数控直流电源说明书

数控电流源制作

概述

随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切。

内容摘要：

本文介绍了一种简易数控直流电流源的设计制作。该电流源主要由数字控制显示电路部分、模拟开关电路部分和V/I转换电路部分组成。其中计数器（74LS161）为系统的核心控制器件，此外还包括按键输入模块、LED显示模块以及模拟开关电路模块。在电流源中主通路上，利用LM324，能稳定可靠地输出0mA、10 mA、20 mA、30 mA、40 mA、50 mA、60 mA、70mA共八个档位的电流。

关键词：

直流电源；计数器；数字控制；V/I转换；

第 1 页 (共 26 页) 目录

1 设计任务和要求…………………………………………………………………5

1.1设计任务……………………………………………………………………5

1.2设计要求……………………………………………………………………5

2 系统设计…………………………………………………………………………5

2.1系统要求……………………………………………………………………5

2.2方案设计……………………………………………………………………5

2.3系统工作原理………………………………………………………………6

3 单元电路设计……………………………………………………………………7

3.1 电源电路……………………………………………………………………7

3.1.1电路结构及工作原理………………………………………………7

3.1.2电路仿真……………………………………………………………8

3.2数字显示电路………………………………………………………………8

3.2.1电路结构及工作原理………………………………………………8

3.2.2电路仿真……………………………………………………………9

3.2.3元器件的选择及参数确定…………………………………………9

3.3数字控制电路………………………………………………………………18

3.3.1电路结构及工作原理………………………………………………18

3.3.2电路仿真……………………………………………………………18

3.3.3元器件的选择及参数确定…………………………………………19

3.4 V/I转换电路………………………………………………………………22

3.4.1电路工作原理………………………………………………………22

3.4.2电路仿真……………………………………………………………22

3.4.3元器件的选择及参数确定…………………………………………23

4 系统仿真…………………………………………………………………………23

5 电路安装、调试与测试…………………………………………………………24

5.1电路安装……………………………………………………………………24

5.2电路调试……………………………………………………………………24

5.3系统功能及性能测试………………………………………………………25

第 2 页 (共 26 页) 5.3.1测试方法设计………………………………………………………25

5.3.2测试结果及分析……………………………………………………25

6 结论………………………………………………………………………………25

7 参考文献…………………………………………………………………………26

8 总结、体会和建议………………………………………………………………26

9 元件附录…………………………………………………………………………27

第 3 页 (共 26 页) 1.设计的任务与要求

1.1设计任务：

设计一个数控的电流源电路，使得此电路能够通过选择八个档位来控制数码管显示以及负载输出的不同电流值的大小。

1.2设计要求：

电源：220V/50Hz的工频交流电供电情况下能够输0mA、10mA、20mA、30mA、40mA、50mA、60mA、70mA共8个档位的电流，档位序号依次为1、2、3、4、5、6、7、8；且档位是通过按键选择的方式通过LED数码管来进行显示。

2.系统设计

2.1系统要求：

通过分析技术性能要求，得出此电路需要要有六部分组成。

第一部分：整流电路，本电路需要5V的直流电，从而需要将工频交流电整流为5V直流电。

第二部分：按键，用来产生脉冲信号。

第三部分：计数器，用来产生二进制数据，为控制其他器件。

第四部分：显示电路，由加法器、数据分配器和数码管显示器组成。

第五部分：数字控制转换器，由模拟开关部分组成。

第六部分：V/I转换电路，通过控制电压大小的目的来控制电流变化。

2.2方案设计：

通过已掌握的《数字电路》、《模拟电路》的知识，以及上网了解信息、在图书馆查阅资料，以及老师的指导下，我们了解了数控电流源制作的原理和方法。设计过程中，我们应用了已学过的各种集成器件，并通过对集成块的市场价格的调查了解，我们选用比较便宜且很容易购买的集成器件，以通过花最少的钱创造最大的利益。

本系统属于典型的测控系统，不论采用何种方案，其关健和区别在于控制作用的实施，为此，下面主要围绕控制部分对可能采取的方案进行简要说明。

方案一：

采用各类数字电路来组成八位键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD

第 4 页 (共 26 页) 等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，且价格高，并且不利于系统的扩展，对信号处理也比较困难。

方案二：

采用集成器件，通过按键产生脉冲信号，计数器（74LS161）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，指示电源输出电压的大小值，LED输出（1、2、3、4、5、6、7、8）七个数字；另一路进入D/A转换电路，由D/A转换器（DAC0832）将数字量按比例转换成模拟电压，，然后驱动由运算放大器(LM324N)、电阻、三极管组成的恒流源部分，使其输出（0、10、20、30、40、50、60、70）mA八个档位的电流。

方案三：

采用集成器件，通过按键产生脉冲信号，计数器（74LS161）的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值，LED输出（1、2、3、4、5、6、7、8）七个数字；另一路进入有模拟开关组成的选压电路，然后进入V/I转换电路，通过控制电压的方式来控制电流，使其输出（0、10、20、30、40、50、60、70）mA八个档位的电流。

本文采用方案三进行设计。

2.3系统工作原理：

图1 原理方框图： 按键 计数控制

数字控制电路

V/I转换电路

输出电流 直流电源 译码显示电路

第 5 页 (共 26 页) 当电路接通并有电源供电时，由按键产生的脉冲信号作为计数器的时钟信号通过控制计数器来控制整个电路。一方面由LED来显示档位的大小，另一方面将计数信号送入数字控制电路（由CC4051八选一模拟开关和电阻构成），从数字控制电路得到不同电压值作为V/I转换电路的输入电压由此就会在负载端通过电流表测出设计要求的不同电流。

3.单元电路设计

3.1电源电路设计

3.1.1电路结构及工作原理：

图2 桥式滤波整流三端稳压电路

由于本文所设计的电路所需的是5V的直流电，从而需要将工频220V交流电整流为直流。

先设计一个桥式整流电路，将正弦波电压转换为单一的脉动电压，再通过电容滤波电路减小电压的脉动，使输出电压平滑。理想情况下因将交流分量全部滤掉，是滤波电路的输出电压仅为直流电压。

稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。

稳压部分采用三端集成线性稳压集成块LM7805CT，其外围电路比较简单，并且工作比较稳定，稳压精度为2%，工作电流1.5A，封装为TO-220(A)，并且具有过温保护和短路保护，最大输入电压为35V。

第 6 页 (共 26 页) 3.1.2仿真电路如下：

图3 整流电路仿真图

3.2数字显示电路的设计

3.2.1电路结构及工作原理:

图4 数字显示电路的原理图

数字显示电路通常由计数电路、译码驱动电路和LED显示电路等部分组成。（其中为了使LED的初始显示为1，则可以通过用一个加法器74LS283来实现）

3.2.2仿真电路： BCD

码编

码器 七段显示译码

器 Vi

220 V

50 Hz T1 D1 1B4B42

1 2

4

3 C1

2200uF U1

LM7805CT

C2

110uF C4

100nF 1

2 3 5 XMM2

6

0 100nF C3 6

0