1、摘要傳統的多功能直流穩壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通直流穩壓電源品種很多但均存在以下問題：輸出電壓是通過粗調（波段開關)及細調(電位器)來調節。本設計是一種可預置輸出，步進調整，數字顯示的數控直流電流源。是以AT89C51為核心設計而成，經仿真，其步進為7mA。系統具有功耗低、性能可靠、結構簡單等優點。關鍵字：數控，直流源，步進數控直流電流源的設計與實現1、引言直流穩壓電源是電子技術常用的設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域。傳統的多功能直流穩壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通直流穩壓電源品種很多但均存在以下問題

2、：輸出電壓是通過粗調（波段開關)及細調(電位器)來調節。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內改變時（如 1.02103V)，困難就較大。那么直流穩壓電流源就是在直流穩壓電壓源的基礎上進行適當改造，不但繼承了穩壓源的優點，還有自己獨特的方面。2、系統硬件設計2.1、系統總體框圖本系統是以AT89C51 單片機為核心控制器，具有電壓可預置、可步進調整、輸出的電流信號和預置的電流信號可同時顯示的數控直流電源。系統由AT89C51 控制電路、鍵盤電路、電源電路、D/A 電路、功放電路、穩壓輸出電路、電壓轉換電流電路、LED 顯示電路八部分組成。系統通過“開關”、“+”、“-”三個按鍵來控

3、制預置電流的升降，并通過數碼管顯示。AT89C51 單片機送出相應的數字信號，在D/A 轉換之 后輸出電流，經集成運放LM358 轉換、三極管放大、RC 網絡濾波，最終穩定。同時由LED 數碼管顯示輸出電流；由數字萬用表測量實測值。另外，單片機送出來的是數字信號，經過DA電路后轉換成電壓模擬信號，然后需要經過一個電壓電流轉換器，將電壓轉換成對應的電流，從而成為一個數控直流電流源。系統的硬件原理框圖如圖1所示，89c51最小系統“+” “-”按鍵預置電流顯示電源電路DAC0808電流源圖12.2、數控部分（用proteus與keil結合仿真）主要由AT89C51 最小系統控制，它要完成鍵盤控制、

4、預置電壓顯示控制等功能，由鍵盤和數碼管（由于proteus中沒有三位連一起的數碼管，所以仿真采用了4位的）共同來完成數控部分。即上電之后，數碼管首先顯示0，然后按鍵“+”，并用萬用表測輸出端電流大小，數碼管所顯示的應與萬用表讀數一致，同理按鍵“-”也是如此。復位按鍵按下去后，數碼管清零，輸出端電流也為0。單片機的最小系統應該包括晶振電路和復位電路，晶振電路是單片機的心臟，只有合適的晶振才能使單片機起振并正常工作。復位電路可以使單片機恢復的上電之后的初始狀態，以方便測試。獨立鍵盤是單片機的一個輸入，而數碼管是單片機的一個輸出，輸入與輸出之間通過單片機內部電路和C程序聯系起來，從而達到按鍵與數碼管

5、顯示同步，即數控的目的。Proteus是一款強大的單片機仿真軟件，其含有豐富的IC庫和MCU庫，含有單片機所有的輸入硬件與輸出硬件，只要是正確的電路和正確的程序，都可以仿真出來所需要的結果。數控部分電路如圖2所示，圖2單片機P2口接共陰數碼管的8段（包含小數點）；P10、P11、P12接數碼管的位選，分別控制對應的數碼管亮或者滅；P002口分別接三個按鍵，KEY1按鍵控制復位，KEY2按鍵控制加，KEY3按鍵控制減。需要注意的是P0口在接的時候必須接上拉電阻，大小1-10K均可以，此處接為1K，上拉電阻接Vcc，三個按鍵接地。2.3、電源部分電源部分輸入220V、50Hz 交流電，輸出全機所需

6、的三種電壓：+5V、+12V、-12V。其中+5V用來給單片機供電以及DA芯片供電；正負12V用來給運放供電。2.3.1、+5V電源（用multisim仿真）+5V電源電路圖如圖3所示圖3圖中，XFG1是信號發生器，應設置為220V，50HZ的交流電（峰峰值為380V），如圖4圖4圖4經過變壓器后，變為約9V的交流電，而后經過一個全橋整流，交流電變為脈沖直流。在進入三端穩壓器LM7805之前，經過極性電容C1，其作用仍是將交流電變為直流電，然后經過三端穩壓器變為直流電壓，輸出端接了電容C2，用以改善負載的瞬態響應，消除電路的高頻噪聲，同時也具有消振作用，由于C2較大（110uF），其優點是可以

