，達(dá)到了本題目發(fā)揮部分的要求。2、可以通過鍵盤來設(shè)置輸出電流給定值，并且可以同時(shí)顯示實(shí)測(cè)值，本系統(tǒng)中沒有采用外閉環(huán)，為了驗(yàn)證我們已實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)功能，將A/D直接連在D/A上，顯示數(shù)值正確。在20mA2000mA的范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)輸出電流大于給定值的1%+10mA的情況，完全符合設(shè)計(jì)要求。如下表：次數(shù)123456789單位給定值20001800160012008004002005020mA測(cè)量值0.49790.44890.39950.29840.2020.10020.05440.0120.0048V電流值1991.61795.615981193.6808400

11、.8217.649.219.2mA偏差值8.44.426.4-8-0.8-17.60.80.8mA給定值1%+10mA3028262218141210.510.2mA3、本設(shè)計(jì)具有非常突出的“+”，“-”步進(jìn)功能，可以單獨(dú)步進(jìn)1mA，10mA，100mA，使步進(jìn)調(diào)整過程更加快捷方便，而且在任何情況下不會(huì)超出設(shè)定值的上下限。4、改變負(fù)載電阻，當(dāng)輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，輸出電流值的變化與輸出電流值的大小比較如下，滿足設(shè)計(jì)的要求，并且電流值變化很小，達(dá)到了很高的精度，下表為輸出電流是1000mA 時(shí)測(cè)量值：次數(shù)123456單位電阻值1357912測(cè)量值0.24840.24880.24890.24

12、910.2490.2496V電流值0.99360.99520.99560.99640.9980.9984A符合指標(biāo)要求。5、芯片的供電部分是基本的電源電路，沒有必要自制，處于時(shí)間因素考慮，用成品電源。恒流源部分是由可調(diào)式線性穩(wěn)壓塊結(jié)合閉環(huán)控制而制成的，具有精度高，線性性能好等特點(diǎn)。五、結(jié)語(yǔ)該數(shù)控電壓源經(jīng)過時(shí)間實(shí)際使用說明，具有精度高，使用方便，硬件電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。如果要做成產(chǎn)品，還需要增加電流測(cè)量和顯示部分，對(duì)這部分電路請(qǐng)參考相關(guān)資料。本文主要對(duì)如何控制功率輸出電壓大小做出個(gè)例子，該電路對(duì)測(cè)量領(lǐng)域，以及馬達(dá)調(diào)速方面都可以擴(kuò)展使用。附：程序流程圖/include#include<math.

13、h>#include<absacc.h>#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define valve 10/sbit dat = P35;/sbit key = P32;/sbit cls = P34;/sbit clk = P33;sbit dat = P14;sbit key = P15;sbit cls = P16;sbit clk = P17;sbit DQ = P10;sbit ad_busy =P33;uchar A4=0,2,0,0;uchar a

14、rrAD4=0,0,0,0;uchar AIndex=0;uchar xdata *da=0xA000;uchar xdata *ad=0x9FF8;uchar adin()uchar i=0;*ad=0;i=1;/for delayi=1;/for delayi=1;/for delaywhile(ad_busy=1);return *ad;void delay(int num)while(num-);void delay50us(uint num)uint i,j;for(i=0;i<num;i+)for(j=0;j<6;j+);void senddata(uchar data

15、1)uchar tempdata,i;tempdata=data1;cls=0;delay50us(1);for(i=0;i<8;i+)dat=(tempdata & 0x80)>>7;clk=1;tempdata=tempdata<<1;delay(1);clk=0;delay(1);dat=0;uchar keyscan()uchar i,tempdata=0;if(key=0)senddata(0x15);dat=1;delay50us(1);for(i=0;i<8;i+)clk=1;delay(1);tempdata=(tempdata<

16、;<1) | dat;clk=0;delay(1);dat=0;return tempdata;elsereturn 0xFF;/一些列的延時(shí)函數(shù),都是在晶振頻率為12MHz的情況下使用的void delay1ms(uint num)uint i;while(num-!=0)&&(keyscan()=0xFF)for(i=0;i<72;i+);void initkey()P1=0xFF;delay1ms(25);senddata(0xA4);cls=1;/setup at startupvoid Mission1()uchar key1=0;uchar tmpA4=

17、0,0,0,0;uint tmp=0;A0=0;A1=2;A2=0;A3=0;AIndex=0;/send 0 to DA*da=10;while(key1!=0x05) /show 1D 0200senddata(0xCF);senddata(0x01);/display "1" in the 8thsenddata(0xCE);senddata(0x0D);/display "d" in the 7thsenddata(0x85);senddata(0x0F);/display " " in the 6thsenddata(0x8

