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摘 要
本系统设计了一种具有高精度的，低纹波数控直流电流源。所
有数字电路选用CMOS数字电路，实现了“+”。“—”步进调整功能，降低给定电流与实际电流的偏差。运用合理的电路结构，降低了负载调频整率；降低由于电源电压变化对输出电流所产生的影响。设计通过数码显示电路、直流电流源电路、双时钟可预置计数器步进控制电路、0mA和3000mA上、下限逻辑控制电路。运用双时钟可预置数步进可逆计数器CD40192的计数向上和计数向下功能完成，即加进位、减退位步进调整电流值功能。采用比较器控制继电器通/断完成直流电流源的各种输出值的设定。该实验具有可靠性好，精度高等优点。
关键字：低纹波数控、CMOS数字电路、数码显示电路、直流电
流源电路、双时钟可预置计数器步进控制电路、步进可逆计数器CD40192
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目 录
一、 绪论?????????????????????????????01
（一） 问题的提出???????????????????????01 （二） 本论文的目的与意义???????????????????02 二、 理想的解决方案????????????????????????03 三、 系统硬件的设计????????????????????????05
（一） 恒流源的实现??????????????????????05 （二） 手动设置电路和步进控制电路???????????????11 （三） 驱动控制电路??????????????????????15 （四） 自制电源部分??????????????????????16 （五） 预置电流值的上、下限逻辑控制电路????????????17 （六） 元器件选型???????????????????????19 四、 系统软件的设计????????????????????????19
（一） 调试方法和过程?????????????????????19 （二） 性能指标测试与测试数据?????????????????20 （三） 程序流程图???????????????????????22 五、 结束语????????????????????????????23
（一） 结论??????????????????????????23 （二） 难点分析????????????????????????23 （三） 难点误差原因分析????????????????????24 （四） 系统说明书???????????????????????24 六、 致谢?????????????????????????????26 七、参考文献???????????????????????????26
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第一章 绪论
一、问题的提出
1．国内外研究现状
从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。
早在90年代中，半导体生产商们就开发了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛采用。 由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。
现今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由于以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守。
2．本文研究的主要内容、目标与方法
直流稳压电源是最常用的仪器设备，在科研及试验中都是必不可少的。针对以上问题，我们设计了一套以低纹波数控直流电流源，所有数字电路选用CMOS数字电路，实现了“+”。“—”步进调整功能，降低给定电流与实际电流的偏差。运用合理的电路结构，降低了负载调频整率；降低由于电源电压变化对输出电流所产生的影响。设计通过数码显示电路、直流电流源电路、双时钟可预置计数器步进控制电路、0mA和3000mA上、下限逻辑控制电路。运用双时钟可预置数步进可逆计数器CD40192的计数向上和计数向下功能完成，即加进位、减退位步进调整电流值功能。
本次研究一种以低纹波数控直流电流源为核心的简易设计，该电源选用CMOS数字电路，实现了“+”。“—”步进调整功能，降低给定电流与实际电流的偏差，输出精度高，特别适用于各种有较高精度要求的场合。
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二、本论文的目的与意义
1．在条件下尽可能的实现如下目的
（1） 通过合理设计，尽可能降低纹波电流，达到要求的电流变化范围； （2） 采用合理的方案，实现“+”、“—”步进调整功能，降低给定电流与实
际电流的偏差；
（3） 通过采用合理的电路结构，降低负载调整率； （4） 降低由于电源电压变化对输出电流所产生的影响； （5） 完成满足设计需要的电源设计。 2. 本次设计的意义
直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用与教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源电源功能简单。难控制、可靠性低、 干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多，但均存在以下二个问题：1输出电压粗调（波段开关）及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压需要精度输出，或需要在一个小范围内改变时（如1.05~1.07V），困难就较大。另外随着时间的增加波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。2稳压方式均为是采用串联型稳压电路，对过在进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。
在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳压的直流电源供电。但在实际生活中，都是220V的交流电网供电。这就需要变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容组成。若有晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻起重量，且晶体管滤波直流电源不需要直流稳压器就做能用的家用电器的电源，这既降低俩用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。
随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用的工控产品需要有低纹波、宽调范围的高压电源，特别是在一些高物理领域，急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调范围的电源。
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第二章 理想的解决方案
数控电流源要求输出电流2A以下，输出电压不高于10V，要求数字控制。对于这道题，各个参赛队都有各自的解决方案，但从整体框架倾向于采用D/A控制恒流源的方案较多。事实上，如果利用输出电压可调的集成稳压器就可以非常好的实现这个设计，很容易就可以输出电压可调的集成稳压器做成精度极高的恒流源，剩下的问题就是你是否想到这样的就决方案。以下就是这两种方案的论证比较，读者可以通过论证横两个方案的可行性。
方案一
采用单片机控制D/A实现恒流源部分电路的组建，方案如图所示。
图1 单片机设计数控直流电流源
单片机控制是在软、硬件结合的情况下实现的。运用此方案存在以下几个问题：软件编程的复杂性，硬件D/A的位数及响应速度受限，输出精度不高，更为主要的采用单片机控制，很容易就会将噪音引入到扩流功能的输入端，使的将其噪声