研究基于Proteus的数控恒流源的仿真
数控直流恒流源的设计 (附外文翻译)
数控直流恒流源的设计摘要直流恒流源是提供稳定直流电流的电源装置，是科学实验和设备调试中的一种必备设备。
本文介绍了采用AT89C51单片机为主控制器，通过键盘来设置直流恒流源的输出电流，并由数码管显示电流设定值的数控直流恒流源。
本系统由单片机程控设定数字信号经过D/A转换器输出模拟量，再经过V/I转换电路的转换输出不同的电流。
输出电流范围为10～100mA，电流设置步进为1mA，输出电流调整率≤2%。
本文主要分析了数控直流恒流源系统的设计需求，阐述了数控直流恒流源的软硬件的设计原则，介绍了数控直流恒流源各模块电路的功能及设计思路，完成了数控直流恒流源系统的全部设计，给出了完整的电路图和程序。
本文设计的重点是单片机主控系统和D/A转换电路，设计的难点是高线性、高稳定度的电压/电流转换电路（V/I转换电路）。
测试结果表明，本系统能满足需要高稳定度的小功率直流恒流源领域的应用要求。
关键词数控恒流源 V/I转换ABSTRACTNumerical control DC constant current source is to provide a stable DC power devices, and equipment for scientific experiments debugging necessary equipment. This paper instructed the numerical control DC constant current source which makes use of the AT89C51 version single chip microcontroller is the main controller in this system, while the set value and the real output current can be displayed by LED. In this system, the digitally programmable signal from Single Chip Micro controller is converted to analog value by D/A converter, and then transited by voltage/current converter circuit, so adjustable output different current. Output current range of 10~100mA, current set of 1mA step, the output current adjustment rate of less than 2%.This paper analyzes the numerical control DC constant current source system design needs, expounded numerical-controlled DC constant current source of the hardware and software design principles, instructed the numerical-controlled DC constant current source circuit of the module function and design ideas, completed the numerical-controlled DC current source of all design, and the circuit is complete and procedures. This paper focuses on the design of the control system microcontroller and D/A Conversion Circuit, The difficulty in the design of high linearity, high stability of the voltage/current converter circuit (V/I Conversion Circuit). The test results have showed that it can be applied in need areas of constant current source with high stability and low power.KEY WORDS numerical control constant current source V/I convert目录前言 (1)第1章系统总体设计 (2)1.1 系统设计任务与要求 (2)1.1.1 系统设计任务 (2)1.1.2 系统设计要求 (2)1.2 重点研究内容与实现方法 (2)1.2.1 重点研究内容 (2)1.2.2 实现途径及方法 (3)1.3 系统总体方案设计 (3)1.3.1 主控模块 (3)1.3.2 键盘与显示模块 (4)1.3.3 恒流源模块 (4)1.3.4 存储器扩展模块 (4)1.3.5 电源模块 (5)1.3.6 系统原理框图 (5)第2章系统硬件各功能模块的设计 (6)2.1 主控模块的设计 (6)2.1.1 AT89C51单片机简介 (6)2.1.2 D/A转换电路的设计 (7)2.1.3 恒流源电路的设计 (9)2.1.4 数据存储器的扩展 (10)2.1.5 系统资源分配 (11)2.2 人机接口的设计 (12)2.2.1 键盘的设计 (12)2.2.2 显示电路的设计 (14)2.3 系统抗干扰设计 (15)2.3.1 看门狗电路的设计 (15)2.3.2 