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基于51单片机数控恒流源（电路原理图讲解+程序代码）

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楼主
ID:544367 发表于 2019-7-25 17:13 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
电路原理图如下：


该项设计的主要目的是设计一种数控稳压电源。它利用单片机STC89C51作为主控芯片,控制数字/模拟转换器（TLC5615）的输出电压的大小,经过运算放大器LM358与IRF9Z24N构成负反馈系统，从而输出恒定电压。最后通过电位器分压将输出信号反馈到运算放大器LM358上，使输出准确度可以调节。此设计通过键盘电路与单片机连接,读入控制数据,利用软件进行判断,从而起到控制电源输出的作用。通过LCD1602（或LED数码管）显示数控电源的输出电压,实现简单的人机对话。该项设计具有设计简单,控制灵活,调节方便,携带方便、成本低等优势,具有较强的实用性。

下图是为了了解整个电路如何工作的，把整个电路拆开。
二、原理讲解：
供电部分：
P2为接线柱，是整个系统的输入电压端口，整个数控电源有此输入能量。D1、D2、D3、D4为四个二极管（in4007），起整流的作用，C6为滤波电容。整流滤波电路是使供电可以为交流，同时也可以用直流供电（交流供电不要超过20V，直流不要超过35V）。受电压限制的主要是后级运放耐压、TL431耐压以及7812的耐压值。7812主要为保护7805，7805稳出5V电压共单片机供电使用。但是7805耐压值是15V，所以前级要加7812保护7805。
晶振部分：
C2、C3、Y1（12MHZ）与单片机端口构成震荡电路，为51单片机提供时钟。
复位电路：
RST连接单片机复位管脚，此电路及有上电复位功能，又有手动复位功能。C1、R2构成上电复位电路，上电瞬间C1导通，则RST为高电平，单片机将复位，电压稳定后C1储存的电能通过R2对地释放掉，单片机将正常运行。同样K2按下时RST为高电平，单片机复位，弹起来时RST为低电平，单片机正常运行.
单片机部分：
单片机默认选用STC89C51，同时兼容STC89C52、AT89S52、AT89S51、AT89C51等51单片机。
按键部分：
按键选用独立按键，扫描时间短，使程序更简单且扫描时间更短，从而提高稳定性。按键弹起时P20、P21、P22、P23为弱上拉状态，所以为高电平。按键按下时对应的I/O口为低电平，可以被程序中的扫描函数检测到。

数码管显示部分：
数码管显示采用四位一体共阳数码管，这样使电路更为简单，只需四个9012三极管就可以将其驱动。P24、P25、P26、P27分别作为数码管的位选端，控制是否选通哪一位数码管。采用PNP型三极管，低电平导通，高电平截止。R20、R30、R40、R50为三极管基极限流电阻，此电阻及能保护三极管又能保证三极管导通时处于完全导通状态。R51为限流电阻，此电阻的大小直接决定数码管的亮暗成都，在此选择220欧姆、1/4色环电阻。数码管的阴极端直接接单片机的P0口，而不需上拉电阻。STC89C51的单片机P0口为漏极开路，所以作为输出时必须接上拉电路，而作为输入时相当于数码管作为上拉，所以不再需要上拉电阻，及简化了电路又节省了成本。
数模转换部分：（此为数控电压数控调压关键所在）
数模转换采用德州仪器的TLC5615，此为一片10位串行单5V电源DAC，直接电压输出。单片机P33、P32、P34分别连接TLC5615的时钟端、片选端、数据端即可控制它输出想要的电压。此时TLC5615的6脚及参考电压输入端需接入2.5V的参考电压。根据公式可知，当参考电压为2.5V时，TLC5615将最大输出5V电压。
TL5615（DAC）电压计算公式

