模块电路设计及比较

电源模块
一、本设计共用到电源有两种：即+5V、+12V。稳压电源由电源变压器、 整流电路、滤波电路和稳压电路组成，稳压集成选用7805、7812。 7805提供的+5V电源负责给系统自身供电，主要包括单片机（AT89S52 ）、数码显示（包括74LS164）、键盘和各部分芯片；7812提供的 +12V电压负责给外接负载供电和LM358的电源电压。为了减小纹波系 数本设计还在两个4700uF电容之间接入有源滤波电路[2]。
（一）数码管显示模块
由于输出电流最大达到2000mA电压步进最小值为0.5V，因此本作品设 计了双五位数码管显示电路，1-5号数码管显示预设值，6-10号数码 管显示实际输出值，74LS164为串行输入并行输出的移位寄存器，可 以作为静态显示器接口，接在AT89S52的串行口上用于数码的显示[3] 。
（二）D/A转换模块
通过4*4键盘将需要电压或电流值输入给单片机，单片机再将这个信 号发送给D/A转换器，D/A工作，由D/A的12位分辨率可得它的最高数 值为4095，本设计中D/A的数字信号输入data与系统输出的模拟信号 对应关系如下：电流档时，单片机输入D/A的数字信号与系统输出的 电流信号数值量为1比1关系，要求最大输出电流为2000mA，则单片机 输入D/A的数字信号为2000，电压档时，单片机输入D/A的数字信号与 系统输出的电压信号（Uout）数值量对应关系为： Data=Uout*11.1111。
（四）A/D转换模块
本作品选用TLC2543作为A/D转换模块，串行输入输出，采样精度达12 位，外接串行时钟最高频率较高，能满足多数较高精度、多通道数据 采集的要求。TLC2543的控制字写入及转换结果的输出都是通过串行 数据完成的，所需的外部数据线及控制线较少，可方便地与单片机进 行连接，是12位数据采集系统的最佳选择器件之一。在本系统中，由 A/D检测输出电压（作为恒压源时）、康铜丝两端压差放大信号（作 为恒流源时），转换为数字信号发送给单片机经单片机进行处理[4] 。
（五）恒压源、恒流源模块
恒压源：电压预置值从键盘输送给单片机，由单片机进行判断并发送 指令代码给D/A，D/A输出一个对应电压给运放，作为参考电压，经过 运放比较后输出。输出电压精度高，稳定性好，由于PID调节作用， 使得电压调节的响应速度较快，键入预值之后可以迅速输出相应电压 值。恒流源：电压从D/A输出，作为恒流源运放一端的参考电压，另 一端由AD620构成电压跟随器提供负端口电压。利用晶体管平坦的输 出特性即可得到恒流输出。由于跟随器是一种深度的电压负反馈电路 ，因此电流源具有较好的稳定性。为了提高稳定度，D/A采用＋5V作 为参考电压。R1采用较大线径康铜丝制作，康铜丝温度系数很小 （5ppm/oC），使其检测更加精确。受变压器限制，工作于电流档时 必须由外界引入12V电压作为AD620-12V参考电压端，否则AD620不能 正常工作，外界正确提供12V电压时电源上绿灯亮，电流档可正常工 作。
二、软件设计
本作品由软件实现的功能有：键盘对单片机输入数据，单片机对获得 的数据进行处理并送入12位数模转换器（TLC5618），接收12位模数 转换器TLC2543将输出电压或电流信号转换成的数字量，使数码管显 示预值和实际值，自调功能。软件设计的主要特点在于它的自调节设 计和PID原理调节设计。自调节设计在依靠外部A/D、D/A等硬件设施 下对输出模拟信号进行实时检测、数据判断后，依靠程序自动改变 D/A数字输入信号，通过改变了D/A输出的参考电压准确的调节输出模 拟信号。自调节的关键之处在于单片机、A/D和D/A联络稳定性的高低 ，三者必须时刻稳定的对信号做出判断、处理，通过各方面调节，三 者综合后的稳定性基本保证。PID原理调节是自调节对数字信号的处 理方式，在接收实测数字信号后，通过对比实际值和预置值的大小得 出差值，根据设定的PID处理方式，按不同比例及时、最快的取得最 合适的D/A输入数字信号值，并准确调节好输出模拟信号。
三、测试方法及测试结果
为了确定系统与题目要求的符合程度，对系统中的关键部分进行了实 际测试。主要包括在不同负载下电源输出电压电流的检测值、实际值 与预置值的误差；电压源的纹波电压，电流源的纹波电流。
测试分为两部分，第一部分测试电压源部分，采用工具有：数字万用 表、数字示波器、负载电阻（10Ω），测量范围：0～9V（空载及加 10Ω负载）；第二部分测试电流源部分，采用工具：数字万用表、数 字示波器、负载电阻（10Ω），测量范围：100mA～1500mA（空载） 、100mA～1000mA（加5Ω负载）、100mA～850mA（加10Ω负载）。从 测试数据看来，本作品已经基本达到要求。
四、结束语
本系统以SiliconLaboratories公司的C8051F040单片机为核心控制器 件，控制液晶显示、键盘输入、输出设定和输出检测等各个部分。数 控电源可以在输出口电压不超过10伏的情况下输出10mA到1A的恒定电 流，具有输出准确、输出稳定、纹波小等特点。