数控稳压电源

1、电子技术课程设计说明书 题目：数控直流稳压电源设计学生姓名： 马翔龙 学 号： 201306010223 院 （系）： 电信学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 侯勇严 2015 年 12月 31日陕 西 科 技 大 学 电子技术 课程设计任务书 电信 学院 电气工程及其自动化 专业 电气132班级 学生： 马翔龙 题目： 数控直流稳压电源设计 课程设计从 2015 年 10 月 8 日起到 2015 年 12 月 31 日1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 设计并制作一个数控直流稳压电源。电源设有电压“增”（UP）和“电压减”（DOWN）两个键，按UP

2、时电压步进增加，按DOWN时步进减小。具体要求如下： （1）输出电压为09.9V，步进为0.1V； （2）输出电压的误差±0.5V； （3）用LED数码管显示输出电压的设定值； （4）最大输出电流1A； 发挥部分：输出电压可在09.9V内任意预置； 参考元件：74HC190/192，CD4511，DAC0832，NE5532/TL082，S8050/8550，TIP41/2N3055/3DD15. 2、对课程设计成果的要求包括图表、实物等硬件要求： （1）论证硬件设计的总体思路 （2）对系统的每部分应做详细的说明 （3）打印设计原理图做出设计实物 （4）设计总结 （5）提供课程设计实

3、物 3、课程设计工作进度计划：时间设计任务及要求10/12-10/30总体设计11/02-11/27硬件设计、实物焊接11/30-12/18硬件调试12/21-12/31编写课程设计报告、答辩并完稿 指导教师： 侯勇严 日期： 2016.1.3 教研室主任： 侯勇严 日期： 2016.1.3目 录1选题背景11.1指导思想：11.2方案论证：11.3基本设计任务：21.4发挥部分：21.5电路特点：22电路设计22.1总体方框图22.2工作原理：33各主要电路及部件工作原理33.1 74hc192电路33.2 CD4511电路：43.3 DAC0832电路：53.4 555单稳态电路65元器件

4、清单：76调试过程及数据76.1 计数及显示部分的调试：76.2控制部分的调试76.3整体调试部分：87小结98设计体会及今后的改进意见108.1设计体会：108.2存在的问题及改进方案：11参考文献12 21选题背景 本次课设的题目选择的是数控直流稳压电源，选择这个题目的原因有很大一部分是由于自身的原因。在之前不论是实验还是自己的一些小作品中，往往最让我头疼的就是给这些板子供电的电源，有时候是因为不能自如的控制，有的是因为提供的电流不够，或者是电压很不稳定。这些给测试带来了极大的困难。所以，在课设选题的时候，我选择了一个电源类的题目作为我的课设。 这次的课设数控直流稳压电压源比起其他的稳压电

5、源有电流大，电压恒定，电源显示方便，操控方便的优点。而且制作简单，只是一些简单的芯片与三极管。可操作性高。1.1指导思想： 在之前的学习中，其实我们已经学到了一些有关的整流、变压的知识。所以，我们要做的直流电源只是要将生活中的220V的交流电变为自己需要的直流电而已。所以，在这过程中就要先将220V的交流电通过小型变压器降为可操控的电压。然后通过整流桥将它变为直流电，再通过一些稳压的装置进行电压的控制以及电压的稳定。便可作为直流稳压电源了。 1.2方案论证： 在大量的查阅资料之后，我发现可控的直流电源的设计方案大概有以下三种：1、 利用计数器与数码管进行数控及显示，通过按钮开关来提供触发脉冲，

