数控直流电流源设计报告.doc

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1、数控直流电流源一、设计任务和技术要求1.设计一个数控直流电流源。2.输出电流0～99mA，手动步进1mA增、减可调，误差不大于0.01mA。3.具有输出电流大小的数码显示。4.负载供电电压+12V，负载等效阻值100Ω。5.电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性。6.设计电路工作的直流供电电源电路。二、系统原理概述本设计要求设计出一个数控的直流电源，并且输出电流为0～99mA，可以手动控制增减。在此采用数模转换的原理，只要产生与0～99mA电流相对应的数字量（我们取数字量为0～99），再使用D/A转换器转换为模拟电压量，最后再用V/I转换器将电压量转换为与电压量相对应

2、的电流量即可。为控制输出电流手动步进为1mA增、减可调，我们只要保证数字量（0～99）——电压量（0～9.9V）——电流量（0～99mA）相对应，通过控制数字量手动增减步进为1可调即可。综上，整个系统的原理框图如图一所示：图一系统原理框图电压—电流转换单元手动增减数字量产生单元D/A转换与精度调节单元数码显示单元直流稳压电源电路单元三、方案论证1.直流稳压电源电路单元小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。如图二所示：负载稳压电路滤波电路整流电路变压器图二稳压电源组成示意图方案一：输出可调的开关电源开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高

3、，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本设计中不适合此方案。方案二：由固定式三端稳压器组成由固定式三端稳压器（7805、7812、7912）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它们的输入端接电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，并且此电路也比较稳定，实现简单。因此在此采用方案二，电路原理图如图三所示：图三固定三端式直流稳压电源电路1.手动增减数字量产生单元方案一：74LS163为可预置的4位二进制同步加法计数器。采用两片74LS163运用反馈清零或者反馈置数法构成

4、十进制计数器，再将两片73LS163构成2位十进制加法计数器。电路结构较为简单，实现方便，电路图如图四所示。但由于要求电流值增、减可调，而此方法只实现增可调，减可调无法实现，所以不采用此方案。图四74LS163数字量产生电路方案二：74LS192是同步十进制可逆计数器，使用它可以很容易的产生可加可减的十进制数字量。因此此模块采用两片74LS192来产生两位十进制数字量，再通过按键控制电路来控制数字量的加或者减。电路原理图如图五所示：图五74LS192数字量产生电路3.数码显示单元CC4513是一种BCD七段显示译码器、驱动器，它可以把BCD码直接译成七段码，并输出驱动七段

5、显示数码管来显示0～9十进制数码。同时具有消隐输入、锁存以及试灯功能。由于CC4513输出七段码为高电平有效，所以我们必须选用共阴数码管，并且数码管要采用相应的限流措施。这里可以有两种限流方式：1)每笔段串电阻限流，如图六（a）所示，此种方式连接电阻较多，因此较之第二种线路较复杂，但具有显示亮度均匀的优点。1)公共端串电阻限流，如图六（b）所示。此种方式线路连接简单，但显示亮度不均匀，显示不同数值时亮度会有所变化。因此我们不采用此方式。（a）（b）图六限流方式示意图综上，采用CC4513的数码显示电路如图七所示：图七数码显示单元电路4.D/A转换单元电路DAC0832是采

6、用先进的CMOS/Si-Cr工艺制造而成的双列直插式电流输出型八位数-模转换器。其内部电路为R-2R倒T形电阻转换网络，在数字量的作用下，转换网络通过对基准电流的分流作用，转换成对应于输入数字量的模拟（电流）量输出，从而完成D/A转换。方案一：使用一片DAC0832对前面数字量产生电路所产生的8位数字量进行转换，此方案简单快捷，电路图如图八所示。但是由于前面所产生的数字量为2位十进制数字量（即BCD编码的8位数字量），并非是8位二进制数字量，所以经由DAC0832转换得到的模拟量并非线性的，会产生跳跃，无法满足题目的第五点要求：电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性。

7、图八D/A转换单元电路（单片DAC0832）方案二：采用两片DAC0832对前面所产生数字量的高4位和低4位分别转换，然后再经由信号放大处理，使用加法器对转换得到的两个模拟电压值进行相加运算，从而得到所要求的电压值。此种方案在达到题目的要求的前提下，电路较为简单，实现起来也比较容易。因此我们采用此种方案。最终的D/A转换单元电路如图九所示：图九D/A转换单元电路（两片DAC0832）5.V/I转换器将一个电压源信号线性地转换为电流源信号，在仪器仪表及自动化系统设计中经常会遇到。有很多技术资料介绍了各种各样的电压电流转换器（V/