数控稳压电源设计报告

1、-PAGE . z2007级电子信息工程模拟、数字电路课程设计报告书设计题目简易数控稳压电源姓 名正中、毕轶学 号、学 院物理与电子信息工程学院专 业电子信息工程班 级2007级3班指导教师胡仲秋2009年 12 月19日一、设计题目及要求1、设计题目设计一用按键步进控制输出电压的直流稳压电源。2、设计要求1根本要求输出电压：0+9.9V，步进量0.1V；输出纹波：10mV；最大输出电流：500mA；由+、-两键分别控制输出电压步进增减；= 5 * GB3错误！未找到引用源。数码显示输出电压。2发挥局部自制所用直流电源：15V，+5V；拨码开关预置输出电压；指导教师签名： 2021年 月 日二

2、、指导教师评语指导教师签名： 2021 年 月 日三、成绩 验收盖章 2021年 月 日目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2492639241设计任务、要求及方案选择 PAGEREF _Toc249263924 h 1HYPERLINK l _Toc2492639251.1设计任务 PAGEREF _Toc249263925 h 1HYPERLINK l _Toc2492639261.2设计要求 PAGEREF _Toc249263926 h 1HYPERLINK l _Toc2492639271.3设计方案的比拟与选定 PAGEREF _Toc249263

3、927 h 1HYPERLINK l _Toc249263928方案一如图2所示 PAGEREF _Toc249263928 h 1HYPERLINK l _Toc249263929方案二如图3.所示 PAGEREF _Toc249263929 h 2HYPERLINK l _Toc249263930方案三如图4.所示 PAGEREF _Toc249263930 h 2HYPERLINK l _Toc2492639311.4电路工作原理 PAGEREF _Toc249263931 h 3HYPERLINK l _Toc2492639322单元电路设计参数计算与元器件选择 PAGEREF _To

4、c249263932 h 3HYPERLINK l _Toc2492639332.1数字控制局部 PAGEREF _Toc249263933 h 3HYPERLINK l _Toc249263934单脉冲产生 PAGEREF _Toc249263934 h 3HYPERLINK l _Toc249263935计数局部 PAGEREF _Toc249263935 h 5HYPERLINK l _Toc249263936显示局部 PAGEREF _Toc249263936 h 7HYPERLINK l _Toc2492639372.2D/A变换局部 PAGEREF _Toc249263937 h

5、8HYPERLINK l _Toc2492639382.3可调稳压局部 PAGEREF _Toc249263938 h 9HYPERLINK l _Toc2492639392.4辅助电源局部 PAGEREF _Toc249263939 h 11HYPERLINK l _Toc2492639403在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法 PAGEREF _Toc249263940 h 13HYPERLINK l _Toc2492639413.1辅助电源的安装调试 PAGEREF _Toc249263941 h 13HYPERLINK l _Toc2492639423.2单脉冲及计数器调试 PA

6、GEREF _Toc249263942 h 13HYPERLINK l _Toc2492639433.3D/A变换器电路调试 PAGEREF _Toc249263943 h 13HYPERLINK l _Toc2492639443.4可调稳压电源局部调试 PAGEREF _Toc249263944 h 13HYPERLINK l _Toc2492639453.5调试中发现的其他问题 PAGEREF _Toc249263945 h 13HYPERLINK l _Toc2492639463.6调试中原始数据记录 PAGEREF _Toc249263946 h 14HYPERLINK l _Toc2

7、492639474心得与体会 PAGEREF _Toc249263947 h 14HYPERLINK l _Toc2492639485致 PAGEREF _Toc249263948 h 15HYPERLINK l _Toc249263949附录： PAGEREF _Toc249263949 h 16HYPERLINK l _Toc2492639501原理图 PAGEREF _Toc249263950 h 16HYPERLINK l _Toc2492639512 PCB图 PAGEREF _Toc249263951 h 17HYPERLINK l _Toc2492639523作品照片 PAGER

8、EF _Toc249263952 h 18HYPERLINK l _Toc2492639534元件清单 PAGEREF _Toc249263953 h 18HYPERLINK l _Toc249263954参考文献： PAGEREF _Toc249263954 h 19-. z1设计任务、要求及方案选择1.1设计任务设计出有一定输出电压围和功能的数控电源。其原理示意图1.如下：+-键输出电路 数控局部 数字显示 自制稳压电源图1.原理方框图1.2设计要求1.根本要求输出电压：0+9.9V，步进量0.1V；输出纹波：10mV；最大输出电流：500mA；由+、-两键分别控制输出电压步进增减； =

9、5 * GB3 * MERGEFORMAT 错误！未找到引用源。数码显示输出电压。2.发挥局部自制所用直流电源：15V，+5V；拨码开关预置输出电压。1.3设计方案的比拟与选定根据题目要求，提出以下三种设计方案：方案一如图2所示振荡器2级10进制可逆计数器D/A功率放大器10进制数化为BCD码译码显示图2 方案一方框图在此方案中，其电路构造简单，能完成所要求功能。但存在的缺乏之处是：D/A转换要求输入二进制数但是显示却要求输入BCD码。实现这种转换的电路并不是一个简单的电路。所以虽然这是最容易想到的一种方案。我们却没有采用。方案二如图3.所示显示键盘D/A转换 电路 电流源负载稳压电源采样电路