7、提高穩壓電源的脈沖響應，輸出較大的脈沖電流。其仿真結果如圖5圖52.3.2、正負12V電源電路圖如圖6，圖6該圖是產生正負12V雙電源的電路原理圖，采用的是LM7812和LM7912的集成穩壓芯片組成的具有同時輸出正負12V的穩壓電路。該電路對稱性好，溫度特性也近似一致。電源輸出端接有保護二極管D1和D2.如果不接保護二極管，LM7812輸出電壓通過負載加到7912的輸出端，必將7912燒毀。在正常工作情況下，D1和D2均處于截止狀態，不影響電路的工作。 其仿真過程和情況與上述5V的大致一樣，這里不再贅述。2.4、輸出電流源2.4.1、輸出電壓源由單片機送出來的數字信號經過DA芯片轉好之后成為

8、模擬信號，然后經過一個運算放大器放大為電壓信號，這部分電路圖如圖7所示圖7其中，A1-A8是數據的輸入端，V0是輸出電壓端。對于DAC0808這個芯片來說，V0=VREF（A1/2+A2/4+A8/256），此處VREF采用正負12V電源中的正12V電源即可。因此V0最大輸出電壓約為12V。2.4.2、電壓源轉換成為電流源電路如圖8圖8由圖可見，電路中的主要元件為一運算放大器LM358和三極管及其他輔助元件構成，V0為偏置電壓，Vin為輸入電壓即待轉換電壓，R 為負載電阻。其中運算放大器起比較器作用，將正相端電壓輸入信號與反相端電壓V-進行比較，經運算放大器放大后再經三極管放大，射級電流Ie作

9、用在電位器Rw上，由運放性質可知：V-= IeRw= (1+ k)IbRw (k為BG9013的放大倍數) 流經負荷R 的電流Io即集電極電流等于kIb。令R1=R2，則有V0+Vm= V+= V-= (1+k)IbRw= (1+1/k)IoRw，其中k1，所以Io (Vo+Vin)/Rw。 由上述分析可見，輸出電流Io的大小在偏置電壓和反饋電阻Rw為定值時，與輸入電壓Vin成正比，而與負載電阻R 的大小無關，說明了電路良好的恒流性能。改變V0的大小，可在Vin=0時改變Io的輸出。在V0一定時改變Rw的大小，可以改變Vin與Io的比例關系。由Io(V0+Vi)/Rw 關系式也可以看出，當確定

10、了Vin 和Io之間的比例關系后，即可方便地確定偏置電壓V0和反饋電阻Rw。例如將05V 電壓轉換成05mA的電流信號，可令V0=0，Rw=1k，其中Vo=0相當于將其直接接地。若將05V電壓信號轉換成15mA電流信號，則可確定V0=1.25V，Rw=1.25k。同樣若將420mA 電流信號轉換成15mA電流信號，只需先將420mA轉換成電壓即可按上述關系確定V0和Rw的參數大小，其他轉換可依次類推。對于DA送出來的電壓，變化范圍是0-12V，即Vin=0-12要轉換成200mA-2000mA的電流，則應該滿足：0.2A=V0/RW;2A=(V0+12)/RW;可解得V0=4/3V，RW=20

11、/3。DA的步進為12/256=0.046875V,所以電流步進為0.046875/RW=7.03125mA,滿足小于等于10mA的要求。3、系統軟件設計本設計采用C語言編程，方便簡潔。并且與keil和proteus結合進行仿真，快速方便，主程序流程圖如入9。圖9本設計編寫的C程序如下：#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit k1=P00;sbit k2=P01;sbit k3=P02;sbit LS138A = P10; sbit LS138B = P11;sbit LS138C =

12、P12;uint shu=0; uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar LedOut3;uchar temp=0; void delay(unsigned char i) char j; for(i;i0;i-) for(j=200;j0;j-);void keyscan() int m=0; while(k2=0) shu=shu+2; if(k2=0)while(!k2); delay(5); while(!k2);temp+;LedOut0=tabletemp%10;LedOut1=

13、tabletemp%100/10|0x80;LedOut2=tabletemp/100; for(m=0;m3;m+)P2=LedOutm;switch(m) case 0:LS138A=1; LS138B=0;LS138C=0; break; case 1:LS138A=0; LS138B=1;LS138C=0; break; case 2:LS138A=0; LS138B=0;LS138C=1; break; delay(100); while(k3=0) shu=shu-2; if(k3=0) while(!k3); delay(5); while(!k3);temp-=1200/256;LedOut0=tabletemp%10 ;LedOut1=tabletemp%100/10|0x80;LedOut2=tabletemp/100; for(m=0;m3;m+)P2=LedOutm