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基于51單片機(jī)數(shù)控恒流源（電路原理圖講解+程序代碼）

  [復(fù)制鏈接]
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樓主
電路原理圖如下：


該項(xiàng)設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)一種數(shù)控穩(wěn)壓電源。它利用單片機(jī)STC89C51作為主控芯片,控制數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（TLC5615）的輸出電壓的大小,經(jīng)過運(yùn)算放大器LM358與IRF9Z24N構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，從而輸出恒定電壓。最后通過電位器分壓將輸出信號(hào)反饋到運(yùn)算放大器LM358上，使輸出準(zhǔn)確度可以調(diào)節(jié)。此設(shè)計(jì)通過鍵盤電路與單片機(jī)連接,讀入控制數(shù)據(jù),利用軟件進(jìn)行判斷,從而起到控制電源輸出的作用。通過LCD1602（或LED數(shù)碼管）顯示數(shù)控電源的輸出電壓,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。該項(xiàng)設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,控制靈活,調(diào)節(jié)方便,攜帶方便、成本低等優(yōu)勢(shì),具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

下圖是為了了解整個(gè)電路如何工作的，把整個(gè)電路拆開。
二、原理講解：
供電部分：
P2為接線柱，是整個(gè)系統(tǒng)的輸入電壓端口，整個(gè)數(shù)控電源有此輸入能量。D1、D2、D3、D4為四個(gè)二極管（in4007），起整流的作用，C6為濾波電容。整流濾波電路是使供電可以為交流，同時(shí)也可以用直流供電（交流供電不要超過20V，直流不要超過35V）。受電壓限制的主要是后級(jí)運(yùn)放耐壓、TL431耐壓以及7812的耐壓值。7812主要為保護(hù)7805，7805穩(wěn)出5V電壓共單片機(jī)供電使用。但是7805耐壓值是15V，所以前級(jí)要加7812保護(hù)7805。
晶振部分：
C2、C3、Y1（12MHZ）與單片機(jī)端口構(gòu)成震蕩電路，為51單片機(jī)提供時(shí)鐘。
復(fù)位電路：
RST連接單片機(jī)復(fù)位管腳，此電路及有上電復(fù)位功能，又有手動(dòng)復(fù)位功能。C1、R2構(gòu)成上電復(fù)位電路，上電瞬間C1導(dǎo)通，則RST為高電平，單片機(jī)將復(fù)位，電壓穩(wěn)定后C1儲(chǔ)存的電能通過R2對(duì)地釋放掉，單片機(jī)將正常運(yùn)行。同樣K2按下時(shí)RST為高電平，單片機(jī)復(fù)位，彈起來時(shí)RST為低電平，單片機(jī)正常運(yùn)行.
單片機(jī)部分：
單片機(jī)默認(rèn)選用STC89C51，同時(shí)兼容STC89C52、AT89S52、AT89S51、AT89C51等51單片機(jī)。
按鍵部分：
按鍵選用獨(dú)立按鍵，掃描時(shí)間短，使程序更簡(jiǎn)單且掃描時(shí)間更短，從而提高穩(wěn)定性。按鍵彈起時(shí)P20、P21、P22、P23為弱上拉狀態(tài)，所以為高電平。按鍵按下時(shí)對(duì)應(yīng)的I/O口為低電平，可以被程序中的掃描函數(shù)檢測(cè)到。

數(shù)碼管顯示部分：
數(shù)碼管顯示采用四位一體共陽數(shù)碼管，這樣使電路更為簡(jiǎn)單，只需四個(gè)9012三極管就可以將其驅(qū)動(dòng)。P24、P25、P26、P27分別作為數(shù)碼管的位選端，控制是否選通哪一位數(shù)碼管。采用PNP型三極管，低電平導(dǎo)通，高電平截止。R20、R30、R40、R50為三極管基極限流電阻，此電阻及能保護(hù)三極管又能保證三極管導(dǎo)通時(shí)處于完全導(dǎo)通狀態(tài)。R51為限流電阻，此電阻的大小直接決定數(shù)碼管的亮暗成都，在此選擇220歐姆、1/4色環(huán)電阻。數(shù)碼管的陰極端直接接單片機(jī)的P0口，而不需上拉電阻。STC89C51的單片機(jī)P0口為漏極開路，所以作為輸出時(shí)必須接上拉電路，而作為輸入時(shí)相當(dāng)于數(shù)碼管作為上拉，所以不再需要上拉電阻，及簡(jiǎn)化了電路又節(jié)省了成本。
數(shù)模轉(zhuǎn)換部分：（此為數(shù)控電壓數(shù)控調(diào)壓關(guān)鍵所在）
數(shù)模轉(zhuǎn)換采用德州儀器的TLC5615，此為一片10位串行單5V電源DAC，直接電壓輸出。單片機(jī)P33、P32、P34分別連接TLC5615的時(shí)鐘端、片選端、數(shù)據(jù)端即可控制它輸出想要的電壓。此時(shí)TLC5615的6腳及參考電壓輸入端需接入2.5V的參考電壓。根據(jù)公式可知，當(dāng)參考電壓為2.5V時(shí)，TLC5615將最大輸出5V電壓。
TL5615（DAC）電壓計(jì)算公式

