基于单片机PIC16F877A的数控电流源设计

电源技术尤其是数控电源技术是一门践行性很强的工程技术，涉及了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科范畴。计算机和通讯技术的发展，给电力电子技术供应了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。一般电源由于精确度不高等缺点已不能满足实际的要。直到单片机技术及电压转换模块的出现，才使精确数控电源的发展有了可能。本文所设计的数控电流源采用pIC16F877A单片机为核心部件，键盘、显示、D/A、开关电源等模块为外围电路。

2设计要求和总体设计思路

2.1设计要求

本设计要求：输入220V，输出最高12V；通过键盘控制输出电流，步长为0.01A；采用LED显示输出电流，精度为0.02A；电流源稳流范围为（0.2-1）A。

2.2总体设计思路

本设计采用开关电源，以达到输出范围和精度以及纹波的要求。依据系统要求，采用D/A转换后，接运算放大器构成的功率放大来控制D/A的输入，从而控制电流值的办法。本系统紧要由数控部分、电源部分和键盘显示电路组成。系统原理框图如图1所示。

3硬件电路设计及软件选择

依据数控电流源的设计要求，系统紧要由控制模块、电源模块、D/A模块及键盘显示模块构成。

3.1控制模块的选择

本设计采用的是pIC16F877A单片机控制。与AT89C51单片机相比，pIC16F877A采用哈佛结构，能实现指令的单指节化，有精简指令集技术，寻址方式简单，I/O口驱动能力强，具备I2C和SpI串行总线端口，外围电路简洁，不仅便于开发，而且还可节省用户的电路板空间和制造成本。程序保密性强，有低功耗、宽电压设计，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性能提高。

3.2电源模块的选择

电源模块一般紧要采用全桥整流加电容滤波电路、三端稳压集成电路外接扩流管和开关电源电路。全桥整流加电容滤波电路广泛使用于一些要求不太高的直流电流源中，其驱动能力和后级的滤波电容有关，该电路显著的特点就是能够比较好的满足电流的瞬态相应，而倘若负载要求继续的大电流输出，该电路将无能为力。三端稳压集成电路外接扩流管既利用了稳压集成块良好的稳压性能，又能够有一定的电流输出，在一些高精度的线性稳压电源中被广泛采用，但是效果较差。开关电源的功率器件工作在开关状态，功率损耗小、效率高。与之相配套的散热器体积大大减小，同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。因此采用开关电源的电流源具有效率高、体积小、重量轻等优势。

由于本设计对电源的要求比较高，尤其体今朝对电源的功率和纹波电压的要求上。因此，在这里采用的是开关电源电路。

3.3D/A转换模块的选择

TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把DAC寄存器复位至全零。它是串行输入的10位高精度D/A转换器，因此经转换的最终输出电压可以达到0V～10V。10位D/A，辨别率为1/2048，选采样电阻为15kΩ，D/A输出的辨别率能实现步进0.01A。

3.4软件的选择

protel99SE软件设计系统是一套建立在IBMpC兼容机环境下的EAD电路集成设计软件平台。它具有电路原理图设计、pCB（印制电路板）设计、电路的层次化设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能。

MICROCHIp公司为pIC系列单片机配备了功能强大的软件集成开发系统Mplab，该软件是一个集成多种单片机使用开发工具软件于一体的、功能完备的软件包。

本文采用protel99SE软件设计系统进行pCB板的设计，Mplab进行系统仿真

4数控电流源的单片机程序实现

本文所采用的pIC16F877A单片机是MICROCHIp公司开发的新产品，具有FLASH编程的功能，可以笔直在单片机上进行如暂停CpU执行，观察寄存器内容等操作，是目前使用最广泛的一种pIC单片机。

单片机程序所要实现的功能是：独立键盘对pIC16F877A单片机输入数据，pIC16F877A单片机对获得的数据进行解决，并送到10位数模转换器TLC5615，实现对电流的控制。

在这里采用的是C语言编程，其优势是编写代码效率高、软件调试直观、维护升级方便、代码的重复利用率高、便于跨平台的代码移植等。主程序流程图如图2所示。

5系统探测

本设计要求输出电流范围为0.2A-1A，恒流源模块采样电阻两端电压为200mV-2000mV，由电压值可以推算出数模转换模块的参考电压|Vref|至少为2V（Vref

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