数控直流电流源课程设计与制作

课程设计任务书

一、设计题目：数控直流电流源的设计与制作

二、主要内容及要求

1．功能与主要技术指标

（1）输出电流：0∽1A步进可调，调整步距4mA；误差≤0.1mA

（2）输入电压：12V；

（3）显示：输出电压值用LED数码管显示；

（4）电流调整：由“+”、“-”两按键分别控制输出电流的步进增减；

（5）输出电流预置：输出电流可预置在0∽1A之间的任意一个值；

（6）其它：自制电路工作所需的直流稳压电源，输入电压为±12V，+5V；

三、进度安排

任务设计2012年3月12日—2012年3月16日

练习制作2012年3月19日—2012年3月23日

数控直流电流源设计与制作

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0～1A，手动步进4mA增、减可调，误差不大于0.1mA；

3、负载供电电压＋12V，负载等效阻值10欧姆；

4、电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性；

二、总体设计方案原理及结构框图

数控直流电流源共有六部分组成，其中输出电流的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电流精确到0.1A以手动控制可逆计数器分别作加，减计数；控制数字量为8位二进制码：00000000～11111111增、减变化。

可逆计数器的二进制数字输出分两路运行，一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电流值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路）；数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电流，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电流。

图2-1电路结构原理框图

三、部分模块原理及结构图

1、74LS193芯片

74LS193具有同步可逆计数功能、异步清零功能、异步并行置

数和保持功能。

与

是为74LS193级联时使用的。级联时只要把低位的端、端分别与高位的CP U、CP D连接起来，各芯片的CR 端连接在一起, 端连接在一起，就可以了。

图3-1 74LS193引脚排列图和逻辑功能示意图CR异步清零端，高电平有效；

异步置数，低电平有效；

CPU加法计数脉冲输入端，上升沿触发；

CPD减法计数脉冲输入端，上升沿触发；

进位脉冲输出端；

BO CO

BO

CO

LD

LD

CO

借位脉冲输出端。

2、D/A 转换控制单元电路

工作原理：数模转换电路采用一个DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路。由于DAC0832不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器相配，才构成完整的D/A 转换器，低位DAC 输出的模拟量经过9：1分流器分流后与高位DAC 输出模拟量相加后送入运放，具体实现由900欧姆和100欧姆的电阻相并联分流实现。运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用的是低噪声的NE5534芯片。 DAC0832 芯片主要功能引脚的名称和作用如下：

图3-2 D/A 转换控制单元

DI7~DI0：8 位二进制数据输入端； ILE ：输入锁存允许，高电平有效 CS ：片选信号，低电平有效

WR1，WR2：写选通信号，低电平有效 XFER ：转移控制信号，低电平有效 Rf ：内接反馈电阻，Rf=15KΩ； IOUT1，IOUT2：输出端，其中 IOUT1 和运放反相输入相连，IOUT2 和运放同相输入端相连并接地端。

Vcc ：电源电压，Vcc 的范围为+5V~+15V ； Vref ：参考电压，范围在-10V~+10V;

BO

GND：接地端。

当ILE=1,CS=0,WR=0，输入数据d7~d0 存入8 位输入寄存器中，当WR2=0，XFER=0 时，输入寄存器中所存内容进入8 位DAC 寄存器并进行D/A 转换。

当DAC0832 外接运放A 构成D/A 转换电路时，电路输出量V0 和输入d7~d0 的关系式为：

3、电压-电流转换驱动单元

工作原理：由D/A转换控制单元经过死去校正输出的电压，通过A6放大器、N沟道管、电容、电阻处理转换成稳定直流电流。

图3-3 电压-电流转换驱动单元

4、克服死去校正电压单元

工作原理：D/A转换控制输出的电压进入克服死去校正单元，通过滑动变阻器和电阻从而进行控制模拟量，再经过放大器对这个模拟电压进行放大，以实现克服死去电压校正。

图3-4 克服死去校正电压单元

5、加减计数器

工作原理：此部分电路主要用两个按钮开关作为输出电压增和减的调整键，与可逆计数器的加计数CPU时钟输入端和减计数CPD 时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块74LS193芯片级联而成。

图3-5 加减计数器

四、电路系统参数计算公式

U0=-(R13/R P2*U i+R13/R11*U RP1) U0=-(V i1+V i2)

I d=I d0*(U gs/V gs(th)-1)2

I=12/R9+R P1+R11

U0=I*U i/R P1+12/ R9+R P1+R11五、系统电路原理总图

图5-1系统电路原理总图

六、元器件清单

七、调试、测试用仪器设备清单