Vout為7腳輸出電壓，Vrefin為6腳參考電壓輸入端，N為單片機(jī)通過1、2、3管腳向TLC5615寫入的數(shù)據(jù)，1024是根據(jù)這是一片10位數(shù)模轉(zhuǎn)換而計(jì)算出來的（210=1024），最后乘以二是因?yàn)門LC5615內(nèi)部有2倍的增益放大器。
在給TLC輸入2.5V參考電壓的時(shí)候，我們用了TL431芯片。TL431是可控精密穩(wěn)壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從Verf（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中用它代替穩(wěn)壓二極管。
同時(shí)用LM358作為跟隨器，減小2.5V基準(zhǔn)電源的阻抗，再送入TLC5615 參考電壓端。
（寫論文時(shí)，可以在此講解TL41技術(shù)參數(shù)LM358技術(shù)參數(shù)和原理和跟隨器電路原理）
TLC5615內(nèi)部原理圖：
                         TLC5615邏輯時(shí)序圖：



在給TLC輸入2.5V參考電壓的時(shí)候，我們用了TL431芯片。TL431是可控精密穩(wěn)壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從Verf（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中用它代替穩(wěn)壓二極管。
同時(shí)用OPA2107作為跟隨器，減小2.5V基準(zhǔn)電源的阻抗，再送入TLC5615 參考電壓端。
（寫論文時(shí)，可以在此講解TL41技術(shù)參數(shù)OPA2107技術(shù)參數(shù)和原理和跟隨器電路原理）
MOS放大部分：
將上述TLC5615輸出的可調(diào)電壓送到運(yùn)放LM358的反相端，通過MOS管（F9Z24N）放大。同時(shí)在F9Z24N的輸出端用RW1（10K）電位器分壓，取一定比例的輸出電壓反饋到比較器正相端，構(gòu)成一個(gè)反饋系統(tǒng)。此時(shí)MOS管輸出的PWM波的占空比將根據(jù)負(fù)載和輸入電壓而變化以保證輸出電壓的穩(wěn)定。C5作為輸出濾波電容，濾掉輸出電壓紋波。
根據(jù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定原理計(jì)算出輸出電壓的公式，如下：
設(shè)：Vo為輸出電壓，Vin為L(zhǎng)M358的2腳輸入電壓，RWH為電位器上部分電阻，RWL為電位器下部分電阻，RW為電位器阻值。
Vo=Vin×（RW/RWL）；
（寫論文時(shí)，可以在此講解F9Z24N技術(shù)參數(shù)）
報(bào)警電路：
此電路可以由單片機(jī)控制三極管（8550/9012）的通斷來控制蜂鳴器的報(bào)警。當(dāng)P36為高時(shí)，三極管不高通，為低時(shí)三極管導(dǎo)通蜂鳴器響。當(dāng)過流或短路時(shí)，單片機(jī)切斷輸出，同時(shí)蜂鳴器報(bào)名。

單片機(jī)源程序如下:
  1. #include "reg52.h"                        //包含頭文件

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

  7. //按鍵定義
  8. sbit KEY1= P2^0;
  9. sbit KEY2= P2^1;
  10. sbit KEY3= P2^2;
  11. sbit KEY4= P2^3;

  13. //數(shù)碼管位選端定義
  14. sbit W1= P2^4;
  15. sbit W2= P2^5;
  16. sbit W3= P2^6;
  17. sbit W4= P2^7;

  19. //DAC定義
  20. sbit  CS_5615=P1^5;                 //定義片選信號(hào)IO口
  21. sbit CLK_5615=P1^6;                 //定義時(shí)鐘信號(hào)IO口
  22. sbit DAT_5615=P1^7;                 //定義數(shù)據(jù)輸入IO口

  24. //ADC定義
  25. sbit  CS=P3^5;                         //定義片選信號(hào)IO口
  26. sbit CLK=P3^3;                       //定義時(shí)鐘信號(hào)IO口
  27. sbit DIO=P3^4;                                   //定義數(shù)據(jù)輸入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. };        //共陽數(shù)碼管段碼表        沒有小數(shù)點(diǎn) 0~9
  37. uchar code table1[]=
  38. {
  39.         0x7F,0x64,0xBD,0xF5,0xE6,0xF3,0xFB,0x67,0xFF,0xF7,0x5e
  40. };//帶小數(shù)點(diǎn)的編碼            0~9