电源供电系统的设计 (16)2.3.3 基准电压的设计 (17)第3章控制软件的设计 (19)3.1 主程序的设计 (19)3.1.1 读写EEPROM子程序的设计 (19)3.1.2 键盘处理子程序的设计 (20)3.1.3 D/A转换子程序的设计 (20)3.2 键盘中断服务程序的设计 (21)3.3 显示中断服务程序的设计 (21)3.1.1 正常显示程序模块 (21)3.1.2 闪烁显示程序模块 (21)第4章系统调试 (28)4.1 硬件仿真调试 (28)4.2 软件的调试 (31)4.3 数据测试及误差分析 (35)第5章结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)附录1：电路原理图 (44)附录2：源程序 (48)附录3：英文原文 (62)附录4：中文译文 (69)前言直流恒流源是提供稳定直流电流的电源装置，是科学实验和设备调试中的一种必备设备。
基于单片机的高性能数控恒流源设计与实现
基于单片机的高性能数控恒流源设计与实现作者：夏桂书来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：基于高性能恒流源在现代智能检测领域的广泛应用，论文设计了一种具有高精度和高稳定性的数控恒流源。
通过键盘输入设定输出电流值，由AT89C51编程实现控制和显示，利用DAC转换输出模拟电压，再由运放OPA340控制达林顿管TIP132输出电流。
反馈电阻上的电压值由A/D转换送至单片机处理，单片机再对输出电流进行实时调整，使电流更加稳定。
实测结果表明：本系统在输出电流为10mA～2000mA的范围内，绝对误差为1mA，在50mA以上输出时偏差小于1%，负载调整率优于0.1%。
关键词：数控恒流源单片机 OPA340 TIP132 DAC7512中图分类号：TM932 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0002-02电源技术作为一门工程技术，有着极强的实践性与广阔的应用领域[1]。
当今，电子设备被广泛应用于生活与工作中，而其供电电源质量也直接影响着电子设备的运行质量。
其中恒流源是指为负载提供恒定电流的电源，它被广泛用于精密测量、半导体器件性能测试、传感器供电、产生稳定磁场等，有着较为广阔的发展前景[2]。
本文使用AT89C51作为控制核心，使用软、硬件两种反馈调节方式，使其输出电流具有较高的准确性和稳定性。
1 系统原理介绍本设计可分为单片机系统部分、A/D转换电路、D/A转换电路、恒流电路等几部分组成。
AT89C51通过D/A转换芯片输出设置电流值对应的电压值[3]，经运放OPA340控制达林顿管TIP132输出电流。
电流反馈电阻上的电压值由A/D转换芯片交至单片机分析处理，单片机再对输出电流进行实时调整，使电流更加稳定[4]。
系统原理框图如图1所示。
2 硬件设计2.1 单片机系统单片机系统是该恒流源的核心模块，包括AT89C51单片机、振荡电路、复位电路等[5]。
主要负责读取键盘输入、电流值设设定、控制输出电流、控制LCD显示内容等。
数控恒流源实验报告设计
数控恒流源实验报告设计摘要：本系统是以msp430单片机为控制器,由矩阵键盘、液晶显示器、D/A转换电路、恒流源电路、电流采样电路及直流稳压电源电路组成的数控恒流源实验电路。
该电流源具有输出电流稳定、可调范围输出电流与输入电压呈线性关系的特点。
系统基本工作原理为：键盘设定直流电源的输出电流，单片机通过D/A转换电路控制恒流源的输入电压，由于恒流源输入电压与负载电流的线性关系且负载电流只随输入电压变化而变化从而实现数控恒流的目的，另外单片机通过电流采样电路及A/D转换回检负载电流并通过液晶将采样电流值显示出来。
最后经实验验证，本系统输出电流稳定，不随负载变化而变化。
关键字：键盘、D/A、恒流源、采样电路、A/D一、方案论证与比较1.1直流稳压电源方案一：采用单极开关电源，由220V交流整理后，经开关电源稳压输出。
该方案的优点是电路效率高，但是此方案产生的直流纹波和干扰比较大，而且开关电源结构复杂。
方案二：采用交流电压经桥式电路整流滤波输出，直接进入稳压电路。
此方案的优点是电路简单、容易实现、方便调试，只是该方案功率损耗较大，但是在小型非连续工作系统中这些功耗可以承受。
综合考虑，选择方案二。
1.2恒流源模块方案一：由运算放大器、大功率场效应管、采样电阻、负载电阻等组成恒流源。
此方案既能满足输出电流达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性控制电流。
方案二：可通过由集成稳压器构成开关恒流源来构成恒流电路。
通过三端集成稳压器可构成开关稳压源。
当把电阻设为一定值时，当回路中负载发生变化时可有集成稳压器进行自动补偿从而使输出电流保持不变，但此电路带负载能力及调节精度存在一定难度。
综合考虑，本系统采用了方案一。
集成稳压器构成的开关恒流源电路图如下：二、系统设计2.1系统方案设计本系统以直流电流源为核心，msp430单片机为控制器，通过矩阵键盘来设置直流电源的输出电流，由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换模块输出模拟量，控制直流电流源的输入电压，随着输入电压的变化而输出不同的电流，设置步进等级可达1mA。
基于数控直流电流源系统的设计
基于数控直流电流源系统的设计摘要：随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，人们对数控恒定电流器件的需求越来越高。
应社会发展的需求，对基于单片机控制的“数控直流电流源的设计”进行研究论证，并运用Proteus 软件进行仿真。
以直流稳压电源和稳流电源为核心，结合单片机最小系统实现对输出电流的控制。
