串联型连续可调直流稳压负电源

1、课程设计说明书课程设计名称： 电子课程设计 课程设计题目：模拟部分：串联型连续可调直流稳压负电源 数字部分：数字式定时开关 学 院 名 称： 信息工程学院 专业：电子信息工程 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 2014 年 09 月 25 日 电子 课程设计任务书20 14 20 15 学年 第 1 学期第 1 周 4 周 内容及要求1. 完成Altium Designer制图（原理图、PCB制图）；2. 串联型连续可调直流稳压负电源电路设计与仿真；3. 数字式定时开关电路设计、制作及调试；4. 撰写设计报告。进度安排1. 完成Altium Designer制图（原理图、PCB制图）：1

2、周；2串联型连续可调直流稳压负电源电路设计与仿真：1周；3数字式定时开关电路设计：1周；4制作、调试、验收、撰写设计报告：1周；学生姓名：指导时间：第14周指导地点：任务下达2014年 9 月 1日任务完成2014 年9月25日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师系（部）主任摘要本课程设计包含PCB的原理及制作，数字式定时开关的设计与仿真，串联型连续可调直流稳压负电源电路的制作与调试。通过这次的课程设计，我们对于曾经学过的知识有了更加深刻的理解和巩固，同时也锻炼了我们的动手能力，收益颇多。 数字式定时开关电路是起定时报警或者定时开关电器的电路，在日常生活中应用很广。当今社

3、会许多家用电器都有定时功能，定时可以节省能源，还可以提醒用户电器的工作状态。数字电子技术是一门实践性和应用性都很强的课程，因此在学习课程理论知识的同时，应重视和加强实践训练，要注重对技术应用能力的培养，使理论和实践紧密结合，融为一体，通过本次课程设计还学到了分析、查寻、和排除故障的方法。关键词：PCB，数字式定时开关，串联型连续可调直流稳压负电源,计数器，译码器，蜂鸣器目 录前言··················&

4、#183;···········································01第一章 数字式定时开关设计···

5、3;······································021.1 设计要求··········

6、···········································021.2 系统组成及工作原理····

7、83;······································031.3 电路中各部分电路分析及参数计算········

8、·······················07第二章 电路组装与调试·························

9、;·····················082.1 电路元器件的排版与焊接······ ····················

10、;············082.2 电路的差错调试···································

11、3;···········082.3 测试结果结果分析····································&#

12、183;········10第三章 串联型连续可调直流稳压负电源电路····························113.1 设计要求········

13、·············································11 3.2 系统组成及工作原理··&#

14、183;········································113.3 仿真结果·······

15、3;·············································14第四章 总结与展望···

16、;···············································194.1 总结·

17、83;·················································

18、83;·····19参考文献···········································

19、83;···············20附录一：元件清单·································

20、;·················21附录二：PCB图·······························&

21、#183;······················23电子课程设计前言除了纯粹的理论知识外，当然我们也需要经过动手实验来更加深入的了解这些知识的应用， 正所谓，“理论脱离实践是最大的不幸。” 因此，学校给我们安排了为期一个月的课程设计。本次课程设计我们两人一组以老师所给的课题进行一次全程自行设计制作的实践课程，而这次实践中，我们组所选的是串联型连续可调直流稳压负电源电路设计

22、与仿真和数字式定时开关电路设计仿真和制作。为此，我与我的同组伙伴也收集了许多相关的信息和资料，为了此次的课程设计做了充足的准备。第一章 数字式定时开关1.1 设计要求设计并制作一数字定时开关，此开关采用BCD拨盘预置开关时间。其最大定时时间为9秒，计数时采用倒计时的方式并通过一位LED数码管显示。此开关预置时间以后通过另一个按钮控制并进行倒计时，当时间显示为0时。开关发出开关信号，输出端呈现高电平，开关处于开态，再按按钮时，倒计时又开始，计时时间到驱动扬声器报警。1.2 系统组成及工作原理1.2.1 系统组成这一系统具体分为五大主要部分：控制电路、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、报警电路。

