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(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20~2000mA，步進2mA。

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 恒流電路的設計

恒流電路的主要作用是將數(shù)控部分送來的電壓轉換成恒定的電流輸出， 提供給負載。轉換電路由高精度集成運算放大器LM358、功率場效應管IRF530 和采樣電阻構成， 如圖2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， 該電路構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 上的反饋電壓Uf 相等， 可得：

圖2 電流源電路

3 過流保護電路

為了防止外界干擾造成瞬間電流過大損毀器件， 設計過流保護電路， 采用專用電壓比較器LM311 實現(xiàn)， 比較器的參考電壓根據(jù)最大電流以及取樣電阻的阻值確定， 當正常工作時比較器輸出低電平， 過流時輸出高電平， 單片機根據(jù)監(jiān)測到的電平變化觸發(fā)中斷將輸出電流置零。

4 軟件設計

軟件設計包括單片機的C51 編程和PC 端基于LabVIEW 的監(jiān)控程序兩部分。單片機的C51 編程實現(xiàn)如下功能， 在圖2 中按數(shù)字鍵輸入設定電流， 之后按" 確認"鍵，如輸入錯誤， 可隨時按"取消" 鍵， 取消本次操作；LCD 第一行顯示設定值， 第二行顯示實際測量值， 如果實測值未達到所需值， 可以按步進加減鍵進行微調， 使輸出值最終滿足要求。軟件設計的核心是識別鍵值， 并通過適當?shù)臄?shù)據(jù)處理完成數(shù)據(jù)的輸入、顯示和電流控制功能。

圖3 計算機監(jiān)控界面

5 結束語

經過仿真實驗， 在理論上證明了本文所述數(shù)控恒流源設計方案的可行性。在仿真成功的前提下， 我們設計并制作了實際電路， 經實際測試， 與仿真結果十分接近， 滿足了設計要求?？梢娫诮柚鶳roteus 仿真技術進行電子系統(tǒng)的設計， 可以提前發(fā)現(xiàn)設計的錯誤， 極大的提高開發(fā)效率、降低開發(fā)成本。