6、使74HC192进行可控的加减计数，通过CD4511与数码管显示此时提供的电压。再采用DAC0832数模转换器提供与数控部分相匹配的电压，DCA0832可以将数字量转化为模拟量，通过对参考电压的设定可以获得与显示电压相同的电压量，由于DAC0832只能输出电流量，所以需要外接一个运放来使电流变为电压。由于需要09.9V的可控电压，所以需要两片74HC192以及两片DAC0832及其外接运放。此时通过加法器将两片DAC0832转化为的电压进行相加，并通过所接电阻将其中一路电压缩小十倍，此时所提供的电压就是需要的电压。但是此时电压的稳定性与输出电流都不能满足要求，所以此时再通过功放三极管进行电流的

7、放大及电压的稳定。2、 总体来说与方案一相同，只是在控制部分使用了单片机来实现加减计数及输出的功能。之后仍是使用DAC0832进行数模转换，通过三极管放大功率。这种方法控制简单，效果稳定。只是需要一定的单片机知识以及一点编程能力。3、 采用三端稳压器LM337来提供稳压电源。利用与之相匹配的电阻阻值改变其电压。这种方法可以通过电位器连续的改变输出的电压。最后经过一番比较，方案二由于缺乏必要的单片机知识被放弃。而方案三虽说可以产生连续的电压，但其控制方法是改变电阻阻值，无法精确的进行数控也放弃掉。最终采用方案一进行设计。而且方案一采用的都是数电和模电的知识，更能很好的切合我们课设的目的，使我们“

8、学有所用”，理论与实践进行比较匹配，使学到的知识更加巩固。1.3基本设计任务： 设计并制作一个数控稳压电源 。电源设有“电压增”（up）和“电压减”（down）两个键，按up时电压步进增加，按down时电压步进减小。具体要求如下：（1） 输出电压要求09.9V，步进为0.1V；（2） 输出电压的误差0.05V；（3） 用led数码管显示输出电压的设定值；（4） 最大电流1A；1.4发挥部分： 输出可在09.9V任意预置；1.5电路特点： 这次课设我们选择了数控直流电源的课题，它是一个数模电结合的题目，既有数电的部分（74HC192、CD4511、数码管、DAC0832）。又有模电部分（NE55

9、32、TIP41）。在电路中，我使用了两片74HC192、两片CD4511和DAC0832，每一片74HC192、CD4511和DAC0832为一组，他们都能单独的提供相同大小的电压，之后通过运相加时，一组放大比例为1，另一组放大比例为0.1，正好为个位和小数位的电压。在设计功放电路时，由于担心电流的放大能力，我最终使用了双管放大。使它可以很好的提供至少1A的电流。2电路设计2.1总体方框图 数字显示电路输出“+”、“-”可逆计数器D/A转换调整输出 直流稳压电源 AC220V 图2-1数控直流稳压电源总方框图2.2工作原理： 利用计数器与数码管进行数控及显示，通过按钮开关来提供触发脉冲，使7

10、4HC192进行可控的加减计数，通过CD4511与数码管显示此时提供的电压。再采用DAC0832数模转换器提供与数控部分相匹配的电压，DCA0832可以将数字量转化为模拟量，通过对参考电压的设定可以获得与显示电压相同的电压量，由于DAC0832只能输出电流量，所以需要外接一个运放来使电流变为电压。由于需要09.9V的可控电压，所以需要两片74HC192以及两片DAC0832及其外接运放。每一片74HC192、CD4511和DAC0832为一组，他们都能单独的提供相同大小的电压，之后通过运相加时，一组放大比例为1，另一组放大比例为0.1，正好为个位和小数位的电压。最后通过功放管，控制基极来控制输

11、出电压。之后我们选择带了5欧的功率电阻，以确保电流符合要求。3各主要电路及部件工作原理3.1 74hc192电路： 由于输出电压为09.9V，所以两片192采用级联方式。由于192为可逆计数器，所以由两个按钮开关提供脉冲来进行加减计数。第一片的192进位、借位提供下一片的计数脉冲。图3-1 74HC192引脚图及功能表3.2 CD4511电路：CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码-七段码译码器。图3-2 CD4511引脚图及真值表3.3 DAC0832电路： DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电