  43. void delay_ms(uint z)                          //延時(shí)函數(shù)
  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)                          //數(shù)碼管顯示程序
  51. {
  52.         uchar a,b,c,d;                                  //定義變量
  53.         a=buf/1000;                                          //將數(shù)據(jù)除以1000得到千位數(shù)據(jù)
  54.         b=buf%1000/100;                                  //取余1000除以100得到百位數(shù)據(jù)
  55.         c=buf%100/10;                                  //得到十位數(shù)據(jù)
  56.         d=buf%10;                                          //得到個(gè)位數(shù)據(jù)

  58.         W1=0;W2=1;W3=1;W4=1;                  //選中第一個(gè)位
  59.         P0=~table[a];                                  //輸入該位要顯示的數(shù)據(jù)
  60.         delay_ms(60);                                  //延時(shí)

  62.         W1=1;W2=0;W3=1;W4=1;                  //選中第二個(gè)位
  63.         P0=~table1[b];                                  //注釋同上
  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輸出
  77. {
  78.         uint a,c;                                         //定義變量
  79.         c=buf;                                             //要輸出的數(shù)據(jù)賦值
  80.     CS_5615=0;                                          //引腳拉低
  81.         for(a=16;a>0;a--)                         //循環(huán)16次
  82.         {
  83.          DAT_5615=c>>15;               //把數(shù)據(jù)串行輸入進(jìn)da芯片（把數(shù)據(jù)右移15位得到最高位數(shù)據(jù)，賦值給數(shù)據(jù)腳）
  84.          c=c<<1;                                 //將數(shù)據(jù)左移一位，下次循環(huán)時(shí)就是傳輸?shù)诙粩?shù)據(jù)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;   //一個(gè)轉(zhuǎn)換周期開始
  99.         CLK=0;  //為第一個(gè)脈沖作準(zhǔn)備
  100.         CS=0;  //CS置0，片選有效
  101.         
  102.         DIO=1;    //DIO置1，規(guī)定的起始信號(hào)  
  103.         CLK=1;   //第一個(gè)脈沖
  104.         CLK=0;   //第一個(gè)脈沖的下降沿，此前DIO必須是高電平
  105.         DIO=1;   //DIO置1， 通道選擇信號(hào)  
  106.         CLK=1;   //第二個(gè)脈沖，第2、3個(gè)脈沖下沉之前，DI必須跟別輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道，這里選通道CH0
  107.         CLK=0;   //第二個(gè)脈沖下降沿
  108.         DIO=0;   //DI置0，選擇通道0
  109.         CLK=1;    //第三個(gè)脈沖
  110.         CLK=0;    //第三個(gè)脈沖下降沿
  111.         DIO=1;    //第三個(gè)脈沖下沉之后，輸入端DIO失去作用，應(yīng)置1
  112.         CLK=1;    //第四個(gè)脈沖
  113.         for(i=0;i<8;i++)  //高位在前
  114.         {
  115.                 CLK=1;         //第四個(gè)脈沖
  116.                 CLK=0;
  117.                 dat<<=1;       //將下面儲(chǔ)存的低位數(shù)據(jù)向右移
  118.                 dat|=(unsigned char)DIO;          //將輸出數(shù)據(jù)DIO通過或運(yùn)算儲(chǔ)存在dat最低位
  119.         }                                 
  120.         CS=1;          //片選無效
  121.         return dat;         //將讀出的數(shù)據(jù)返回     
  122. }


  125. //主函數(shù)
  126. void main(void)
  127. {
  128.         U=0;                                           //電壓值顯示0
  129.         while(1)                                   //進(jìn)入循環(huán)
  130.         {
  131.                 tlc_5615(U);                   //輸出電壓值
  132.                 shuma(U/8*10);                   //顯示電壓值
  133.                 if(flag==0)                           //沒有短路
  134.                 {
  135.                         if(KEY1==0)                   //按鍵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);        //此處調(diào)用顯示函數(shù)就是延時(shí)去抖的作用
  142.                                 if(KEY1==0)                //再次判斷按鍵按下
  143.                                 {
  144.                                         if(U<960)        //1V對(duì)應(yīng)的是80  10位ad（10位ad最大數(shù)據(jù)是1024，這里為了取整數(shù)，選擇80對(duì)應(yīng)1V，也就是8對(duì)應(yīng)0.1V，因?yàn)殡妷赫{(diào)節(jié)的變化一共有120種）
  145.                                         U=U+8;                //電壓加0.1V
  146.                                 }        
  147.                         }
  148.                         if(KEY2==0)                        //按鍵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)   //電壓減
  158.                                         U=U-8;
  159.                                 }        
  160.                         }                        
  161.                         if(KEY3==0)                                //按鍵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;                          //輸出5V電壓
  171.                                 }        
  172.                         }        
  173.                         if(KEY4==0)                                   //按鍵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;                           //關(guān)閉輸出
  183.                                 }        
  184.                         }
  185.                 }
  186.                 GETU=A_D();                          //讀取ad數(shù)據(jù)
  187.                 if(GETU>=12)   //0.0196V,采樣電阻采集到的電壓數(shù)據(jù)
  188.                 {
  189.                         U=0;                 //關(guān)閉輸出
  190.                         flag=1;                 //短路標(biāo)志位
  191.                 }                                
  192.         }
  193. }
復(fù)制代碼

