1、- 1 -数控直流电流源 摘要:本设计由三个部分组成，键盘与显示，基于单片机的控制器，稳流电源。以 89C52 为主控单元，以数模转换器 DAC0832 输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块 LM350K 的输出电压大小，设计实用，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 H
2、D7279，achieve the aim to control the output current. - 2 -一、方案论证与比较1、电源部分（1）开关电源采用单极开关电源，由 220V 交流整流后，经开关电源稳压输出。该方案的优点是电路的效率较高，可以达到 70%80%，在电联接较好的情况下效率可以达到 90%左右。但是此方案产生的直流纹波和干扰较大，而且开关电源结构复杂，在以后的电路中很难加以控制，很可能造成设计的失败和技术参数的超标，鉴于时间和电路可靠性的考虑没有选择这套方案。（2）线性电源交流电压经桥式电路整流滤波输出，直接进入稳流电路。这种方案的优点是，电路简单，容易实现，并且调
3、试起来比较方便，只是功率损耗稍大，但是在这种小型非连续工作电源中这些功率损耗可以承受。2、稳流部分（1）内环反馈在稳流部分加入一个负反馈，在 DAC0832 输出电压值之后与LM350K 输出电压相比较，使其产生误差信号，运用负反馈原理降低误差，使输出性能较理想。电路连接图如图 1 所示：M C UD / A 转换 基准电压源- 3 -图 1 内环反馈（2）双闭环控制在内环反馈基础上再加上一个外部的负反馈。如图 2 所示，即把输出后电压值经过 A/D 转换之后，再与 D/A 转换之前的电压值相比较，然后经过内环反馈，即经过了两次负反馈过程。理论上讲这种方案比单独内环反馈要更精确，但我们在实际调
4、试中已经调试通过了单片机软硬件及算法的设计，但经过比较，我们觉得在本系统没有必要再加上外环控制。所以本设计选用了内环单独控制。M C UD / A 转换A / D 转换基准电压源图 2 双闭环控制二、主要元器件选择1、HD7279A 与 82798279 单个芯片就能实现键盘输入管理和 LED 显示控制两种功能。但是 8279 的局限性是，对于 LED 显示没有驱动功能，需要外接显示驱动电器，增加了电路的复杂性；且占用并行接口口线较多。本系统采用 HD7279A 代替 8279，取得了很好的效果。这种芯片不仅能实现 8279 的大部分功能，而且解决了它的不足。HD7279A 的主要功能：同时驱
5、动 8 位共阴式七段 LED 数码管（或- 4 -64 只独立的 LED），提供了两种译码方式和消隐、闪烁、移位等多种控制功能，能管理多达 64 键的键盘矩阵，采用串行接口，节约单片机的 IO 口线，特别适用于内嵌 ROM 的单片机不作总线扩展，仅使用片上的 IO 接口的情况。这样，既节省了布线空间，又简化了电路设计，使仪表的进一步微型化成为可能。 图 3 单片机与 HD7279A 的连接电路2、LM317 与 LM350KLM317 在输出电压范围为 1.237V 时可以提供 1.5A 的电流，本产品要求的最大电流为 2A，所以必须用两个 LM317 并联，但是由于并联后两个 LM317 工
6、作电流负载不均衡，使电路稳定性降低。鉴于以上原因，本设计采用了单片 LM350K。LM350K 可以提供最大为 5A 电流，满足本设计要求，而且不存在两片芯片同时运行中所产生的不同步问题，故性能比较优良，且电路稳定性提高。本主电路的原理是通过 MCU 控制 D/A 的输出电压大小，通过放大器放大，给电压模块作为最终输出的参考电压，真正的电压，电流还是由电压模块 LM350K 输出。为了达到 2A 的输出电流，LM350K必须选用金属外壳封装，并且带稍大面积的散热片3、DAC0832P1.4P1.5P1.6P1.789C52CSCLKDATAKEYHD7279A- 5 -为了实现对输出电流的数字
7、控制，该设计选用了DAC0832。 DAC0832 是一款常用的数模有两种连接模式，一种是电压输出模式，另外一种是电流输出模式，为了设计的方便，选用电压输出模式，引脚 Iout1 和 Iout2 之间接一参考电压。它有三种工作方式：不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。电路采用双缓冲模式，由于/WR2=/XFER=0，DAC 寄存处于直通状态。又由于 ILE=1，故只要在选中该片（/CS=0）的地址时，写入（/WR=0）数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至 DAC 寄存器，经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束，/WR1 和/CS 立即变为高电