Vout为7脚输出电压，Vrefin为6脚参考电压输入端，N为单片机通过1、2、3管脚向TLC5615写入的数据，1024是根据这是一片10位数模转换而计算出来的（210=1024），最后乘以二是因为TLC5615内部有2倍的增益放大器。
在给TLC输入2.5V参考电压的时候，我们用了TL431芯片。TL431是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管。
同时用LM358作为跟随器，减小2.5V基准电源的阻抗，再送入TLC5615 参考电压端。
（写论文时，可以在此讲解TL41技术参数LM358技术参数和原理和跟随器电路原理）
TLC5615内部原理图：
                         TLC5615逻辑时序图：



在给TLC输入2.5V参考电压的时候，我们用了TL431芯片。TL431是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管。
同时用OPA2107作为跟随器，减小2.5V基准电源的阻抗，再送入TLC5615 参考电压端。
（写论文时，可以在此讲解TL41技术参数OPA2107技术参数和原理和跟随器电路原理）
MOS放大部分：
将上述TLC5615输出的可调电压送到运放LM358的反相端，通过MOS管（F9Z24N）放大。同时在F9Z24N的输出端用RW1（10K）电位器分压，取一定比例的输出电压反馈到比较器正相端，构成一个反馈系统。此时MOS管输出的PWM波的占空比将根据负载和输入电压而变化以保证输出电压的稳定。C5作为输出滤波电容，滤掉输出电压纹波。
根据反馈系统的稳定原理计算出输出电压的公式，如下：
设：Vo为输出电压，Vin为LM358的2脚输入电压，RWH为电位器上部分电阻，RWL为电位器下部分电阻，RW为电位器阻值。
Vo=Vin×（RW/RWL）；
（写论文时，可以在此讲解F9Z24N技术参数）
报警电路：
此电路可以由单片机控制三极管（8550/9012）的通断来控制蜂鸣器的报警。当P36为高时，三极管不高通，为低时三极管导通蜂鸣器响。当过流或短路时，单片机切断输出，同时蜂鸣器报名。

单片机源程序如下:
  1. #include "reg52.h"                        //包含头文件

  3. //宏定义
  4. #define uchar unsigned char
  5. #define uint  unsigned int

  7. //按键定义
  8. sbit KEY1= P2^0;
  9. sbit KEY2= P2^1;
  10. sbit KEY3= P2^2;
  11. sbit KEY4= P2^3;

  13. //数码管位选端定义
  14. sbit W1= P2^4;
  15. sbit W2= P2^5;
  16. sbit W3= P2^6;
  17. sbit W4= P2^7;

  19. //DAC定义
  20. sbit  CS_5615=P1^5;                 //定义片选信号IO口
  21. sbit CLK_5615=P1^6;                 //定义时钟信号IO口
  22. sbit DAT_5615=P1^7;                 //定义数据输入IO口

  24. //ADC定义
  25. sbit  CS=P3^5;                         //定义片选信号IO口
  26. sbit CLK=P3^3;                       //定义时钟信号IO口
  27. sbit DIO=P3^4;                                   //定义数据输入IO口

  29. uint  U;
  30. uchar GETU=0;
  31. bit flag=0;

  33. uchar code table[]=
  34. {
  35.         0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7
  36. };        //共阳数码管段码表        没有小数点 0~9
  37. uchar code table1[]=
  38. {
  39.         0x7F,0x64,0xBD,0xF5,0xE6,0xF3,0xFB,0x67,0xFF,0xF7,0x5e
  40. };//带小数点的编码            0~9


  43. void delay_ms(uint z)                          //延时函数
  44. {
  45.   uint a,b;
  46.   for(a=z;a>0;a--)
  47.    for(b=5;b>0;b--);
  48. }

  50. void  shuma(uint buf)                          //数码管显示程序
  51. {
  52.         uchar a,b,c,d;                                  //定义变量
  53.         a=buf/1000;                                          //将数据除以1000得到千位数据
  54.         b=buf%1000/100;                                  //取余1000除以100得到百位数据
  55.         c=buf%100/10;                                  //得到十位数据
  56.         d=buf%10;                                          //得到个位数据