以上程序51hei提供下載:
C程序注釋.zip (43.94 KB, 下載次數(shù): 150)
原理圖.pdf (222.22 KB, 下載次數(shù): 140)
重點(diǎn)：電路原理講解.doc (791.5 KB, 下載次數(shù): 135)

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ID:1 發(fā)表于 2019-7-25 18:39 | 只看該作者
本帖需要重新編輯補(bǔ)全圖片即可獲得100+黑幣(帖子下方有編輯按鈕)
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板凳
ID:544367 發(fā)表于 2019-7-26 09:10 | 只看該作者
admin 發(fā)表于 2019-7-25 18:39
本帖需要重新編輯補(bǔ)全圖片即可獲得100+黑幣(帖子下方有編輯按鈕)

我是截圖不能粘貼，所以上傳了一個(gè)Word文檔，里面有詳解
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地板
ID:591254 發(fā)表于 2019-7-31 09:39 | 只看該作者
芯片選擇stc89c52的不行嗎
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5#
ID:449126 發(fā)表于 2019-12-16 21:32 | 只看該作者
你這個(gè)是個(gè)恒壓源吧，不是恒流源
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6#
ID:101394 發(fā)表于 2020-2-15 09:02 | 只看該作者
下載來研究一下
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7#
ID:688987 發(fā)表于 2020-3-17 09:00 | 只看該作者
這個(gè)樓主全面嗎
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8#
ID:731970 發(fā)表于 2020-6-6 17:45 | 只看該作者
采樣電阻選擇那么大，這樣出來的恒流源電流會(huì)很小啊
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9#
ID:323651 發(fā)表于 2020-6-7 09:46 | 只看該作者
學(xué)習(xí)下，謝謝分享
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10#
ID:763621 發(fā)表于 2020-6-7 10:31 | 只看該作者

學(xué)習(xí)下，謝謝分享
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11#
ID:765652 發(fā)表于 2020-6-9 21:21 | 只看該作者
請(qǐng)問沒有仿真文件和原理圖文件嗎
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12#
ID:56960 發(fā)表于 2020-7-8 13:47 | 只看該作者
路過頂起，這個(gè)可以制作來玩玩，電源是經(jīng)常用到的
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13#
ID:95778 發(fā)表于 2021-1-3 00:03 | 只看該作者
其實(shí)實(shí)際LM358驅(qū)動(dòng) MOSFET并不理想 發(fā)熱十分嚴(yán)重,理論上358 反相輸入 輸出的是 矩形波 但是用示波器測(cè)試是一個(gè)類似于正弦波,用12V供電時(shí)  358輸出的 電壓大概是3-6V 由于MOSFET不是工作在開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重.
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14#
ID:817341 發(fā)表于 2025-4-24 08:59 | 只看該作者
123456@QQ 發(fā)表于 2019-7-31 09:39
芯片選擇stc89c52的不行嗎

應(yīng)該行
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15#
ID:106977 發(fā)表于 2025-5-14 12:39 | 只看該作者
利用DAC0832的電路特性，與任一51CPU就可構(gòu)成8位數(shù)控恒流源！需要電流大就擴(kuò)展功放管！電路簡(jiǎn)單但效率高。軟件就是控制DAC0832輸出的幾條語句。取樣電阻不需要精確，因?yàn)橥ㄟ^反饋電阻調(diào)整補(bǔ)償即可！
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16#
ID:404454 發(fā)表于 2025-5-20 23:37 | 只看該作者
多謝樓主通過這例子說明用單片機(jī)控制做個(gè)可調(diào)電源的思路，給我個(gè)這文章的文檔吧？
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17#
ID:673647 發(fā)表于 2025-5-21 07:37 | 只看該作者
學(xué)習(xí)一下，謝謝分享！
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18#
ID:371895 發(fā)表于 2025-5-21 11:39 來自觸屏版 | 只看該作者
擎天微電子 發(fā)表于 2021-1-3 00:03
其實(shí)實(shí)際LM358驅(qū)動(dòng) MOSFET并不理想 發(fā)熱十分嚴(yán)重,理論上358 反相輸入 輸出的是 矩形波 但是用示波器測(cè)試是 ...

還真有這個(gè)問題，那要怎么改啊
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