【关键字】精品兰州理工大学电子技术综合训练题目：数控电流源制作班级：电气工程及其自动化（4）班姓名：李龙学号：07230418院系：电信工程与信息工程学院指导老师：徐维涛时间：12 月7 日数控电流源制作摘要：本文介绍了一种简易数控直流电流源的设计。

该电流源主要由数字控制部分和恒流源产生电路部分组成。

其中计数器（74LS161）为系统的核心控制器，此外还包括按键输入模块、LED显示模块以及ＤＡ转换模块。

在电流源中主通路上，选了一个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：计数器；Ｄ/Ａ转换器；数字控制；直流电源目录1、概述2、技术性能指标3、分析技术要求4、选择方案、确定原理图5、单元电路设计及尝试6、电路的焊接安装及调试7、附录8、参考文献9、总结与体会一、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。

本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出0mA、10 mA、20 mA、30 mA、40 mA、50 mA、60 mA、70mA共八个档位的电流，档位通过按键选择，同时将档位序号用LED显示。

二．技术性能指标设计并制作一个数控电流源电路，具体要求如下：1. 档位通过按键选择，连续按键，LED显示0、1、2、3、4、5、6、7；2. 输出0mA、10 mA、20 mA、30 mA、40 mA、50 mA、60 mA、70mA共八个档位的电流。

3. 输出电流误差小于5%。

4. 数控电流源电路用220V/50HZ的工频交流电供电。

三．分析技术要求通过分析以上技术性能要求，我们得出此电路要有六部分组成。

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

第二部分是按键，用来产生脉冲信号。

第三部分是计数器，它用来产生二进制数据，供下面器件使用。

第四部分是显示电路，它由数据分配器和显示器组成。

第五部分是数模转换器，它将数字信号转换为对应的模拟信号。

第六部分是恒流源，它将Ｄ/Ａ转换器输出地电压转化为恒定的电流。

四、选择方案、确定原理图1、总体方案的选择通过已掌握的《数字电路》、《模拟电路》知识，以及上网了解、在图书馆查阅资料，我们了解了数控电流源制作原理和方法。

设计过程中，我们应用了已学过的集成器件，集成块的价格也比较便宜且很容易购买。

方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。

本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。

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：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值，LED输出（0、1、2、3、4、5、6、7）七个数字；另一路进入Ｄ/Ａ转换电路，Ｄ/Ａ转换器（DAC08321CN）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。

本文采用方案二进行设计，下面列出所用器件参数：(1)计数器（74LS161）74LS161是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数、保持等功能。

74LS161的逻辑电路图和引脚排列图如图1所示，CR 是异步清零端，LD是预置数控制端，D0，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。

74LS161的功能表如表1所示。

由表可知，74LS161具有以下功能。

（1）异步清零功能当CR＝0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。

（2）同步并行预置数功能在CR＝1的条件下，当LD＝0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3～Q0所接收。

由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。

（3）保持功能在CR=LD＝1的条件下，当T＝P＝0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数）。

（4）同步二进制计数功能当CR＝LD＝P＝T＝1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。

（5）进位输出C当计数控制端T＝1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。

表1 74LS161的功能表表2 进制同步加法计数器的状态表（2）运算放大器(LM324)LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。

与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。

共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

LM324的引脚排列见图2。

LM324的特点：1.短跑保护输出2.真差动输入级3.可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA5.每封装含四个运算放大器。

6.具有内部补偿的功能。

7.共模范围扩展到负电源8.行业标准的引脚排列9.输入端具有静电保护功能（3）显示器LEDLED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写。

它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。

最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，近年来逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域。

LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。

LED显示器结构及分类通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。

可构成发光显示器的发光段或发光点。

由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。

通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。

（一）LED显示器结构基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的。

可实现0～9的显示。

其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等（1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是LED芯片。

在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好φ30μm的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。

反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。

实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。

空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可靠性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。

这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）。

（2）条形七段式数码管属于混合封装形式。

它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。

（3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。

它们适用于小型数字仪表中。

（4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。

（5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。

（二）LED显示器分类（1）按字高分：笔画显示器字高最小有1mm（单片集成式多位数码管字高一般在2～3mm）。

其他类型笔画显示器最高可达12.7mm（0.5英寸）甚至达数百mm。

（2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。

（3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。

（4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。

（三）LED显示器的参数由于LED显示器是以LED为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。

但由于LED显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数：1．发光强度比由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。

所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。

比值可以在1.5～2. 3间，最大不能超过2.5。

2．脉冲正向电流若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为IF，则在脉冲下，正向电流可以远大于IF。

脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。

（4）数据分配器（CD4511）数字电路CD4511的原理（引脚及功能）CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。

其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。

LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。

BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。

另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。

LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。

a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。