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1、数控直流电流源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099mA，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100。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 099mA 电流相对应的数字量（我们取数字量 为099）,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 压量相对应的电流
2、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（099） 电压量（09.9V） 电流量（099mA）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：D/A转换梢度调节单元电压一屯流转换单元手动増减数字 量产生单元数码显 示单元直流稳压电源电一路单元系统原三、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：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，输 出功率大；且 容 易实现短 路保护与过流保护
3、，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。*i平壬图三固定三端式直流稳压电源电路方案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V输入脚V.和接地脚GND组成，它们的0、i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 ：2. 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，
5、并输 出驱动七段显示数码管来显示09十进制数码。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。2）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DAC0
6、832 是采用先进的 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
7、的 线性 控制特性。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/I 转换器），各有特色。对这种电路的基本要求是：1. 输
8、出电流与输入电压成正比；2. 输出电流为恒流源。 即当负载电阻在规定范围内变化时， 输出电流保持不 变， ；3. 输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。方案一：如图十（a）所示，运放的负反馈条件成立，故“虚短路”概念成立。同相端电压： U V ，反相端电压： U I RS ，虚短路： U U V I RSVI 。可见负载电流 I 与 V 成正比，且与负载 RL 无关。RS运放我们采用意法半导体公司的TS982,它的输出电流在100mA200mA之间，完全能 够满足要求。方案二：如图十（b）所示，在（a）的基础上稍加修改，使用三极管S8050进行扩流， 则输出电流I主要决定于三极管的输出电
9、流，S8050的输出电流最大有1.5A,完全满足使用 要 求。运放考虑到前面D/A转换电路中使用到5个运放需用到两片LM324,而一片有4个，所 以前面有多余的运放未使用，为节约成本，这里就可以使用前面 LM324 上多余运放。图十 V/I 转换器四、参数计算1. D/A 转换单元电路如图九所示Rfb为DAC0832的内部电阻，R为DAC0832内部R 2R电阻网络的阻值，Rf 1为电 阻R1与可调电阻Rp1的串联阻值，Rf2为电阻R2与可调电阻Rp 2的串联阻值。RfbR 15K2)3）2RE6?RfRRf1取 V1 0.9V ，所以我们可以取 R1 50K取 V29V ， VREF5V ，
10、所以我们可以取 R2 700K7 D. ?2iii0VREF 57 V ， Di?2i 9 ，则计算得 Rf1 61.8KREFi0i0， Rp1 20K7 Di?2i 9 ，则计算得 Rf2 753Ki0Rp2100K运算放大器a3与电阻r3,R4，R5组成加法电路，输出电压计算公式为:R3R4R5时，有关系式：VoV1V22. V/I 转换单元所以我们可以取 R3 R4 R5 10K电路如图十（b）所示运放的负反馈条件成立，故“虚短路”概念成立。同相端电压： U V ；反相端电压： U I RS；虚短路： U U V I RSIV。可见负载电流I与v成正比，且与负载Rl无关。我们取 V 9
11、.9V， I 99mA ，所以计算得 RS 100五、元器件清单、调试用仪器设备清单元器件清单器件名称型号数量备注三端稳压器780517812179121TTL计数器74LS1922运算放大器LM3242DA转换器DAC08322BCD/七段译码器CC45132共阴数码管/2变压器5V，20W115V，20W1二极管IN40078三极管S80501自锁式开关/1按键/2即会自动弹起的电容470uF30.33uF30.1uF3电阻10K350K1700K1100Q2300Q161K2可调电阻20K1100K1仪器设备清单仪器设备名称型号数量数字示波器1数字万用表1毫伏表1六、 附录总原理图nnM-HII*1II1uP-D OD OIi oL UmH
