數(shù)控直流電流源課程設(shè)計(jì)與制作

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)題目：數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)與制作、主要內(nèi)容及要求1 功能與主要技術(shù)指標(biāo)(1)輸出電流：0s 1A步進(jìn)可調(diào)，調(diào)整步距 4mA誤差W0.1mA( 2)輸入電壓：12V；( 3)顯 示：輸出電壓值用LED數(shù)碼管顯示；( 4 )電流調(diào)整：由“ +”、“- ”兩按鍵分別控制輸出電流的步進(jìn)增減；(5)輸出電流預(yù)置：輸出電流可預(yù)置在Os 1A之間的任意一個(gè)值；( 6) 其 它：自制電路工作所需的直流穩(wěn)壓電源，輸 入電壓為± 12V，+5V；三、進(jìn)度安排任務(wù)設(shè)計(jì)2012年3月12日一2012年3月16日練習(xí)制作2012年3月19日一2012年3月23日數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)與制作、設(shè)

2、計(jì)任務(wù)和技術(shù)要求1、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控直流電流源2、輸出電流01A,手動(dòng)步進(jìn)4mA增、減可調(diào)，誤差不大于0.1mA3、負(fù)載供電電壓+ 12V,負(fù)載等效阻值10歐姆；4、電路應(yīng)具有對(duì)負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流較好的線性控制特性；二、總體設(shè)計(jì)方案原理及結(jié)構(gòu)框圖數(shù)控直流電流源共有六部分組成，其中輸出電流的調(diào)節(jié)是通 過(guò)“ +”和“-”兩個(gè)按鍵來(lái)操作的；步進(jìn)電流精確到 0.1A以手 動(dòng)控制可逆計(jì)數(shù)器分別作加，減計(jì)數(shù)；控制數(shù)字量為8位二進(jìn)制碼：增、減變化?？赡嬗?jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)字輸出分兩路運(yùn)行，一路用于驅(qū)動(dòng)數(shù) 字顯示電路，精確顯示當(dāng)前輸出電流值；另一路進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路（D/A轉(zhuǎn)換電路）；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字量按比例，轉(zhuǎn)換成模擬

3、 電流，然后經(jīng)過(guò)射極跟隨器的控制，調(diào)整輸出級(jí)，使輸出穩(wěn)定直流電流。圖2-1電路結(jié)構(gòu)原理框圖三、部分模塊原理及結(jié)構(gòu)圖1、74LS193 芯片74LS193具有同步可逆計(jì)數(shù)功能、異步清零功能、異步并行置 數(shù)和保持功能。BO CO與 是為74LS193級(jí)聯(lián)時(shí)使用的。級(jí)聯(lián)時(shí)只要把低位的CO端、BO端分別與高位的CPU、CPD連接起來(lái)，各芯片的CR 端連接在一起，LD端連接在一起，就可以了。圖3-174LS193引腳排列圖和邏輯功能示意圖輸入輸出注酹 er1 er101XXXXXXX0 0C 0異00XX盤(pán)盤(pán)慫41業(yè)異步并行貫埶1t1XXX加法計(jì)數(shù)a11XXX減4計(jì)數(shù)麗二置綁£BO = 00

4、= 11XXX保持74LSl93<i 表CR異步清零端，高電平有效；LD異步置數(shù)，低電平有效；CPU加法計(jì)數(shù)脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)；CPD減法計(jì)數(shù)脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)；co進(jìn)位脈沖輸出端；BO借位脈沖輸出端。2、D/A轉(zhuǎn)換控制單元電路工作原理：數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用一個(gè) DAC0832集成塊，它是一個(gè) 8 位數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路。由于 DAC0832不包含運(yùn)算放大器，所以需要 外接一個(gè)運(yùn)算放大器相配，才構(gòu)成完整的D/A轉(zhuǎn)換器，低位DAC輸出的模擬量經(jīng)過(guò) 9： 1分流器分流后與高位 DAC輸出模擬量相 加后送入運(yùn)放，具體實(shí)現(xiàn)由 900歐姆和100歐姆的電阻相并聯(lián)分 流實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放將其轉(zhuǎn)換成與數(shù)字端輸入

5、的數(shù)值成正比的模擬輸出 電壓，運(yùn)放采用的是低噪聲的NE5534芯片。DAC0832芯片主要功能引腳的名稱(chēng)和作用如下:圖3-2 D/A轉(zhuǎn)換控制單元DI7DI0 : 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端；ILE :輸入鎖存允許，高電平有效CS片選信號(hào)，低電平有效WR1 WR2寫(xiě)選通信號(hào)，低電平有效 XFER轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，低電平有效Rf :內(nèi)接反饋電阻，Rf=15KQ;I0UT1, I0UT2輸出端，其中I0UT1和運(yùn)放反相輸入相連，IOUT2和 運(yùn)放同相輸入端相連并接地端。Vcc：電源電壓，Vcc的范圍為+5V+15VVref :參考電壓，范圍在-10V+10V;GND接地端。當(dāng)ILE=1,CS=0,WR=0,輸

6、入數(shù)據(jù)d7d0存入8位輸入寄存器中，當(dāng) WR2=0 XFER=0時(shí)，輸入寄存器中所存內(nèi)容進(jìn)入8位DAC寄存器并 進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。當(dāng)DAC0832外接運(yùn)放A構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路時(shí)，電路輸出量 V0和 輸入d7d0的關(guān)系式為：心幷吐°了2；+"2耳3、電壓-電流轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)單元工作原理：由D/A轉(zhuǎn)換控制單元經(jīng)過(guò)死去校正輸出的電壓，通過(guò)A6放大器、N溝道管、電容、電阻處理轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電流圖3-3電壓-電流轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)單元4、克服死去校正電壓?jiǎn)卧ぷ髟恚篋/A轉(zhuǎn)換控制輸出的電壓進(jìn)入克服死去校正單元， 通過(guò)滑動(dòng)變阻器和電阻從而進(jìn)行控制模擬量， 再經(jīng)過(guò)放大器對(duì)這個(gè)模擬電壓進(jìn)行放大，以實(shí)現(xiàn)克服

7、死去電壓校正。圖3-4克服死去校正電壓?jiǎn)卧?、加減計(jì)數(shù)器工作原理：此部分電路主要用兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)作為輸出電壓增和減 的調(diào)整鍵，與可逆計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù)CPU時(shí)鐘輸入端和減計(jì)數(shù) CPD時(shí)鐘輸入端相連，可逆計(jì)數(shù)器采用兩片四位十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)集成塊74LS193芯片級(jí)聯(lián)而成。圖3-5加減計(jì)數(shù)器四、電路系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算公式U0=-(R 13/R P2*Ui +R13/R 11*UrP1)U0=-(V i1 +V2)I d=I dO*(U gs/Vgs(th) -1)l=12/R 9+R1+R1Ub=I*U i/Rp1+12/ R 9+R1+R1五、系統(tǒng)電路原理總圖圖5-1系統(tǒng)電路原理總圖六、元器件清單2宴黑岳一一B ? B 5 S £2 « = < 6 mm元器件名稱(chēng)個(gè)數(shù)元器件名稱(chēng)個(gè)數(shù)74LS193 芯片2N溝道管1DAC0832集成芯塊1整流二極管1進(jìn)位按鍵20.01uF電容1放大器11