23、这五部分互相之间配合起来组成整个系统，实现数字定时开关的功能。秒脉冲发生器（产生秒脉冲）定时器（计时功能）译码显示（译码显示时间）报警电路（定时报警功能）控制电路（控制开关及时间输入功能）1.2.2 工作原理本开关由秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、报警电路以及一些门电路和开关按钮组成的控制电路所构成的。其工作原理是由555定时器构成的多谐振荡电路作为秒脉冲发生电路产生一脉冲信号，将此脉冲信号输入计时电路，计时电路由CD40192构成，利用CD40192的减计数端进行倒计数，计数范围是09，由于输入的脉冲信号的频率接近一秒，计数器是每秒减一计数，再通过CD4511译码器进行译码由LED共阴数

24、码管显示。报警电路可由一个高电平信号驱动蜂鸣器报警。当译码器的输出端全为低电平时，数码管上显示的是“0”。而四个低电平信号经过一些门电路可以得到一个高电平来驱动蜂鸣器。这个高电平还能够反馈到计数器的清零端，使得计数器停止计数，数码管的显示停留在“0”。用到一个按钮开关控制计数器的清零端，使得再按按钮时，倒计时又开始。完成整个基本要求。但因为实验中元器件的原因，且74L192D具有和CD40192芯片相同的管脚与功能，并对应相同，因此在该实验中，我们用74L192D来代替CD40192。1.3 电路中各部分电路分析及参数计算1.3.1 控制电路利用CD40192的减计数端(Q1、Q2、Q3、Q4

25、)进行信号控制，四个开关作为置数和倒计时的控制。1.3.2 秒脉冲发生电路 图1-1 秒脉冲发生器 多谐振荡器的振荡周期T1计算公式为：T1=(R1+2R2)*ln2*C2 各参数的值：R1=50k R2=47k C2=10F将各参数的值代入上面的计算公式得：T1=0.99811s 则可得到1秒的脉冲。 1.3.3、计数器 CD40192为可预置BCD可逆计数器。其引脚图附录三所示。当MR为高电平时,计数器置0。为低电平时，进行预置数操作，P0P3上的数据置入计数器中。当CPU=“1”时，在CPU上跳变，计数器减一计数。可由置数端和P0P3数据输入端完成数字定时功能，在09内任意置数。表14

26、CD40192的功能表输入输出MRCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0100000dcbadcba011加计数011减计数1.3.4、译码显示电路1、译码显示电路选用CD4511进行译码，选用共阴LED数码管进行显示。2、数码显示译码器 （1）七段发光二极管(LED)数码管，LED数码管是目前最常用的数字显示器，图(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 (a) 共阴连接（“

27、1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动）图 1.4.1 LED数码管 （2）BCD码七段译码驱动器 此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用CC4511 BCD码锁存七段译码驱动器。驱动共阴极LED数码管。附录三为CD4511引脚排列， A、B、C、D BCD码输入端 a、b、c、d、e、f、g 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。 测试输入端，“0”时，译码输出全为“1” 消隐输入端，“0”时，译码输出全为“0” LE 锁定端，LE“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE0时的数值，LE0为正

28、常译码。表1.4.2 CD4511功能表输 入输 出LEDCBAabcdefg显示字形××0××××1111111×01××××0000000消隐0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隐01110110000000消隐

29、01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111××××锁 存锁存表1.4.2为CD511功能表。CD511内接有电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。 1.3.5 报警电路报警电路选用连接一个蜂鸣器够成报警电路。当CD40192的输出全为“0”时，经过门电路得到一个高电平驱动报警电路工作。只要四个输出有一个是高电平则得到的是一个低电平。到了“0”，蜂鸣器报警。没到“0”，不报