  58.         W1=0;W2=1;W3=1;W4=1;                  //选中第一个位
  59.         P0=~table[a];                                  //输入该位要显示的数据
  60.         delay_ms(60);                                  //延时

  62.         W1=1;W2=0;W3=1;W4=1;                  //选中第二个位
  63.         P0=~table1[b];                                  //注释同上
  64.         delay_ms(60);

  66.         W1=1;W2=1;W3=0;W4=1;
  67.         P0=~table[c];
  68.         delay_ms(60);

  70.         W1=1;W2=1;W3=1;W4=0;
  71.         P0=~table1[10];
  72.         delay_ms(60);
  73.         W1=1;W2=1;W3=1;W4=1;
  74. }

  76. void tlc_5615(uint buf)                         //DA输出
  77. {
  78.         uint a,c;                                         //定义变量
  79.         c=buf;                                             //要输出的数据赋值
  80.     CS_5615=0;                                          //引脚拉低
  81.         for(a=16;a>0;a--)                         //循环16次
  82.         {
  83.          DAT_5615=c>>15;               //把数据串行输入进da芯片（把数据右移15位得到最高位数据，赋值给数据脚）
  84.          c=c<<1;                                 //将数据左移一位，下次循环时就是传输第二位数据了
  85.          CLK_5615=1;                         //拉高
  86.          CLK_5615=0;                 //拉低
  87.     }
  88.         CLK_5615=1;
  89.         CLK_5615=0;
  90.         CLK_5615=1;
  91.         CLK_5615=0;
  92.         CS_5615=1;
  93. }

  95. unsigned int  A_D()
  96. {
  97.         unsigned char i,dat;
  98.         CS=1;   //一个转换周期开始
  99.         CLK=0;  //为第一个脉冲作准备
  100.         CS=0;  //CS置0，片选有效
  101.         
  102.         DIO=1;    //DIO置1，规定的起始信号  
  103.         CLK=1;   //第一个脉冲
  104.         CLK=0;   //第一个脉冲的下降沿，此前DIO必须是高电平
  105.         DIO=1;   //DIO置1， 通道选择信号  
  106.         CLK=1;   //第二个脉冲，第2、3个脉冲下沉之前，DI必须跟别输入两位数据用于选择通道，这里选通道CH0
  107.         CLK=0;   //第二个脉冲下降沿
  108.         DIO=0;   //DI置0，选择通道0
  109.         CLK=1;    //第三个脉冲
  110.         CLK=0;    //第三个脉冲下降沿
  111.         DIO=1;    //第三个脉冲下沉之后，输入端DIO失去作用，应置1
  112.         CLK=1;    //第四个脉冲
  113.         for(i=0;i<8;i++)  //高位在前
  114.         {
  115.                 CLK=1;         //第四个脉冲
  116.                 CLK=0;
  117.                 dat<<=1;       //将下面储存的低位数据向右移
  118.                 dat|=(unsigned char)DIO;          //将输出数据DIO通过或运算储存在dat最低位
  119.         }                                 
  120.         CS=1;          //片选无效
  121.         return dat;         //将读出的数据返回     
  122. }


