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文档简介

1、简易数控直流稳压电源简易数控直流稳压电源设计与仿真摘要 本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比,具有操作方便,电压稳定度高的特点,其输出电压大小采用数码管显示,主要用于要求电源精度比较高的设备,或科研实验电源使用,并且此设计没有用到单片机,只用到了数字技术中的可逆计数器,D/A 转换器,译码显示等电路,具有控制精度高制作比较容易等优点。关键词 稳压电源;数控;数模转换;可逆计数第1章 绪论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,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活

2、提供更好的更方便的设施,就需要从数字电子技术入手,一切向数字化和智能化方向发展。本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比,具有操作方便,电压稳定度高的特点,其输出电压大小采用数字显示,可用于要求电源精度比较高的设备,或科研实验电源使用,并且此设计,没有用到单片机,只用到了数字技术中的可逆计数器,D/A 转换器,译码显示等电路;具有控制精度高,制作比较容易等优点。第2章 电路设计2.1电路设计方案本文介绍的简易数控直流稳压电源共有六部分组成,其中输出电压的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的;步进电压精确到0.1V去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

3、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的控制,调整输出级,使输出稳定直流电压。 由于题目是数控稳压电源,并且有精确的步进值,因而不适合采用普通的串并联方式的线性稳压电源。且由于电路结构简单,集成度高,可以很容易的实现精确的递增和递减的功能控制。随着数字器件的发展,构造一个精确的可逆计数器很容易实现。由于所要完成的逻辑功能并不复杂,因而没有采用单片机。可逆计数器的输出是依次递增或递减的数字量,经过D/A转换后变成模拟电压值。由于电压的数值可以把输出的模拟电压经过A/D转换再显示

4、,也可以直接把D/A转换前的数字量直接经译码显示。在前一种方法中,由于要用到复杂的A/D转换及其控制电路,其精确度难以保证从而增加设计难度;在后一种方法中驱动数码管的信号直接由可逆计数器而来,所以不存在A/D转换间的误差问题,所以采用后一种方法。其原理方框图和总体控制电路图如下图所示:图 1简易数控直流稳压电源电路原理方框图2.2单元电路设计“+”, “-”键控制的可逆计数器的设计工作原理:此部分电路主要用两个按钮开关作为输出电压增和减的调整键,与可逆计数器的加计数CPU时钟输入端和减计数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/减计数集成块74LS192芯片级联而成。由于要求

5、输出电压从0V到9.9V可以调节,所以级联的两个74LS192计数器总计数范围从00000000到10011001(即099)。而74LS192芯片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。元件选择:计数器部分采用的是十进制双时钟可预置数异步复位十进制(BCD 码)可逆计数器74LS192芯片。与它功能相同的还有其他芯片,比较容易找到。这里采用TTL逻辑电路而不采用CMOS数字电路的原因是TTL逻辑电路的输入阻抗低,具用良好的抗外界电磁干扰能力,而CMOS数字电路的输入阻抗极高,很容易被外界电磁场所干扰而误动作,这也是电子技术基础“数字部分”近30年来一直在讲TTL逻辑

6、电路路而很少讲CMOS电路的原因。 数字显示电路的设计工作原理:在数字测量仪表和各种数字系统中,都需要将数字量直观的显示出来。一方面供人们直接读取测量和运算的结果;另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此,数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。其中的数码的显示方式一般有三种:第一种是字型重叠式;第二种是分段式;第三种是点阵式。目前以分段式应用最为普遍,主要器件是七段发光二极管(LED)显示器。它可分为两种,一是共阳极显示器(发光二极管的阳极都接在一个公共点上),另一是共阴极显示器(发光二极管的阳极都接在一个公共点上,使用时公共点接地)。由

7、于前一级电路采用两级可逆计数器,且其输出仅代表电压值代码而不是代表具体电压,故而不用考虑与D/A转换间存在的结合问题;而直接去显示,所以电压显示非常方便,直接采用两块74LS48芯片驱动显示。元件选择:与74LS48芯片功能相同的还有74LS47芯片。它的引脚排列与74LS48的引脚排列一模一样,两者的功能也差不多。使用时要注意:74LS47芯片是用来驱动共阳极显示器的,74LS48芯片是用来驱动共阴极的;74LS48芯片内部有升压电阻,使用时可以直接与显示器相连,而74LS47为集电极开路输出,使用时要外接电阻。在使用时应注意:74LS48芯片在使用可直接驱动共阴极的LED数码管而不需外接限

8、流电阻。 D/A 转换电路设计工作原理: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。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输出的模拟量经过9:1分流器分流后与高位DAC输出模拟量相加后送入运放,具体实现由900欧姆和100欧姆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,运放采用的是低噪声的NE5534芯片。 调整输出电路设计工作原理:调整输出级采用运放作射极跟随器,使调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

9、到设计要求。数控电源各部分工作所需的±15V和+5V电源由固定集成稳压器7815,7915,和7805提供,调整管所需输入电压,经简单整流,滤波即可得到.元件选择:达林顿管就是将两个三极管接在一起,极性和第一只三极管的极性保持一致。 稳压电源电路设计工作原理:在达到基本性能指标的前提下,为了更好的体现人性化的思想,同时采用低成本的通用电子元器件来设计制作电路。在这当中,电路应该是简单可靠稳定的,当然,最重要的是它有实用价值,容易在人民日常生活中实现。由于对纹波没有提出很大的要求,所以我们的电路采用常用的三端集成稳压器(78××和79××两大系列

10、)作稳压元件,就可以可满足电路要求。第3章 电路仿真与调试3.1电路仿真打开仿真软件Proteus,绘制控制电路图如下图所示:图 2仿真前的控制电路图下图所示的是仿真后的结果:图 3 仿真后的控制电路图3.2电路调试 电路的调试采用分模块的调试方式。即按照原理方框图一一进行调试,然后再通调。由于数字电路部分只要设计和接线正确,一般不会出现问题;所以调试主要集中在模拟电路部分。第4章 结 论本文介绍的数控直流稳压电源输出的电压大小尚受限制,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,就能轻易地满足要求。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即可达到目的。另外,当电路输出为0时,按下“-”健,数码显示为9.9V;当电路输出为9.9V时,按下“+”健,数码显示0V,由于时间关系,这个问题期待在今后的学习中加以解决,使整个电路更加完善。在本次设计过程中,对输出电压的纹波没有提出严格要求,所以常用的稳压集成电路就可以满足电路设计的要求。在电路中采用了模拟器件和数字器件,所以需要+5V、和±15V电源供电。参考文献【1】彭介华.电子技术课程设计指导.第1版.北京.清华大学出版社.2

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