30、警。1.4 电路仿真系统电路的仿真图如下：第二章 电路的组装与调试安装与调试在电子制作中是实际操练的一步，理论走向实践的过程。2.1 电路元器件的排版及焊接在原理分析完毕后，列出元件清单，领取完元器件后（在实际中，因为元器件有限，所以开关用了一个来控制），对元器件核对无误后，按电路图根据管脚走线布好局，进行测试过程。先是555脉冲发生器及其电阻、电容，然后是计数器CD40192、开关、或门4072BD、非门、译码器和蜂鸣器，最后布的是数码管（注：在元件的排布上也要十分的注意，不能太过密集也不能太过稀疏，不然会造成线路干扰或者浪费材料等等不良的结果。）按高低顺序焊好元器件和用焊锡走好线，由于元件

31、不多，很快就完成了焊接任务。2.2 电路的查错与调试焊接完后，接上电源，电源蜂鸣器不响。经排查发现有一个焊点重合了。进行预置数调试，但预置数调试并不如想象中的顺利，经常出现一些如：无法正确预置数、预置数无效、预置数不稳定等情况。后发现是由于开关焊接出现错误，将一头悬空导致高电平，后将其正确焊接后预置数稳定。2.3测试结果与分析接上电源后数码管上显示的结果是：开关K5断开时，由四个预置数开关进行置数，可从09进行置数，数码管的示数一直显示为预置的数；当K5闭合时，数码管上的数值由刚才预置的数开始减计数直到0，而且显示为0时蜂鸣器处于报警状态，发出警报；译码的数值为0，数码管一直显示0，而报警器一

32、直报警；调整K5的通断又可以重复上面的过程。分析：通过控制K1、K2、K3和K4开关的通断来预置数，用K5的通断来控制是否计数，当倒计数为0时会自动报警并一直保持为0。第三章 串联型连续可调直流稳压负电源电路3.1设计要求 设计制作一串联型连续可调直流稳压负电源电路1.输出直流电压在1.5-10V可调；2.输出电流Iom=300mA；（有电流扩展功能）；3.稳压系数Sr<0.5；4.具有过流保护功能；3.2 系统组成及工作原理：电路设计原理直流稳压电源的工作原理框图如图 3-1 所示。 它包括电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路等四大块组成。图 3.1(1)直流稳压电源系统设计框图3

33、.3 单元模块3.3.1 电源 采用电源为15V，频率为50HZ的交流电压电源。3.3.2 整流电路 整流电路将交流电压 U 变成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。在该实验中采用集成的 3N249 桥堆来完成，电路中采用了4个二极管，组成单向桥式整流电路。整流过程中，4个二极管轮流导通，无论正半周期还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。3.3.3 滤波电路 整流滤波电路的输出电压是单一方向的，但是含有较大的交流成分，因此，一般在整流后，需要滤波电路。滤波电路的作用是平滑整流输出的单向脉动电压，

34、最简单的滤波电路是电容器，桥式整流电路输出的波形经电容滤波电路处理后的输出电压波形如图3-2 所示。在整流后加上电容，如图3-3（1）所示。经电容滤波电路处理后的输出电压波形如图 3-3（2）所示。直流稳压电源的全过程如图 3-3（3）所示：3-3(1) 在整流后加上电容 3-3(2) 经电容滤波电路处理后的输出电压波形3-3(3) 为直流稳压电源的全过程3.4.4 稳压电路 经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大波纹，而且交流电网电压容许有起伏，随着电网电压的起伏输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重的时候，由于输出的电流能力有限，使得输出的直流电压下降。因此，当需要稳定的直流电压的时候，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。因为本设计要求输出稳压负电源，并且在一定范围内可调，根据设计的要求，LM117HVH符合这一设计，对于LM117HVH来说，输出电压U随输出端与调整端之间的总电阻R1与调整端与地的总电阻R2的改变而改变，设输出端的电势为U（相对地），在一定范围内，调整端的电势U0满足由于U0几乎不变，U0大约为1