  125. //主函数
  126. void main(void)
  127. {
  128.         U=0;                                           //电压值显示0
  129.         while(1)                                   //进入循环
  130.         {
  131.                 tlc_5615(U);                   //输出电压值
  132.                 shuma(U/8*10);                   //显示电压值
  133.                 if(flag==0)                           //没有短路
  134.                 {
  135.                         if(KEY1==0)                   //按键1按下
  136.                         {
  137.                                 shuma(U/8*10);
  138.                                 shuma(U/8*10);
  139.                                 shuma(U/8*10);
  140.                                 shuma(U/8*10);
  141.                                 shuma(U/8*10);        //此处调用显示函数就是延时去抖的作用
  142.                                 if(KEY1==0)                //再次判断按键按下
  143.                                 {
  144.                                         if(U<960)        //1V对应的是80  10位ad（10位ad最大数据是1024，这里为了取整数，选择80对应1V，也就是8对应0.1V，因为电压调节的变化一共有120种）
  145.                                         U=U+8;                //电压加0.1V
  146.                                 }        
  147.                         }
  148.                         if(KEY2==0)                        //按键2按下
  149.                         {
  150.                                 shuma(U/8*10);
  151.                                 shuma(U/8*10);
  152.                                 shuma(U/8*10);
  153.                                 shuma(U/8*10);
  154.                                 shuma(U/8*10);
  155.                                 if(KEY2==0)
  156.                                 {
  157.                                         if(U>=8)   //电压减
  158.                                         U=U-8;
  159.                                 }        
  160.                         }                        
  161.                         if(KEY3==0)                                //按键3按下
  162.                         {
  163.                                 shuma(U/8*10);
  164.                                 shuma(U/8*10);
  165.                                 shuma(U/8*10);
  166.                                 shuma(U/8*10);
  167.                                 shuma(U/8*10);
  168.                                 if(KEY3==0)
  169.                                 {
  170.                                         U=400;                          //输出5V电压
  171.                                 }        
  172.                         }        
  173.                         if(KEY4==0)                                   //按键4按下
  174.                         {
  175.                                 shuma(U/8*10);
  176.                                 shuma(U/8*10);
  177.                                 shuma(U/8*10);
  178.                                 shuma(U/8*10);
  179.                                 shuma(U/8*10);
  180.                                 if(KEY4==0)
  181.                                 {
  182.                                         U=0;                           //关闭输出
  183.                                 }        
  184.                         }
  185.                 }
  186.                 GETU=A_D();                          //读取ad数据
  187.                 if(GETU>=12)   //0.0196V,采样电阻采集到的电压数据
  188.                 {
  189.                         U=0;                 //关闭输出
  190.                         flag=1;                 //短路标志位
  191.                 }                                
  192.         }
  193. }
复制代码

以上程序51hei提供下载:
C程序注释.zip (43.94 KB, 下载次数: 144)
原理图.pdf (222.22 KB, 下载次数: 134)
重点：电路原理讲解.doc (791.5 KB, 下载次数: 129)

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沙发
ID:1 发表于 2019-7-25 18:39 | 只看该作者
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板凳
ID:544367 发表于 2019-7-26 09:10 | 只看该作者
admin 发表于 2019-7-25 18:39
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我是截图不能粘贴，所以上传了一个Word文档，里面有详解
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地板
ID:591254 发表于 2019-7-31 09:39 | 只看该作者
芯片选择stc89c52的不行吗
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5#
ID:449126 发表于 2019-12-16 21:32 | 只看该作者
你这个是个恒压源吧，不是恒流源
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6#
ID:101394 发表于 2020-2-15 09:02 | 只看该作者
下载来研究一下
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7#
ID:688987 发表于 2020-3-17 09:00 | 只看该作者
这个楼主全面吗
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8#
ID:731970 发表于 2020-6-6 17:45 | 只看该作者
采样电阻选择那么大，这样出来的恒流源电流会很小啊
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9#
ID:323651 发表于 2020-6-7 09:46 | 只看该作者
学习下，谢谢分享
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10#
ID:763621 发表于 2020-6-7 10:31 | 只看该作者

学习下，谢谢分享
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11#
ID:765652 发表于 2020-6-9 21:21 | 只看该作者
请问没有仿真文件和原理图文件吗
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12#
ID:56960 发表于 2020-7-8 13:47 | 只看该作者
路过顶起，这个可以制作来玩玩，电源是经常用到的
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13#
ID:95778 发表于 2021-1-3 00:03 | 只看该作者
其实实际LM358驱动 MOSFET并不理想 发热十分严重,理论上358 反相输入 输出的是 矩形波 但是用示波器测试是一个类似于正弦波,用12V供电时  358输出的 电压大概是3-6V 由于MOSFET不是工作在开关状态导致发热严重.
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