数控直流电流源课程设计与制作

课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 一 设计题目 数控直流电流源的设计与制作一 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数控直流电流源设计与制作数控直流电流源设计与制作数控直流电流源设计与制作 一 设计任务和技术要求一 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三 部分模块原理及结构图 1 74LS193 芯片芯片 74LS193 具有同步可逆计数功能 异步清零功能 异步并行置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 数和保持功能 数字量产生 单元 D A 转换 单元 输出电流精确 度调节单元 电压 电流 转换单元 手动增 减 数字量调节 直流稳压 电源电路 BOCO 与与 是为是为 74LS193 级联时使用的 级联时只要把低位的级联时使用的 级联时只要把低位的 端 端 端分别与高位的端分别与高位的 CPU CPD 连接起来 各芯片的连接起来 各芯片的 CR 端连接在一起端连接在一起 端连接在一起 就可以了端连接在一起 就可以了 图图 3 1 1 74LS193 引脚排列图和逻辑功能示意图引脚排列图和逻辑功能示意图 CR 异步清零端 高电平有效 异步清零端 高电平有效 异步置数 低电平有效 异步置数 低电平有效 CPU 加法计数脉冲输入端 上升沿触发 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 减法计数脉冲输入端 上升沿触发 进位脉冲输出端 进位脉冲输出端 借位脉冲输出端 借位脉冲输出端 2 D A 转换控制单元电路转换控制单元电路 工工作作原原理理 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 BOCO LD LD CO BO 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 图图3 23 2 D AD A转换控制单元转换控制单元 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 15K 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 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 电压 电流转换驱动单元电流转换驱动单元 工作原理 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 图图 3 3 电压电压 电流转换驱动单元电流转换驱动单元 4 克服死去校正电压单元 克服死去校正电压单元 工作原理 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 图图 3 4 克服死去校正电压单元克服死去校正电压单元 5 加减计数器 加减计数器 工工作作原原理理 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 图图 3 5 加减计数器加减计数器 四 电路系统参数计算公式四 电路系统参数计算公式 U U0 0 R R13 13 R RP2 P2 U Ui i R R13 13 R R11 11 U URP1 RP1 U U0 0 V Vi1 i1 V Vi2 i2 I Id d I Id0 d0 U Ugs gs V Vgs th gs th 1 1 2 2 I 12 RI 12 R9 9 R RP1 P1 R R11 11 U U0 0 I U I Ui i R RP1 P1 12 12 R R9 9 R RP1 P1 R R11 11 五 系统电路原理总图五 系统电路原理总图 图图 5 15 1 系统电路原理总图系统电路原理总图 六 元器件清单六 元器件清单 元器件名称个数元器件名称个数 74LS193 芯片2N 沟道管1 七 调试 测试用仪器设备清单七 调试 测试用仪器设备清单 仪器名称数量仪器名称数量