10、A/D转换 电路键盘显示器接口 89C55 单片机采用以89C55芯片为核心的单片机最小系统作为该系统的控制局部。其中采样与控制局部采用精度较高的12位A/D、D/A转换器，它不仅能实现步进0.1V的根本要求，而且在对电压采样中，可以得到精度较高电流输出。此外，控制局部电路还具有键控和显示等附加功能。由于第二个方案所用的是单片机，设计出产品的精度高能满足群众的要求，但是以我们的现有知识无法完成，故不选择。图3方案二方框图方案三如图4.所示单脉冲产生可逆计数器D/A变换器稳压调节电路图4方案三方框图既然要面对BCD码与二进制码之间的转换问题，此方案中采用了4线7线74LS248译码器来解决，且防

11、止了单片机的使用，数字局部采用全数字电路实现，电流输出采用集成稳压块功率扩展电路。综上所述，选用方案三。1.4电路工作原理题目是设计一种从0.09.9V变化、步长为0.1V的简易数控电源。设计思想应为：在到达性能指标的前提下，选用低价格通用元器件设计制作电路。电路应简单、可靠，具有实用性，容易转变为实用产品。数控直流稳压电源，主要包括三大局部：数字控制局部、D/A变换器及可调稳压电源。整个系统的工作原理简述如下：数字控制局部用+/-按键控制产生可增加或减BCD码，BCD码输入到D/A变换，变换成相应的电压，此电压通过放大到适宜的电平之后加到可调稳压局部，控制输出电压以手动0.1V的电压步进或步

12、减。2单元电路设计参数计算与元器件选择2.1数字控制局部单脉冲产生图5单脉冲产生电路电路如图5.所示，该电路有+、-两按键控制计数器数字输出的加/减。按下+或-按键，产生的输入脉冲输入到74LS192的CP+或CP-端，以便控制74LS192的输出作加计数还是减计数。为了消除按键的抖动脉冲，分别在+、-控制口接入了由双集成单稳态触发器CD4538组成的单脉冲发生器，其引脚图和真值表如下所示，由此可得出：16脚VDD接电源5V；8脚VSS接地；为了能完成所需的功能，3、13脚清零端CD始终接高电平，既电源。InputsOutputsClearABQQL*LH*H*LH*LLHHLHHH=High

13、 LevelL=Low Level=Transition frow Low to High=Transition frow High to Low=One High Level Pulse =One Low Level Pulse*=Irrelevant图6.CD4538真值表图7CD4538引脚图查阅资料可得，CD4538的脉冲时间=100mS,计数局部电路如图8.所示，两片可预置十进制同步可加/减计数器74LSl92构成2位十进制加法计数器，电路采用串行进位方式级联。当个位计数器由9复位到0时，其发出一个正脉冲作十位计数器加计数的时钟信号。使十位计数器加1计数。74LS192其管脚图如下：

14、图8.计数局部电路图9.74LS192引脚图由图可得：16脚VCC接电源5V；8脚接地；当去除端14MR为高电平时，不管时钟端CPD、CPU状态如何，即可完成去除功能，所以14脚接地；11脚为为置入控制端，且低电平有效，所以要有置数功能，两块74LS192的11脚均接地；12脚为进位输出端，13脚为错位输出端，进展级联时，把前一级的和分别接入后一级的CPU、CPD。两片74LS192的置入控制端11脚分别外接上拉电阻R4、R7取和按钮开关，即可通过按钮开关控制来实现预置数功能，当按钮开关按下时，便可实现预置数功能。两片74LS192的输入端P0P3分别外接4个上拉电阻，R8=R9=R10=R1

15、1=R12=R17=R18=R19=，并通过普通开关与电源连接。开关闭合表示输入为1，断开为0。显示局部电路如图10.所示，这里采用数码显示输出电压大小，用74LS248为驱动器。其中，因为74LS47可用来驱动共阳极的发光二极管显示器；而74LS248则用来驱动共阴极的发光二极管显示器。74LS47为集电极开路输出，使用时要外接电阻，而74LS248的部有升压电阻，可以直接与显示器相连接。由于电路采用了两级BCD码计数器，而且计数器输出仅仅代表电压值的代码，而不代表具体电压，因此不必考虑与DA接口的问题。故直接采用两片74LS248作为静态显示即可。因为显示器的公共端接高电平，需要接一上拉电

16、阻，故取R8=R12=1K，而小数点接电源而使其常亮。图10.显示局部电路2.2D/A变换局部图11.D/A变换局部为了降低本钱，使用分立的变形权电阻及运算放大器构成D/A变换。D/A变换是运放的求和运算。如图11.所示。此电路将计数器中的数字信号转变为模拟信号，就是将输入二进制中为1的每一位代码按其权的大小，转换成模拟量，然后将这些模拟量相加，相加的结果就是数字量成正比的模拟量。由1得，令=0，其中k=0.1，当U1，U2，U3，U4，U5,U6,U7,U8均为零时，R5,R7,R15,R32,R33,D2,D3,D4,D5构成清零功能，使输出UIN=0。2.3可调稳压局部图13.可调稳压局