12、路内有两级输入寄存器。 D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。图3-3 DAC0832引脚图3.4 555单稳态电路： 555点稳态触发电路可以产生稳定的脉冲，可以用于按键的消抖。按键的消抖非常重要，不进行很好的按键消抖，会使74HC192的计数发生混乱。图3-4 555单稳态触发电路4 原理总图：图4-1 数控稳压电源原理总图5元器件清单：表5-1元器件名称数量元器件名称数量DAC08326片L

13、M35DZ2个CD45382片74HC042片CD45116片散热片774HC1926片共阴极数码管3片NE55322片NE5554片NE55345片LM3372个TIP416片各种阻值电阻6元那种470电阻100个轻触开关10个0.01u电容100个电解电容100u4个6调试过程及数据6.1 计数及显示部分的调试：（1） 开始时显示为00，每按动一次“+”加0.1，计数会从0099。再按动一次会返回到00.但偶尔会发生连跳现象，并不是那么完美。（2） 开始时显示为00，每按动一次“-”会减0.2，计数范围为0099，效果差强人意。这一部分我调试了好久，各种电路都试过，效果差强人意。包括555

14、做的单稳态电路，CD4538做的单稳态电路，RC做的去抖电路及开关并联电容的方法，但是还是没调好。芯片换了好几片，还重新焊了块板子，可是并没什么用。到最后这个问题我也没解决掉，现在想想可能是一些细节出现问题了。6.2控制部分的调试将74HC192、CD4511、DAC0832及与DAC0832相匹配的运放上电，并将其分为两组。用万用表测试各运放输出电压。第一组显示电压第一组测试电压第二组显示电压第二组测试电压经加法器后电压11.0311.021.1222.0421.992.2333.0133.033.3444.0144.044.4555.0255.035.5366.0466.016.6177.

15、0377.007.7488.0288.038.8599.0399.029.92 大概是因为参考电压调的稍微有一点点的大，测试结果整体偏大，但均未超过0.05V，可以看出在电压方面做的很好。6.3整体调试部分：将剩余的电流放大部分接好，将5欧的功率电阻接好，按动按钮，测试电阻两端的电压，测试结果如下:显示电压实测电压9.9V9.87v9.5V9.48V9.1V9.12V2.3V2.23V1.1V1.15V 由于自己在科协测试时功率电阻太热，电流太大，只测了9V的数据，在老师的办公室里，由于直流稳压源的保护作用，电流输出最大只有0.5A，电压最高只测到2.5V，单就测出的几组数据来看，效果还不错。

16、7小结 这次课设，总得来说还可以，虽然经历了不少困难，但最后的结果是令人满意的。当然，由于按键部分的消抖没完成的很好，这个作品也不是那么完美。但是这个作品从开始设计到最后测试结束，真的是自己一人独立完成。真的挺羡慕那些他们一块协作完成的人，我觉得那样真的挺好。当然，这期间少不了老师的指导，让我少走了不少弯路。在这里我要说声谢谢您。刚开始在模拟仿真的时候，由于对仿真软件不太熟悉，使用不太恰当，致使仿真时总是出一些乱七八糟的结果，当时挺着急的，因为真的找不出原因，因为按照理论分析整个电路图都是正确的，是可以出结果的，但是就是没有结果，没办法，只能试着一部分一部分改，折腾了两三天，到最后才发现是运放

17、电压的问题。在protues中，想要添加一个新的电压是有着严格的步骤的，尤其是正的电源。我的仿真图上虽然上显示着电源是接好的，其实这个电源并没有在它软件的默认电源里边，也就是说，在电路运行中，它是不工作的。我这里给那些像我一样的初学者一个判别是否电源已设定好的建议：你可以新建一个电源，选择这个电源的电压，在选择的那一栏里看是否有你之前设定好的电压值，如果有，说明电压就是好的。之后在开始测试的时候又是一堆堆的问题，首先老师说测试时只是单电源供电，而我们却需要+16V、+12V、-12V、以及5V和0V，这样一来电源供电也是问题了。所以我们在设计之外加了一组7812，用来将16V稳压到12V，这样