首先采用了单片集成稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元件实现稳流。
为实现对输出电流的精确控制：一方面，通过Ｄ／Ａ输出实现电流的预置，再通过运算放大器控制晶体管的输出电流；另一方面，运用Ａ／Ｄ转换器件将输出电流的采样值送入单片机，与预置值进行比较，将误差值通过Ｄ／Ａ转换芯片添加到调整电路，从而进一步降低了输出电流的纹波。
Abstract：The requiements of numerical controlling constant current devices is increasing as development of electronic technology and expanding of digital circuit applicational field. As to satisfy society development, do a study based on " Numerical control dc current source design " of SCM controlling and apply Proteus to simulating software.DC（digital current ）V oltage regulator and DC current regulator is the key part of the design，its output current is controlled by single chip microprocessor,Firstly,single chip IC（integrated circuit）V oltage regulator LM338K is used to generate stable voltage, and then desperate devices is used to generate stabilize current . Tocontrol the output current ，on one hand ,system sets output current by D/A（digital／analogue converter and controls current of transistor by operational amplifier ；on the other hand ，with the help of A/D（analogue／digital）converter，system samples the output current and convert it into digital data ，compares it with preset value ，converts the error value into analogy and puts it on adjusting circuit ，and decreases the ripple of the system output current ．目录1 引言 (1)1.1 数控直流电流源的发展现状 (1)1.2 数控直流电流源的研究意义 (1)1.3 该研究解决的主要内容 (1)2 设计任务及要求 (1)2.1任务 (1)2.2 设计思路 (2)2.3 方案论证 (2)2.4 总体方案设计 (2)3 硬件系统的设计 (3)3.1 硬件系统的模块 (3)3.1.1 单片机最小系统 (3)3.1.2 自制电源模块 (5)3.1.3 显示模块 (5)3.1.4 键盘模块 (7)3.1.5 电流源模块 (8)3.1.6 负载模块 (8)3.1.4 D/A、A/D转换模块 (8)3.2 系统的原理图 (9)4 软件系统的设计 (10)4.1 单片机资源使用情况 (10)4.2 软件系统的模块 (10)4.3 程序流程图 (11)4.4 程序清单 (15)5 仿真测试及结果 (15)5.1 设计结论及使用方法 (15)5.2 仿真结果 (15)5.2.1 输出电流范围仿真 (15)5.2.2 步进调整仿真 (17)5.2.3 输出电流仿真 (17)5.3 误差分析 (18)6 总结 (20)参考文献 (21)谢辞 (22)附录 (23)1 引言1.1 数控直流电流源的发展现状电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。
基于STM32的数控电流源设计
摘要电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各个行业。
随着计算机和通讯技术发展而带来的现代信息技术革命，给电源技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源技术提出了更高的要求。
现在市场上数控电流源的存在输出精度不高，功率密度比较低，带负载能力不强，体积大，价格较高，操作繁琐，工作状态不稳定等弊端，因此数控电源的主要发展方向是针对上述缺点不断改善。
数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。
所以，高精度的数控直流电流源有很大的发展空间。
在本设计中将采用STM32单片机为系统的主控制器,能够实现多功能、宽范围、可调节等诸多功能，为更好的实现恒流提供条件，完成数控电流源的设计。
STM32片内集成的A/D转换器、D/A转换器和PWM发生模块降低了系统复杂程度，使系统简单，可靠，低价。
关键字：电源技术；数控电流源；STM32；数字化ABSTRACTPower technology, especially CNC power technology is one engineering technology with strong practice, it services for every field. Modern information technology revolution, that brought with the development of computer and communications technology, provides a broad development prospects, but also makes a higher demands in power supply technology. At the present time CNC current source on the market exists some shortcomings, such as output precision is not high, the power density is relatively low, capacity with a load is not strong, bulky, expensive, complicated operations, instability working state and so on. So the major develop direction of CNC power is specialized for these shortcomings, and to reform them. Digital intelligent power modules is made against the lacking of traditional intelligent power modules, digitize can reduce uncertainty and human participating quantity of links in the production process, and resolve some engineering problems effectively, such as reliability, intelligence, product consistency problem and so on, and greatly improve production efficiency and maintainability of the product. Therefore, high-accuracy CNC DC current source has a lot of space to develop. In this design,STM32 MCU will be used as the main controller of the whole system, it can achieve the multi-function, wide range ,adjustable, and many other functions, providing better conditions for achieving constant current and completing the design of CNC current source. It integrates A/D converter, D/A converter and PWM module in STM32 chip, thus reducing complexity of the system, keep the system simple, reliable and low price.Key words:Power technology; Numerical control current source; STM32; digital目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章 (1)1.1 数控电流源项目的目的和意义 (1)1.2 数控电流源在国内外的发展概况 (2)1.3 基于STM32的数控电流源的设计的内容 (4)第2 章 (5)2.1 数控电流源的核心技术原理 (5)2.2 方案的总体设计 (6)2.2.1 数控电流源的主控芯片的选择 (6)2.2.2 基于STM32的数控电流源系统结构 (8)2.2.3 恒流源模块电路的方案讨论 (9)2.3 本章小结 (9)第3章基于STM32数控电流源的硬件电路设计 (10)3.1 恒流源模块电路的设计方案 (10)3.1.1 以LM350A为恒流源模块的核心元件的恒流源电路 (10)3.1.2 数控宽范围调整、大电流输出恒流源电路 (14)3.2 数控部分 (16)3.3 供电电源 (18)3.3.1 三端稳压器 (18)3.3.2 供电电源电路 (19)3.4 本章小结 (20)第4 章 (21)4.1 主程序设计 (21)4.2 负载电流取样子程序设计 (22)4.3 键盘中断程序设计 (23)4.4 LCD1062显示程序设计 (24)4.5 本章小结 (24)结束语 (25)参考文献 (26)致谢 (28)附录 (29)附录A (29)附录B (31)第1章引言1.1 数控电流源项目的目的和意义电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各个行业。
2017毕业论文-数控恒流源的设计
2017毕业论文-数控恒流源的设计2017毕业论文-数控恒流源的设计兰州工业高等专科学校毕业论文摘要恒流源,是一种能够向负载提供恒定电流的电源。
恒流源的应用范围非常广泛,并且在许多情况下是必不可少的。
本文设计了一种基于单片机控制的数控直流恒流源。
该恒流源以AT89S52为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07和达林顿管TIP122构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及12位D/A芯片MAX532、16位A/D芯片AD7715，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制。
人机接口采用4×4键盘及LED数码管显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。
在软件设计上采用增量式PID控制算法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。
该系统已基本达到预期的设计目标，具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点，可以应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。
关键词：恒流源；AT89S52；PID控制算法；数字控制。
The abstract Constant current, is one kind can provide theconstant current to the load the power source.The constant current application scope is extremely widespread, and in many situations is essential.This article has designed one kind the numerical control cocurrent constant current which controls based on the monolithic integrated circuit. This constant current take AT89S52 as the control core, has used operational amplifier OP07 and Darington which Gao Gongmu the rejection ratio low temperature floats manages the TIP122 constitution constant current the main body, matches by the high accuracy sampling resistance and 12 D/A chip MAX532, 16 A/D chip AD7715, has completed the monolithic integrated circuit to the output current real-time examination and the real-time control. The man-machine connection uses 4×4 the keyboard and the LED nixietube monitor, the control interface is direct-viewing, is succinct, has the good man-machine interaction es the increase type PID control algorithm in the software design, namely the digital controller output only is controls the quantity the increase. This system had achieved basically the anticipated design goal, has the function strongly, the performance reliable, the volume small, the electric circuit simple characteristic, may apply in needs the high stability the low power constant current domain. Key word: Constant current;AT89S52; PID control algorithm; Numerical control. 目录第1章绪论5 第2章系统的总体设计6 2.1 设计指标要求6 2.2 总体方案的选取及系统6 2.2.1 方案一：6 2.2.2 方案二：7 第3章系统的硬件设计8 3.1 单片机的功能介绍8 3.1.1 主要功能特性：8 3.1.2 引脚功能说明8 3.1.3 时钟电路及复位电路11 3.2 恒流源基本设计原理与实现方法13 3.2.1 引起稳定电源输出不稳定的主要原因13 3.2.2 恒流源的基本设计原理14 3.2.3 系统电源设计15 3.3 A/D 模块选择16 3.3.1 AD7715简介16 3.3.2 硬件电路设计18 3.4 D/A 模块选择19 3.4.1 MAX532简介19 3.4.2 硬件电路设计21 3.5 键盘接口电路设计22 3.5.1 键盘工作方式23 3.5.2 接口电路设计23 3.5.3 按键抖动及消除24 3.6 显示器接口电路设计25 第4章系统的软件设计27 4.1 控制算法27 4.2 软件流程图29 4.2.1 主程序流程图29 4.2.2 键盘中断子程序30 4.2.3 显示中断子程序31 第5章总结33 致谢34 参考文献35 附录A 总电路图36 第1章绪论恒流源,是一种能向负载提供恒定电流之电路。
基于PROTEUS的数控恒流源设计与仿真
的设计和仿真 ， 利用软件 中提供的虚拟分析仪 观
察输入输出波形 ， 验证了设计的可行性。据此制作 的４ ０ ｍＡ硬件 电路在通用二次仪表开发中得 以 广泛应用。
当 为 低 电平 时 ， 每 一 个 Ｓ Ｌ 在 Ｃ Ｋ时钟 的上
Ｉ 路 的模块化。Ｄ 为 Ｌ ５—Ｖ 高精度电压基准 升沿通过 Ｄ Ｎ将一位数据输入。有效数据输入完 １ Ｍ３８ １ ２ 毕后 ， Ｌ Ｓ Ｋ的上升沿将 １ Ｃ ０位有效数据锁存于 ｌ ｏ 源 。本 设 计 中 Ｔ Ｃ ６５转 换 器 电压 增益 为 ２ Ｌ ５１ ，最 大输出电压为 ２ 倍的基准电压，即 ２ 刚 ．Ｖ 。 ４ 位 Ｄ Ｃ寄 存器 ， Ｄ Ｃ电路进行转 换。当片选 Ａ 供 Ａ
２１ ｏ ２年 ６月 繁 ６期
电 子 灞 试
ＥＬ ＥｃＴＲＯＮＩ ＴＥｓＴ Ｃ
ｄｕｎ． ２ｏ１ ２ Ｎｏ． ６
基于Ｐ ＲＯＴ ＵＳ Ｅ 的数控恒流源设计 与仿真
夏云生 ，徐桥松
（ 中石化管道储运公司襄阳输油处， 湖北襄阳 ４ １０ ） ４０２
摘要 ：为了克服传 统单片机开发过程 中存在 的硬件成本高、 开发速度慢等诸多弊端， 介绍了采用Ｅ Ａ Ｄ 仿
Ｘｉ ｇ ａｇ ４ １ ０ ， Ｃ ｉａ ａ ｙｎ ４ ０ ２ ｎ ｈｎ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｖ ｉ ｈ ｅ ｅ ｔ ｏ ｇ ａ ｄ ｒ ｏ ｔ ｓｏ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ａｅ ｅ ｃ ｉ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌｄ ｓ ｎ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｒ ｅ Ｏ ａ ｏ ｄ ｔ ｅ ｄ ｆ ｃ ｓ ｆｈｉｈ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｃ ｓ． ｌ ｗ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｒ ｔ ｔ ｎ ｔａ ｉｉ ａ ｅｉ ｏ ｇ ｏ ｅ Ｓ ｎ ｌ ｉ ｉ ｒ ｃ ｍ ｐ ｔ ｒ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｆＤ ｉ ｉａｌ ｏ ｔ ｏ ｅ ｎ ｔ ｎ —Ｃｕ ｒ ｎ ｏ ｒ ｅ Ｂａ ｅ ｉ ｆｔ ｉ ｇ ｅ Ｃｈ ｐ Ｍ ｃ ｏ ｏ ｈ ｕ ｅ ， ｈ ｙ ｔ ｍ ｏ ｇ ｔｌ Ｃ ｎ ｒ Ｕ ｄ Ｃｏ ｓａ ｔ ｙ ｒ ｅ ｔ Ｓ ｕ ｃ ｓ ｄ Ｏ＇ １
基于89C51单片机的数控直流电源外围电路设计_闫俊岭
设计要点 2。OP 放大器输出接调整管 B 极，因 此 OP 输出电压要比电源设计的输出 最 大 值 高 出 1． 2 V（ 2 个 PN 结 UBE数值） ，因此 OP 放大器供电设 计 ± 15 伏，则输出范围 ± 12 V，可以实现调整管输 出 10． 8 V。如果设计要求超出此范围，则电路需要 改动，如图华
（ 重庆科创职业学院 机电技术中心，重庆 402160）
摘 要： 对基于 89C51 单片机的数控直流电源外围电路设计做了介绍。采用 proteus 互动仿真手段，多方案比较解
析电流源与电压源设计要领，对 DAC 与 ADC 接口、调整管控制、电压与电流采样、比较放大器的电路设计进行了分
直流稳压电源按照功率管工作状态，分为线性 稳压电源、开关稳压电源 2 种。鉴于电类专业课程 设计的需要，本文重点解析线性稳压电源之关键设 计，如与 OP 放大器设计联系密切的部分，希望对读 者制作该项目或写论文有所帮助。
1 设计要求的性能指标与测试方法
稳压电源的技术指标分为 2 种［1］： 一种是特性 指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及 输出电流调节范围等； 另一种是质量指标，用来衡量 输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（ 或电压
第 40 卷第 4 期 2013 年 8 月 25 日
数字通信 Digital Communication
DOI： 10． 3969 / j． issn． 1001-3824． 2013． 04． 016
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研究基于Proteus的数控恒流源的仿真
基于Proteus的数控恒流源仿真研究
0 引言
在测试计量、半导体性能测试等许多工业和科学实验领域都会用到恒流源，研究并设计一款智能化的高精度恒流源具有十分广泛的应用价值。
但在一个电子产品研制过程中，必须反复进行设计、试制和调试，而实物试制和调试是一项费时和费力的工作，往往是事倍功半，导致系统开发周期长，成本高。
随着大规模集成电路和计算机的迅速发展，计算机仿真技术彻底改变了以往电子系统设计中完全依靠人工进行参数计算、电路实验、实物试制和系统调试的传统设计方法，利用EDA 仿真软件，对已存在的系统或设想中的不同设计方案在计算机上进行仿真分析，同时与实物试制和调试相结合，从而优化元件参数，提高系统性能，最大限度地降低了设计成本，缩短了系统研制周期。
Proteus 是一款功能强大的系统设计辅助类EDA仿真软件，采用该软件对数控恒流源进行设计、分析、研究和
实验，可以达到研制和开发实际电子产品的目的。
本文研究采用Proteus 仿真软件，利用单片机技术进行数控恒流源开发的方法。
1 系统概述
单片机技术的普及使电子产品进入了智能化时代，以单片机为核心的数控恒流源整体设计方案如图1.本系统主要包括矩阵键盘输入模块、数控模块、恒流电路模块、电流采样模块、串口通信模块、PC 监控界面。
设计输出电流范围20~ 2 000 mA, 步进2 mA.
图1 数控恒流源系统结构
该系统采用矩阵键盘作为人机接口，从键盘输入设定电流，单片机读取设定值，显示在LCD 上，进行相应的数据处理后，将控制信号送给D/ A, 输出相应的电压值，再通过V/ I 转换将该电压转换为相应的输出电流提供给负载，取样电路将实际输出电流转换为电压通过A/ D 转换和数据处理
显示在LCD 上，LCD 上同时显示设定电流值和采样值，以便进行比较以及相应的控制和调试。
2 硬件设计
2. 1 数控部分设计
单片机、矩阵键盘和D/ A 转换电路构成典型的数控单元电路，采用10 位的串行D/A 转换芯片TLC5615 进行数模转换。
独立按键编程简单，但占用I/ O 口资源，不适合在按键较多的场合应用。
本设计中需要用到14 个功能按键，包括0~ 9 共10 个数字键、"取消"、"确认"以及"步进加减"按键，在这种情况下如果用独立按键显然太浪费I/ O口资源，为此我们引入
了矩阵键盘。
用四条I/ O 线作为行线，4 条I/ O 线作为列线，共8 根数据线和单片机接口。
在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键，这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。
下面以函数的形式给出了一个简短而高效的键盘扫描程序。
从键盘输入设定电流值，并在LCD 的第一行显示，单位为mA, 按“确认”键后，单片机将输入的数值转换成相应的数字量
送给D/ A 转换芯片T LC5615。
假设输入电流值为m 时对应的数字量
为x , 采用10位D/A 的最大控制字为1 023, 为计算方便，设满量程2 000 mA 对应的最大数字量为1 000, 则有比例关系式( 1)：
根据上式可知送给T LC5615 的数字量控制字x 应为0. 5 ×m, 且可达到的输出
最小步进值为2 mA, 即电流控制字每变化1, 电流变化2 mA.如果要达到1 mA 的步进值则需要采用12 位的D/A 芯片。
控制字1000 对应2 000 mA 电流，取样电阻为1 Ω 时即对应2 V 电压输出，由于T LC5615 的最大输出数字量为1023, 根据T LC5615 的控制字与输出电压关系式可知：
求得D/ A 转换器的基准电压应取U REF= 1. 023 V.
T LC5615 使用固定增益为2 的运放缓冲的电阻串网络，把10 位数字数据转换为模拟电压，其输出电压范围为0 V至
2×V REFV, 即最大输出电压为参考电压的2 倍。
这里T LC5615 的参考电压取1. 023 V , 满量程输出为2. 046 V, 采用1Ω的取
样电阻时，最大输出电流为2 046 mA, 可以满足设计要求。
为了提高测量的稳定性和准确性，采用专用的电压基准芯片TL431 为T LC5615 提供基准电压，并在Proteus中进行仿真实验。
电路如图2 所示，在制作实际电路时，图中的可调电阻采用精密多圈电位器。
图2 电压基准电路
2. 2 恒流电路的设计
恒流电路的主要作用是将数控部分送来
的电压转换成恒定的电流输出，提供给负载。
转换电路由高精度集成运算放大器
LM358、功率场效应管IRF530 和采样电阻构成，如图3 所示。
将数控部分的模拟输出电压Ui 作为LM358 的输入量，取样电阻的电压反馈到LM358 的反相输入端，该电路构成了典型的电流串联负反馈，根据反馈理论，由于集成运放的开环增益很大，所以该电路为深度负反馈，即输入电压Ui与取样电阻R 上的反馈电压Uf 相等，可由式(3) 得：
图3 电流源电路。
即输出电流IO 只取决于数控输出电压Ui 和取样电阻R 的大小，而与负载无关，且负反馈具有稳定输出电流的功能，如能够提供稳定的输出电压和精密的取样电阻，则可得到纹波很小的恒定电流。
仿真结果表明该电路有很好的恒流效果。
实际设计电路时，为了达到更稳定的输出，可在LM358 和IRF530 之间加入RC 滤波。
仿真实验表明，LM358( U2:A) 采用+ 5 V 电源供电时达不到要求的电流。
为满足设计要求，可采用+ 12 V直流电源供电。
此外，要达到2 000 mA 的输出电流，应采用大功率且温度系数小的取样电阻，对于高精度的应用可采用康铜或锰铜丝作为取样电阻，如果精度要求不高，也可采用水泥电阻。
由于集成运放不可能提供很高的电流，因此设计中采用功率场效应管IRF530 进行扩流，IRF530 在散热良好的条件下可以提供14 A 的电流，导通电阻仅为0. 18Ω , 满足设计要求。
同时需要大功率的电源为其供电，根据设计的最大电流和负载值来确定电源参数。
经仿真实验，若负载在0~ 10 Ω，采用+ 24 V 电源可以满足设计要求，并有一定余量，因此实际设计时可以采用+ 24 V/ 3 A 的直流稳压电源。
由于IRF530 漏电流的存在，最小输出电流不为零，仿真实验表明该值大约在20 mA 左右。
2. 3 电流采样模块设计
电流采样也就是将实际输出的电流测量
出来并显示在LCD 上，其基本原理是采集取样电阻上的电压，并根据取样电阻的值将其换算为相应的电流，这里采用10 位串行A/ D 转换芯片T LC1543 采集电压。
为实现高精度的测量，仍采用TL431 作为电压基准，基准值为2 V .值得一提的是，若要求负载接地，则负载和取样电阻的位置应调换，此时，测量取样电阻两端电压时，需用差分放大器进行差分到单端的转换。
2. 4 过流保护电路
为了防止外界干扰造成瞬间电流过大损
毁器件，设计过流保护电路，采用专用电压比较器LM311 实现，比较器的参考电压根据最大电流以及取样电阻的阻值确定，当正常工作时比较器输出低电平，过流时输出高电平，单片机根据监测到的电平变化触发中断将输出电流置零。
3 软件设计
软件设计包括单片机的C51 编程和PC 端基于LabVIEW 的监控程序两部分。
单片机的C51 编程实现如下功能，在图2 中按数字键输入设定电流，之后按" 确认"键，如输入错误，可随时按"取消" 键，取消本次操作; LCD 第一行显示设定值，第二行显示实际测量值，如果实测值未达到所需值，可以按步进加减键进行微调，使输出值最终满足要求。
软件设计的核心是识别键值，并通过适当的数据处理完成数据的输入、显示和电流控制功能。
图4 计算机监控界面
通信功能已经成为仪器仪表的重要功能之一，利用串口通信功能，计算机可以对恒流源的输出电流进行监测，并可以在PC 上对恒流源进行远端控制。
我们采用LabVIEW 编写了计算机监控程序，并利用虚拟串口与Proteus 进行了通信仿真调试。
PC 端的控制界面如图4 所示，设置好通信参数后，输入设定电流并确定即可，前面板同时显示出当前仪器实际输出的电
流值。
4 结束语
经过仿真实验，在理论上证明了本文所述数控恒流源设计方案的可行性。
在仿真成功的前提下，我们设计并制作了实际电路，经实际测试，与仿真结果十分接近，满足了设计要求。
可见在借助Proteus 仿真技术进行电子系统的设计，可以提前发现设计的错误，极大的提高开发效率、降低开发成本。