摘 要： 介紹了采用EDA 仿真軟件Proteus 開發(fā)的數(shù)控恒流源仿真系統(tǒng)， 分析了系統(tǒng)的硬件電路設計方案和主要程序代碼。

　　該系統(tǒng)主要包括矩陣鍵盤輸入模塊、數(shù)控模塊、恒流電路模塊、電流采樣模塊、串口通信模塊、PC 監(jiān)控界面。該恒流源以單片機為核心， 大功率場效應管IRF530 作為恒流器件， 采用10 位分辨率的A/ D 和D/ A 芯片， 輸出電流為20~ 2 000 mA， 最小分辨率2 mA， 可以同時實現(xiàn)本機按鍵控制和PC 遠程控制。仿真結果表明該設計方案可行， 且可以達到比較好的穩(wěn)定性和較高的精度。

　　0 引 言

　　在測試計量、半導體性能測試等許多工業(yè)和科學實驗領域都會用到恒流源， 研究并設計一款智能化的高精度恒流源具有十分廣泛的應用價值。但在一個電子產(chǎn)品研制過程中， 必須反復進行設計、試制和調試， 而實物試制和調試是一項費時和費力的工作， 往往是事倍功半， 導致系統(tǒng)開發(fā)周期長， 成本高。隨著大規(guī)模集成電路和計算機的迅速發(fā)展， 計算機仿真技術徹底改變了以往電子系統(tǒng)設計中完全依靠人工進行參數(shù)計算、電路實驗、實物試制和系統(tǒng)調試的傳統(tǒng)設計方法， 利用EDA 仿真軟件， 對已存在的系統(tǒng)或設想中的不同設計方案在計算機上進行仿真分析，同時與實物試制和調試相結合， 從而優(yōu)化元件參數(shù)， 提高系統(tǒng)性能， 最大限度地降低了設計成本， 縮短了系統(tǒng)研制周期。Proteus 是一款功能強大的系統(tǒng)設計輔助類EDA仿真軟件， 采用該軟件對數(shù)控恒流源進行設計、分析、研究和實驗， 可以達到研制和開發(fā)實際電子產(chǎn)品的目的。

　　本文研究采用Proteus 仿真軟件， 利用單片機技術進行數(shù)控恒流源開發(fā)的方法。

　　1 系統(tǒng)概述

　　單片機技術的普及使電子產(chǎn)品進入了智能化時代， 以單片機為核心的數(shù)控恒流源整體設計方案如圖1.本系統(tǒng)主要包括矩陣鍵盤輸入模塊、數(shù)控模塊、恒流電路模塊、電流采樣模塊、串口通信模塊、PC 監(jiān)控界面。設計輸出電流范圍20~ 2 000 mA， 步進2 mA.

　　圖1 數(shù)控恒流源系統(tǒng)結構

　　該系統(tǒng)采用矩陣鍵盤作為人機接口， 從鍵盤輸入設定電流， 單片機讀取設定值， 顯示在LCD 上， 進行相應的數(shù)據(jù)處理后， 將控制信號送給D/ A， 輸出相應的電壓值， 再通過V/ I 轉換將該電壓轉換為相應的輸出電流提供給負載，取樣電路將實際輸出電流轉換為電壓通過A/ D 轉換和數(shù)據(jù)處理顯示在LCD 上， LCD 上同時顯示設定電流值和采樣值， 以便進行比較以及相應的控制和調試。

　　2 硬件設計

　　2. 1 數(shù)控部分設計

　　單片機、矩陣鍵盤和D/ A 轉換電路構成典型的數(shù)控單元電路， 采用10 位的串行D/A 轉換芯片TLC5615 進行數(shù)模轉換。

　　獨立按鍵編程簡單， 但占用I/ O 口資源， 不適合在按鍵較多的場合應用。本設計中需要用到14 個功能按鍵，包括0~ 9 共10 個數(shù)字鍵、“取消”、“確認”以及“步進加減”按鍵， 在這種情況下如果用獨立按鍵顯然太浪費I/ O口資源， 為此我們引入了矩陣鍵盤。用四條I/ O 線作為行線， 4 條I/ O 線作為列線， 共8 根數(shù)據(jù)線和單片機接口。

　　在行線和列線的每個交叉點上設置一個按鍵， 這種行列式鍵盤結構能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率。

　　下面以函數(shù)的形式給出了一個簡短而高效的鍵盤掃描程序。

　　從鍵盤輸入設定電流值， 并在LCD 的第一行顯示， 單位為mA， 按“確認”鍵后， 單片機將輸入的數(shù)值轉換成相應的數(shù)字量送給D/ A 轉換芯片T LC5615。