18、就满足要求了。由于开始时没有加防抖电路，而且主观上也并不觉得防抖电路并不是多大的问题，后边接上就好了，科协人太多，先测后边的部分。结果后边的部分好了再返回来做前边的那部分时出问题了防抖电路怎么都弄不好，无论是单稳态还是RC，都没有想要的结果，最后实在没办法只能放弃掉了。在这次课程设计中虽然有挫折但也有成功后的喜悦，那种苦尽甘来的感觉真的很好。而且这些知识大多来源于课本，所以让我更深一步知道了学好课上的知识的重要性。理论永远是指导实践的。有时候在实践中出现问题后，只要你基础扎实，很容易分析出问题在哪，起到事半功倍的作用。8设计体会及今后的改进意见8.1设计体会：1、 他山之石，可以攻玉。在设计电

19、路中，如过遇到了什么困难，不防参考一下其他的资料，或许会有意想不到的收获。比如我在做DAC0832那一模块的时候，真的是完全没有头绪，因为书上并没有简绍到这款芯片的使用方法，而且也没没有找到确切的电路图的资料。后来在上单片机课上，我无意中往后翻了翻书，发现有一节就是讲单片机拓展DAC0832的，里边详细的讲了DAC0832如何连线的，我根据他的连线以及数电书上详细的数模转换器的基础图，将DAC0832的基本结构了解清楚了，再回头，接线的问题就迎刃而解了。还有，在帮别人做LED点阵的时候，刚知道2816这款芯片的时候是一头雾水，因为不知道它的工作原理是什么，接线是应该怎么接，编程是否和单片机编程

20、一样，等等。后来参考了一大堆有关2816的电路图，从功能反推电路，最终将它的接线方式和编程的方式推了出来。所以，在设计特定的电路的时候，有某个芯片不会用，不妨看一下这款芯片在已有电路中的作用，或许你就会找到正确的答案的。2、 实践出真知。“实践是检验真理的唯一标准”这句话用在这里也算恰当。我们在课本上学到的都是理论知识，但是理论归理论，能不能有最后的结果还是要看实践的。有些经验是理论部分解决不了的。因为在实际制作中总会存在着这样那样的误差与问题，所以结果肯定不会与理论值完全一样。而且往往一些理论知识中很简单的电路在实际运用中会给你带来大麻烦。这点我是深有体会。而且，千万不要迷信百度文库中那些学

21、长学姐的资料，可以参考，但不可以完全照搬，因为你也不知道他们究竟成功没有。这里我要严重的说一下，要想得到准确的数据参数，请千万不要迷信所谓的“中文资料”，这些资料翻译的有时候真的不是那么准确。自己要想得到一手的资料数据，一定要看英文版的技术手册。我在做DAC0832的部分时，当时并没有考虑0832的参考电压的最大值。在完成之后突然听别人说0832的参考电压不能过15V，于是我就在百度中找资料，这些资料中有一份说的比较详细的，在上面说参考电压最高只能为±10V，我当时就很纳闷，怎么这范围还越来越小了呢。我最后找到0832的技术手册，发现上面讲的和翻译的完全不同。首先电源电压的最高电压就不一样，极限电压可加到17V。参考电压最高为±25V。±10V是手册上举例子用的。3、 细节决定成败。是否成功往往不是看你的大方向是否正确，而是取决于你在对待细节上是否够兢兢业业。千里之堤，溃于蚁穴。往往一个小小的失误，就是你失败的真正原因。我算是一个典型的反面教材吧。本以为这次课设最难的是后边电源的设计，开始并没有想到一个防抖电路会产生什么大的影响。就想着先把后边的那一部分弄好，结果出问题的却恰恰是计数器的