单片机数控式直流恒流源设计(本人有可以仿真原理图，可加7932202(3)

2 数控直流恒流源系统描述

图2.4 运算放大器加达林顿管组成的恒流源的典型电路

在本数控直流恒流源中，采用了运算放大器加达林顿管组成的恒流源电路，运算放大器采用TL084，加达林顿管采用TIP142，同时利用D/A转换器TLC5665作为电压输入控制。

2.3.4 DAC和ADC方案论证

数模转换和模数转换一般有串口和并口。如并口芯片ADC0809和DAC0832,但并口芯片所占的端口资源较多，对端口的利用率低，其优点是转换速度快。串口芯片由于接口简单，控制方便，系统稳定性好，得到广泛的应用。TLC2543和TLC5615都是采用串口的ADC和DAC芯片，在设计中利用上两种芯片不仅节约单片机端口资源，而且分辨率较高，能满足设计要求。所以本系统采用TLC2543和TLC5615串口芯片。

D/A转换芯片TLC5615：典型的D/A转换芯片TLC5615，是采用CMOS工艺制造的10位单片D/A转换器。10位D/A，分辨率为1/1024，选采样电阻为2.5欧姆，D/A输出分辨率为2mA的电流，实现步进1mA，完全能够满足本设计的要求。

A/D转换芯片TLC2543：TLC2543是采样频率为12位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个11通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通11个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。由于本设计只有输出电流的采集，1路输入通道，完全能够满足本系统的设计要求。

D/A转换芯片DAC0832：典型的D/A转换芯片DAC0832，是采用CMOS工艺制造的8位单片D/A转换器。8位D/A，分辨率为1/256，不能够满足本设计的要求。

A/D转换芯片：ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码

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后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。由于本设计只有输出电流的采集，8路输入通道，但不能够满足本系统的设计精度要求。

2.3.5 键盘

比较常用的键盘有两种，一种是矩阵式键盘，另一种是独立的键盘。下面将分别介绍矩阵式键盘和独立键盘。 1. 矩阵式键盘

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矩阵式键盘的结构与工作原理：

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。 2. 独立键盘

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键盘是由若干独立的键组成，键的按下与释放是通过机械触点的闭合与断开来实现的，因机械触点的弹性作用，在闭合与断开的瞬间均有一个抖动过程,在按键较多时，占用的端口较多,使单片机的端口不够用且利用率低,但基于本系统设计不适合采用独立按键方式。所以在本数控直流恒流源中，矩阵式。

2.3.6 显示

一般情况下，显示单元可以采用一般的数码管显示，因为数码管具有接线简单，成本低廉，配置简单灵活，编程容易，对外界环境要求较低，易于维护等特点。但是，考虑到普通数码管能够显示的信息量有限，并且一般情况下要显示较多的信息所占用的系统I/O资源较多。

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在本系统中，考虑到显示的内容以及系统的实用性，采用液晶显示（LCD）。液晶显示具有功耗低、体积小、质量轻、无辐射危害、平面直角显示以及影响稳定不闪烁、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强等优点。点阵式LCD可以显示字符、数字等功能。程序在开始时对液晶模块功能进行了初始化设置，约定了显示格式。注意显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预，每次输入指令都先调

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2 数控直流恒流源系统描述

用判断液晶模块是否忙的子程序DELAY，然后输入显示位置的地址0C0H，最后输入要显示的字符A的代码41H。本系统采用的点阵式LCD型号为1602。

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综合上述，数控直流恒流源的设备选型如表2-1所示。

器 件 编 号 1 2 3 4 5 器 件 编 号 6 7 8 器 件 编 号 9 10 11 12 13 14 15 16 表2-1 数控直流恒流源的设备选型

器 件 名 称 单片机 三端稳压器 运算放大器 达林顿管 D/A转换器 器 件 名 称 康铜丝 A/D转换器 点阵LCD 器 件 名 称 上拉电阻 变压线圈 整流桥堆 按键 晶振 稳压二极管 电容 电阻 型 号 AT89S52 LM7805,LM7815 LM358 TIP142 TLC5615 型 号 0.25? TLC2543 LCD1602 型 号 RP1 TR1 BR1 BUTTON CRYSTAL 1N4733A C1 R 7

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3 系统硬件设计

根据数控直流电流源的要求，由于要求有较大的输出电流范围和较精确的步进要求以及较小的纹波电流，所以不适合采用简单的恒流源电路FET和恒流二极管，亦不适合采用开关电源的开关恒流源，否则难以达到输出范围和精度以及纹波的要求。根据系统要求采用D/A转换后接运算放大器构成的功率放大，控制D/A的输入从而控制电流值的方法。

系统的总体硬件框图如图3.1所示，主要有AT89S52单片机系统、LM358与TIP142组成的恒流源电路、D/A转换器、采样电阻与A/D转换器组成的电流检测电路、矩阵键盘、LCD组成的显示电路等。

键盘TLC5615转换LM358与TIP142组成恒流源单片机51LCD1602TLC2543采集供电电源可供5v和20v

图3.1 系统的总体硬件框图

3.1 主控电路设计 单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地进行工作。因而时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路方式有两种：一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式，这里采用的是内部时钟方式，外接晶振。时钟电路由片外晶体、微调电容和单片机的内部电路组成。选取频率为11.0592MHz的晶振，微调电容是瓷片电容。

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主控电路即为一个51系列单片机的最小系统，单片机选择了Atmel公司的AT89S52,主控电路如图3.2所示

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3 系统硬件设计

图3.2 主控电路

3.2 供电电源设计 电流源恒定电流的产生是本设计系统的最主要功能, 实现难度也不大,可用非常简单的几个模拟器件完成, 但其高精度、稳定度及纹波的控制却是完成整个功能的重点。由于对电流稳定度要求太高,很小的干扰就会影响测试结果,所以设计出好的供电电源是非常重要的。不稳定的供电电源将影响到电流源的性能稳定。

3.2.1 主电源

在本设计中,运放需±12V供电，单片机和A/D、D/A需5V供电，采用三端稳压器7815构成一稳压电源，由于78及79系列稳压器最大输出电流只有1.5A，而题目要求输出电流范围是20mA～2000mA。为了给系统提供更大的电流，需外加功率管进行扩流或者加电阻进行扩流，电路如图3.3所示。输入电压由环形变压器和全波整流滤波电路产生。

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