基于Proteus的數控恒流源仿真系統設計

　　摘要： 介紹了采用EDA 仿真軟件Proteus 開發的數控恒流源仿真系統，分析了系統的硬件電路設計方案和主要程序代碼。

　　該系統主要包括矩陣鍵盤輸入模塊、數控模塊、恒流電路模塊、電流采樣模塊、串口通信模塊、PC 監控界面。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，導致系統開發周期長，成本高。隨著大規模集成電路和計算機的迅速發展，計算機仿真技術徹底改變了以往電子系統設計中完全依靠人工進行參數計算、電路實驗、實物試制和系統調試的傳統設計方法，利用EDA 仿真軟件，對已存在的系統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，從而優化元件參數，提高系統性能，最大限度地降低了設計成本，縮短了系統研制周期。Proteus 是一款功能強大的系統設計輔助類EDA仿真軟件，采用該軟件對數控恒流源進行設計、分析、研究和實驗，可以達到研制和開發實際電子產品的目的。

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

　　1 系統概述

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

　　圖1 數控恒流源系統結構

　　該系統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，進行相應的數據處理后，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 轉換和數據處理顯示在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控單元電路，采用10 位的串行D/A 轉換芯片TLC5615 進行數模轉換。

　　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 根數據線和單片機接口。

　　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中I/O 口的利用率。

　　下面以函數的形式給出了一個簡短而高效的鍵盤掃描程序。