18、4);senddata(0x0F);/display " " in the 5thsenddata(0x83);senddata(A3);/display thousand in the 4thsenddata(0x82);senddata(A2);/display hundred in the 3thsenddata(0x81);senddata(A1);/display ten in the 2thsenddata(0x80);senddata(A0);/display one in the 1thsenddata(0x88);senddata(0x01<<

19、AIndex);/flashkey1=keyscan();if(key1!=0xFF)while(keyscan()!=0xFF);tmpA0=A0;tmpA1=A1;tmpA2=A2;tmpA3=A3; switch(key1)case 1:/add 1if(tmpAAIndex=9)tmpAAIndex=0;elsetmpAAIndex=tmpAAIndex+1;tmp=tmpA3*1000+tmpA2*100+tmpA1*10+tmpA0;if(tmp<=2000)&&(tmp>=20)AAIndex=tmpAAIndex;break;case 2:/minu

20、s 1if(tmpAAIndex=0)tmpAAIndex=9;elsetmpAAIndex=tmpAAIndex-1;tmp=tmpA3*1000+tmpA2*100+tmpA1*10+tmpA0;if(tmp<=2000)&&(tmp>=20)AAIndex=tmpAAIndex;break;case 3:/move leftif(AIndex=3)AIndex=0;elseAIndex=AIndex+1;break;case 4:/move rightif(AIndex=0)AIndex=3;elseAIndex=AIndex-1;break;void Mis

21、sion2()uchar key1=0;uchar cAD=0;uint iAD=0;uint iDA=0;uchar cDA=0;uchar cSendDA=0;senddata(0x88);senddata(0xFF);/stop flash*da=1;/send 10 to DA when the program start run.cSendDA=A3*100+A2*10+A1+(A0>=5)?1:0);while(key1!=0x05) /get AD0 and show in the 8765 LEDdelay1ms(500);cAD=adin();/cAD=cDA;/iAD

22、=(int)(int)cAD/255*2000);/去抖動(dòng)/*iAD=arrAD3*1000+arrAD2*100+arrAD1*10+arrAD0;if(abs(iAD-(int)cAD*10)>valve)iAD=cAD*10;arrAD3=(uchar)(iAD/1000);iAD=iAD%1000;arrAD2=(uchar)(iAD/100);iAD=iAD%100;arrAD1=(uchar)(iAD/10);iAD=iAD%10;arrAD0=(uchar)iAD;*/iAD=cAD*10;arrAD3=(uchar)(iAD/1000);iAD=iAD%1000;arrA

23、D2=(uchar)(iAD/100);iAD=iAD%100;arrAD1=(uchar)(iAD/10);iAD=iAD%10;arrAD0=(uchar)iAD;/show AD in 8765 LEDsenddata(0x87);senddata(arrAD3);/display thousand in the 8thsenddata(0x86);senddata(arrAD2);/display hundred in the 7thsenddata(0x85);senddata(arrAD1);/display ten in the 6thsenddata(0x84);senddat

24、a(arrAD0);/display one in the 5thsenddata(0x83);/show setting in 4321 LEDsenddata(A3);/display thousand in the 4thsenddata(0x82);senddata(A2);/display hundred in the 3thsenddata(0x81);senddata(A1);/display ten in the 2thsenddata(0x80);senddata(A0);/display one in the 1thif(cAD<(A3*100+A2*10+A1+(A

25、0>=5?1:0)if(cSendDA<230)cSendDA=cSendDA+1;else if(cAD>(A3*100+A2*10+A1+(A0>=5)?1:0)if(cSendDA>1)cSendDA=cSendDA-1;/send to DAiDA=A3*1000+A2*100+A1*10+A0;/iDA=A3*100+A2*10+A1;/cDA=iDA/2000*255;/cDA=A3*100+A2*10+A1;*da=cSendDA;key1=keyscan();if(key1!=0xFF)while(keyscan()!=0xFF); switch(

26、key1)case 1:/add 1mAif(iDA<=1999)iDA=iDA+1;A3=(uchar)(iDA/1000);iDA=iDA%1000;A2=(uchar)(iDA/100);iDA=iDA%100;A1=(uchar)(iDA/10);iDA=iDA%10;A0=iDA;cSendDA=A3*100+A2*10+A1+(A0>=5)?1:0);break;case 2:/minus 1mAif(iDA>=21)iDA=iDA-1;A3=(uchar)(iDA/1000);iDA=iDA%1000;A2=(uchar)(iDA/100);iDA=iDA%100;A1=(uchar)(iDA/10);iDA=iDA%10;A0=iDA;cSendDA=A3*100+A2*10+A1+(A0>=5)?1: