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《研究基于Proteus的數(shù)控恒流源的仿真.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、.....基于Proteus的數(shù)控恒流源仿真研究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(lǐng)域都會用到恒流源，研究并設(shè)計一款智能化的高精度恒流源具有十分廣泛的應(yīng)用價值。但在一個電子產(chǎn)品研制過程中，必須反復(fù)進行設(shè)計、試制和調(diào)試，而實物試制和調(diào)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(shù)徹底改變了以往電子系統(tǒng)設(shè)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(diào)試的傳統(tǒng)設(shè)計方法，利用EDA仿真軟件，對已存在的系統(tǒng)或設(shè)想中的不同設(shè)計方案在計算機上進行仿真分析，同時與實
2、物試制和調(diào)試相結(jié)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(shè)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(shè)計輔助類EDA仿真軟件，采用該軟件對數(shù)控恒流源進行設(shè)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(shù)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(shù)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(shè)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(shè)計輸出電流圍20~2000mA,步進
3、2mA.?.資料........?圖1數(shù)控恒流源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)采用矩陣鍵盤作為人機接口，從鍵盤輸入設(shè)定電流，單片機讀取設(shè)定值，顯示在LCD上，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，將控制信號送給D/A,輸出相應(yīng)的電壓值，再通過V/I轉(zhuǎn)換將該電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出電流提供給負載，取樣電路將實際輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓通過A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理顯示在LCD上，LCD上同時顯示設(shè)定電流值和采樣值，以便進行比較以及相應(yīng)的控制和調(diào)試。2硬件設(shè)計2.1數(shù)控部分設(shè)計單片機、矩陣鍵盤和D/A轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成典型的數(shù)控單元電路，采用10位的串行D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5615進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。獨立按鍵編程簡
4、單，但占用I/O口資源，不適合在按鍵較多的場合應(yīng)用。本設(shè)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，.資料........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(shè)置一個按鍵，這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)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。???.資料........?從鍵盤輸入設(shè)定電流值，并在LCD的第一行顯示，單位為mA,
5、按“確認”鍵后，單片機將輸入的數(shù)值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量送給D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5615。假設(shè)輸入電流值為m時對應(yīng)的數(shù)字量為x,采用10位D/A的最大控制字為1023,為計算方便，設(shè)滿量程2000mA對應(yīng)的最大數(shù)字量為1000,則有比例關(guān)系式(1)：??根據(jù)上式可知送給TLC5615的數(shù)字量控制字x應(yīng)為0.5×m,且可達到的輸出最小步進值為2mA,即電流控制字每變化1,電流變化2mA.如果要達到1mA的步進值則需要采用12位的D/A芯片。.資料........控制字1000對應(yīng)2000mA電流，取樣電阻為1Ω時即對應(yīng)2V電壓輸出，由于TLC5615的最大輸
6、出數(shù)字量為1023,根據(jù)TLC5615的控制字與輸出電壓關(guān)系式可知：??求得D/A轉(zhuǎn)換器的基準電壓應(yīng)取UREF=1.023V.?.資料........?TLC5615使用固定增益為2的運放緩沖的電阻串網(wǎng)絡(luò)，把10位數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓，其輸出電壓圍為0V至2×VREFV,即最大輸出電壓為參考電壓的2倍。這里TLC5615的參考電壓取1.023V,滿量程輸出為2.046V,采用1Ω的取樣電阻時，最大輸出電流為2046mA,可以滿足設(shè)計要求。.資料........為了提高測量的穩(wěn)定性和準確性，采用專用的電壓基準芯片TL431為TLC5615提供基準電壓，
7、并在Proteus中進行仿真實驗。電路如圖2所示，在制作實際電路時，圖中的可調(diào)電阻采用精密多圈電位器。??圖2電壓基準電路2.2恒流電路的設(shè)計恒流電路的主要作用是將數(shù)控部分送來的電壓轉(zhuǎn)換成恒定的電流輸出，提供給負載。轉(zhuǎn)換電路由高精度集成運算放大器LM358、功率場效應(yīng)管IRF530和采樣電阻構(gòu)成，如圖3所示。將數(shù)控部分的模擬輸出電壓Ui作為LM358的輸入量，取樣電阻的電壓反饋到LM358的反相輸入端，.資料........該電路構(gòu)成了典型的電流串聯(lián)負反饋，根據(jù)反饋理論，由于集成運放的開環(huán)增益很大，所以該電路為深度負反饋，即輸入電壓Ui與取樣電阻R上的
8、反饋電壓Uf相等，可由式(3)得：????圖3電流源電路。.資料........即輸出電流IO