8、平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。三 、电路设计1、键盘与显示部分本部分选用 HD7279A，该芯片单片就可以完成 LED 显示，实现键盘接口的全部功能。通过键盘输入电流给定值（程序设定最小值 20mA,最大值 2000mA） ，运行程序后，液晶显示器前四位显示实际输出值（此功能通过 ADC0809 转换实现） ，后四位显示给定值。本部分电路图如图 4 所示：- 6 -图 4 键盘显示部分电路2、控制部分采用常用的 89C52 芯片作为控制器，P0 口和 DAC0832 的数据口直接相连，D/A 的/CS 接 P2.3，/WR2 和/WR2 接 P3.6 接地，让D/A 工作
9、在双缓冲方式下。通过调节可调电阻调节 LM350K 的输出电压为 5.12V，所以在 DAC 的 8 脚输出电压的分辨率为5.12V/256=0.02V，也就是说 DA 输入数据端每增加 1，电压增加0.02V。D/A 的电压输出端接放大器 OP07CP 的输入端，放大器的放大倍数为 10，输出到电压模块 LM350K 的电压分辨率为0.02V10=0.2V。所以，当 MCU 输出数据增加 1 的时候，最终输- 7 -出电压增加 10mA，当调节电流的时候，可以以每次 10mA 的梯度增加或者降低电压。电路图如下：- 8 -3、电源部分该部分输入电流为 220-240V，频率为 50Hz，经过
10、变压器E66X32-A15 降压为 15V，经过 RS507L 电路桥变为直流。图中 0.5 的两电阻用于电压采样，LM350K 用于电压的调节与输出。给定值经过 DAC0832 数模转换控制电流输出，后经 HA17741I-V 变换控制电压输出，后经 OP07CP 的电压比较反馈给 LM350K 进行调整。电路图如下： 四、结果分析与调试1、输出电流范围：20mA2000mA ，并且特别设置了限制功能，键盘输入在 20mA 以下或者 2000mA 以上无法进行输入，保证了系统的安全，达到了本题目发挥部分的要求。2、可以通过键盘来设置输出电流给定值，并且可以同时显示实- 9 -测值，本系统中没
11、有采用外闭环，为了验证我们已实现了该项功能，将 A/D 直接连在 D/A 上，显示数值正确。在 20mA2000mA 的范围内不会出现输出电流大于给定值的 1%+10mA 的情况，完全符合设计要求。如下表：3、本设计具有非常突出的“+ ”， “-”步进功能，可以单独步进1mA， 10mA，100mA，使步进调整过程更加快捷方便，而且在任何情况下不会超出设定值的上下限。4、改变负载电阻，当输出电压在 10V 以内变化时，输出电流值的变化与输出电流值的大小比较如下，满足设计的要求，并且电流值变化很小，达到了很高的精度，下表为输出电流是 1000mA 时测量值：次数 1 2 3 4 5 6 单位电阻
12、值 1 3 5 7 9 12 测量值 0.2484 0.2488 0.2489 0.2491 0.249 0.2496 V电流值 0.9936 0.9952 0.9956 0.9964 0.998 0.9984 A符合指标要求。5、芯片的供电部分是基本的电源电路，没有必要自制，处于时次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 单位给定值 2000 1800 1600 1200 800 400 200 50 20 mA测量值 0.4979 0.4489 0.3995 0.2984 0.202 0.1002 0.0544 0.012 0.0048 V电流值 1991.6 1795.6 1598 11
13、93.6 808 400.8 217.6 49.2 19.2 mA偏差值 8.4 4.4 2 6.4 -8 -0.8 -17.6 0.8 0.8 mA给定值1%+10mA 30 28 26 22 18 14 12 10.5 10.2 mA- 10 -间因素考虑，用成品电源。恒流源部分是由可调式线性稳压块结合闭环控制而制成的，具有精度高，线性性能好等特点。五、结语该数控电压源经过时间实际使用说明，具有精度高，使用方便，硬件电路简单等特点。如果要做成产品，还需要增加电流测量和显示部分，对这部分电路请参考相关资料。本文主要对如何控制功率输出电压大小做出个例子，该电路对测量领域，以及马达调速方面都可以扩展使用。
