《数控直流稳压电源》课程设计说明书 007

1、 数控直流稳压电源课程设计说明书题 目 数控直流稳压电源设计 课 程 名 称 电子线路综合课程设计 系 院 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 设计起止时间：2014年11月3日 至2014年11月14日 一、课程设计(论文)题目 数控直流稳压电源二、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求一、设计要求：1、运用数字、模拟电子知识设计电路2、设计出的直流稳压电源要求输出精度高，步进电压在0. 1V左右，调整方便3、使用通用器件4、要求输出电压在09.9V二、技术指标：1、工作电压：2-6V（典型5V）、工作电流：4.5mA（5V时），2.5mA（

2、3V时）、输出稳压值：0-9.9V、步进电压值：0.1V、输出纹波电压值：10mV、输出电流：5A三、课 程 设计(论文)工作内容及完成时间11月3日：讲课设内容,安排任务11月4日：查资料,确定方案,设计方案论证11月5日-7日：画出系统方框图，进行原理图设计11月8日-12日：用PROTEL画出原理图，制作实物11月13日-14日：整理设计说明书四 、主 要参考资料1 康华光. 电子技术基础M. 第4版.北京:高等教育出版社,1998;2唐竞新.数字电子电路M.第1版.北京:清华大学出版社,2003;3 吴立新. 实用电子技术手册M. 北京: 机械工业出版社;4杨长春.论数字技术J.电子报

3、合订本.成都：四川科学技术出版社，2003.12 学院 专业 班学生： 日期： 自 2014 年 11月 3 日至 2104 年 11月 14 日指导教师： 助理指导教师(并指出所负责的部分)：教研室： 电子工程 教研室主任： 目 录前言、课程设计任务书一、需求分析1二、系统总体设计1三、系统详细设计4四、调试与维护9五、结束语10六、参考文献10七、指导教师评阅11一、需求分析1.1 选题背景及意义 现在的经济活动已经到了已经到了工业经济时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展时期。直流电源的应用在生活中非常广泛。它为许多用电器直接提供能量。特别是电子产品，大多为36V以下的低压。然而生活中电压

4、多为220V交流，不能为这些用电器直接供电。数控直流电源解决了这些问题，给我们带来了极大的方便。1.2设计的目的运用数字、模拟电子知识，使用通用器件，设计电路设计出09.9V的直流稳压电源1.3设计要求： （1）运用数字、模拟电子知识设计电路 （2）设计的直流稳压电源要求输出精度高，步进电压在0. 1V左右，调整方便（3）稳压系数小于0.2； （4）使用通用器件（5）由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减，步进值为1V，输出电压值用LED数码管显示。二、系统总体设计此数控直流稳压电源共有六个部分，输出电压的调节时通过+、-两键操作 ，步进电压精确到0.1V

5、，控制可逆计数器分别作加、减计数，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压值；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，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制，调整输出级，输出稳定直流电压。为了实现上述几部分的正常工作，需要另制15V和5V的直流稳压电源，以及一组未经稳压的12V17V的直流电压。此下所讲的数控电源就是对此组电压进行控制，是输出09V的稳定可调直流电压。2.1原理方框图如下图所示2.2本设计总体图示2.2.1控制电路图2.2.2主要电源供给电路图2.3仿真电路图2.4电路板实物图三、系统详细设计3.1数字显

6、示电路设计3.1.1工作原理数字显示驱动采用两块74LS248，74LS248为四线七段译码驱动器，内部输出带上拉电阻，它把从计数器传来的二十进制码，驱动数码管显示数码。具体功能如下图3真值表所示。74LS248，七段译码器，输出高电平有效，适合于共阴极接法的七段数码管使用A3、A2、A1、A0，为8421BCD码输入，a、b、c、d、e、f、g为七段数码输出，LT为试灯输入信号，用来检查数码管的好坏，IBR为灭灯输出信号，用来动态清零，IB/QBR为灭灯输出信号，该端既可以作输入也可以作输出，具体工作如上真值表所示。3.1.2元件的选择与74LS248功能相同的还有：74LS247、CD45

7、11等等。3.2 D/A转换电路（数模转换器）的设计3.2.1 DAC0832工作原理介绍数模转换电路，采用两块DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路，这里只是用高4数字量输入端。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输出模拟经9：1分流器分流后于高位DAC输出模拟量相加后送入运放，具体实现，有900和100的电阻相并联分流实现，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，运放采用具体有调零的低噪声高速优质运放NE5534.具体封装图如下图4所示。DAC0832芯片主要功能引脚的名称和作用如下：d7d0：8位

8、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；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为高电平、WR1 和 CS为低电平时， LE1为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化；此后，当WR1 由低变高时， LE1为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟

9、随输入资料的变化而变化。对第二级锁存器来说， WR2和XFER 同时为低电平时， LE2为高电平，DAC寄存器的输出跟随其输入而变化；此后，当WR2 由低变高时， LE2变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到DAC寄存器中。3.2.2 DAC0832芯片的特点DAC0832最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入D/A转换前，需经过两个独立控制的8位锁存器传送。其优点是D/A转换的同时，DAC寄存器中保留现有的数据，而在输入寄存器中可送入新的数据。系统中多个D/A转换器内容可用一公共的选通信号选通输出。由于DAC0832输出级没有加集成运放，所以需外加NE5534相配使用。NE5534封装如下

10、图5所示。IN-为反相输入端，IN+为同相输入端；OUT为输出端；Balance为平衡输入端，主要作用是使内部电路的差动放大器处于平衡状态；COMp/Bal的作用为，通过调节外接电阻，以达到改善放大器的性能和输出电压；Vcc-和Vcc+为正负电源提供；3.3“+”、“-”键控制的可逆计数器的设计此部分电路主要用两个按键开关作为电压调整键，与可逆计数器的加计数CPU时输入端和减计数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/减集成块74LS192级联而成。74LS192是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD码）可逆计数器。与之功能相同的还有其他芯片，比较容易找到。3.3.1工

11、作原理由于输出电压从09.9V可以调节，所以74LS192两计数器总计数范围从00000000到10011001（即099），而74LS192本身为十进制可逆计数器，所以只需两块这样的芯片级联就可以达到目的，此芯片封装和工作模式如下图所示PL是低电平有效地预置数允许端，PL=0时，预置数输入端P0P3上的数据被置入计数器。MR是高电平有效复位端，MR=1时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。CPU是加计数时钟，CPD是减计数时钟，当CPU=CPD=1时，计数器处于保持状态，不计数。当CPD=1，CPU由0变为1时，计数器的计数值加1；当CPU=1，CPD由0变为1时，计数器的计数值减1。TC

12、U是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到9时，TCU在后半个时钟周期（CPU=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。TCD是借位输出端，当减计数器计到0时，TCD在时钟的后半个周期（CPD=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。为实现100进制的计数可把第一块芯片的TCU、TCD分别接后一级CPU、CPD就可以级联使用，这就达到了099的计数。3.3.2元件的选择74LS192是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD码）可逆计数器，还可选用54HC192，54HCT192，74HC192和74HCT192等。四、调试与维护4.1 调整输出的设计调整输出级采用运放作射极跟随器，使调

13、整管的输出电压精确地与D/A转换器输出电压保持一致。调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。数控电源各部分工作所需的15V和5V电源有固定集成稳压器7815、1915和7805提供，调整管所需输入电压，经简单整流，滤波即可得到，但要求能提供5A的电流。输出电压的调整，主要是运用射极输出器发射极上所接的4.7K电阻来完成的，此反馈电阻的主要作用是，把输出电压反馈到NE5534的输入级的反相输入端，当同相输入IN+和反相输入端IN-有差别时，调整输出电压使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。4.2 电路调试调节步骤如下：4.2.1输入数字00000000，短接Rel、Re、

14、Rf调运放调零电位器Rw，用数字万用表检测，使输出电压Vo=0。4.2.2输入数字10011001，调整Rel、Re2、Rf使输出电压Vo达到预定的满量程9.9V。4.2.3主要技术指标本文所设计的数控制流电源的电压输出范围为09.9V，步进电压为0.1V，输出纹波电压不大于10mv，输出电流为5A。4.3 改进措施本电源输出电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进电压值）前提下，只要增加计数器的级联数和相应的D/A转换器的个数，扩大数显指示范围，配合选用高电压输出运放，就能轻松地满足要求。当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电源，对D/A转换器及调整输出电路稍作改动

15、即可达到目的。五、结束语随着人们生活水平的不断提高，数字化控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数控直流稳压电源就是一个很好的例子，但人们对它的要求也越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的、更方便的设施就需要从电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展。 数控直流稳压电源操作方便，电压稳定度高，其输出电压大小采用数字显示，便于观察选择。该数控直流稳压电源只用到了数字技术中的4位十进制可逆计数器，BCD十进制译码器，数码管和译码器等电路，具有控制简便，制作比较容易等优点。 虽然，搭接电路过程不太顺利，连接的电路也不是很美观简洁，这也是遗憾的地方。然而，通过本次课程设计我明白了书本知识不等于实践能力，书本知识是基础，需要靠亲手操作运用到实际中才能真正理解和掌握。在实际操作过程中需要统筹规划，按步骤按顺序完成相应的任务，同时在搭接电路时要仔细认真，确保每一个环节的正确才能使整个电路正常工作。 此外，要感谢在此前的专业课学习上老师们的精彩透彻耐心的讲解分析。本次课程设计的成功离不开这两年多大学生活的知识积累。该课程设计用到了电路分析基础、电子线路基础、数字逻辑电路等课程中的大量知识，也离不开在以前诸如电工基础实验、电子技术基础实