17、部为了满足稳压电源最大输出电流500mA的要求，可调稳压电路选用了集成三端稳压块CW7805组成，该稳压器的最大输出电流可达1.5A，稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。且CW7805原本是输出固定电压5V的集成稳压块，但可以外接电阻来改变输出电压值。要使稳压电源能在0.09.9V之间调节，可采用如图13.所电路。设运放为理想元件，则有由此可见，UI与UIN之间成线性关系，当UIN变化时，输出电压也相应改变.假设要求输出电压步进增或减，UIN步进增或减即可。所以，当结合D/A转换局部和可调稳压电源，可得：2.4辅助电源局部图14.辅助电源局部本局部电路主要提供应稳压调节电路

18、及各局部集成电路包括运放和数字击集成电路的供电电源。要完成D/A转换及可调稳压器的正常工作，运算放大器LM324必须要求正、负双电源供电.先选择15V供电电源。数字控制电路要求5V电源，可选择由CW7805集成三端稳压器组成的电源实现。其中包括变压器降压、桥式整流、电容滤波、三端稳压集成电路稳压环节。如图9.所示。滤波电路的输出电压应满足下式:式中，稳压电源输出最大值;集成稳压器输入输出最小电压差;滤波器输出电压的纹波电压值(一般取，之和的10%);之和的10%)。对于集成稳压器，当=2V10V时，具有较好的稳压输出特性，故滤波器输出电压值 取=20V。根据可确定变压器次级电压，在桥式整流电路

19、中，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：，取变压器的效率，则变压器的容量为，应选择容量为20W的变压器。因为流过桥式电路的每只二极管的电流为每只整流二极管承受的最大反向电压为，应选用二极管1N4001，其参数为：ID=1A,URM=100V。可见能满足要求。一般滤波电路的设计原则是，取其放电时间常数RLC是其充电时间常数的25倍。对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流电源周期的一半，即取C1=C2=470uF,同理C5=C6=220uF。因为C3,C4,C7,C8是为了防止产生自激振荡而用于改善波形的，故一般取用C3=C4=C7=C8=0.1uF。C9是用于改善负载的瞬态响应的，应

20、选用100uF，耐压值为25V的铝电解电容。3在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法3.1辅助电源的安装调试在安装元件之前，尤其要注意电容元件的极性，注意三端稳压器各端子的功能及电路的连接.检查无误后，参加交流电源，测量各输出端直流电压值。在实际调试过程中，发现7805的输出端和地端接反，故采取使之旋转90度，交换输出端和低端的方法解决该问题。3.2单脉冲及计数器调试参加5V电源，用万用表测量计数器输出端子，分别按动+、-键，观察计数器的状态变化。调试过程中能够输出脉冲，工作正常，但发现计数器74LS192的清零端误接为VCC，导致清零端始终清零，无法计数，故将清零端改为接地，从而解决该问

21、题，加减正常，同时预置数也正常。3.3D/A变换器电路调试将计数器的输出端分别连接到D/A转换器的数字输入端，在=0000，=0000，调节，使运算放大器输出=0V。在调试过程中发现R22取值偏小，放大倍数不够，导致无法调零，故在R22端串联一支50K的微调电阻，使之能够正常调零。另外，由于R24-R31所需为非标电阻，无法满足，之能用标准电阻串并联构成，故使步进值不能准确地到达0.1V。3.4可调稳压电源局部调试将电路连接好，在运算放大器同相输入端参加一0-10V的直流电压，观察输出稳压电压值的变化情况。将上述各局部电路调试好后，将整个系统连接起来进展通调。3.5调试中发现的其他问题除上述提

22、到的问题外，在调试过程中，还发现由于焊接工艺较差造成局部焊点虚焊后漏焊，问题发现后，一一解决。3.6调试中原始数据记录参数测试次数输出电压(V)输出纹波V)输出电流mA)显示电压V)步进值V123456789104心得与体会本次课程设计是我们第一次将所学知识用于实践，从选题开场，到设计方案的选择制定，原理图的绘制，PCB板的制作，作品的制作、调试，最后形成设计报告，我们对设计的整个流程都有了一定的体会，期间发现了很多问题，原理图修改了9次，PCB板的布线设计进展了4次，设计报告修改了7次，调试的过程也是花费了相当的时间，整个设计历时6周，从中我们感受到了很多，明白了理论和实践的差距，有很多问题只有在真正实践的过程中才会有所体会和收获；我们也深知自身还存在很多缺乏，例如对问题的考虑不够充分，根底知识不够扎实导致参数的计算和元件的选择相对困难，调试过程中不能及时发现并解决问题等等。总之，在经历过此次课程设计后，我们对模拟、数字电路的相关知识有了更深的体会，在设计的过程中锻炼了自身的耐心、细心，为今后的毕业设计甚至工作求职打下了一定的根底，