数字显示直流稳压电源

1、电子技术课程设计报告设计课题： 数字显示直流电源 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 设计时间： 数字显示直流电源设计任务与要求 设计一个可显示出电压值的直流稳压电源1、设计一个直流稳压电源。主要技术指标：(1) 输出电压范围：09.9V，文波电压10mV(2) 最大输出电流：3A(3) 工作电压2-6V，典型值5V，工作电流U2，D1、D3截止，电容 C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数=RLC一般较大，电容电压Uc按 指数规律缓慢下降，当下降到|U2|Uc时，V2、V4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压，使负载电

2、压的波动大为减小。3.1.3稳压电路随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V37V，最大输出电流 为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。

3、其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图1和图2. 图1 图2 稳压电源电路如图稳压电源的输出电压可用下式计算：Vo=1.25(1+R2/R1)仅仅从公式本身看,R1、R2的电阻值可以随意设定。然而R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V37V(高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等,其输出电压变化范围是Vo=1.25V45V),所以R2/R1的比值范围只能是028.6。其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流,有的资料称为最小输

4、出电流,也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同,其最小稳定工作电流也不相同,但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时,317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时,317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时(如图所示),没有注意317稳压块的最小稳定工作电流,那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象:稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。要解决317稳压块最小稳定工作电流的问题,可以通过设定R1和R2阻值的大小,而使317稳压块空载

5、时输出的电流大于或等于其最小稳定工作电流,从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。此时,只要保证Vo/(R1+R2)1.5mA,就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。当然,只要能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作,Vo/(R1+R2)的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。经计算可知R1的最大取值为R10.83K。又因为R2/R1的最大值为28.6。所以R2的最大取值为R223.74K。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时,必须保证R10.83K,R223.74K两个不等式同时成立,才能保证317稳压块在空载时

6、能够稳定地工作。当然在317稳压块的输出端并联泄流电阻R(如图所示),也可以为317稳压块提供最小稳定工作电流。但是,由于并联的泄流电阻不能随输出电压的变化而变化,如果要保证317稳压块在输出电压为1.25V时,其输出电流大于其最小稳定工作电流,则在317稳压块的输出电压为37V时,流过泄流电阻的电流就太大了,这样不仅浪费了电能,而且增加了317稳压块的负担,不是一种妥当的办法。结论：1317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V37V，故R2/R1的比值范围只能是028.6。2317最小稳定工作电流的值一般为1.5mA，需要保证Vo/(R1+R2)1.5mA，经计算可知R1的最大取值为R

7、10.83K，电阻R1常取值又因为R2/R1的最大值为28.6。所以R2的最大取值为R223.74K。因此理论上应采用LM317芯片，但在Multisim中未找到LM317芯片，所以只能用LM7809CT芯片代替，仿真结果受到了影响。3.2数字显示电路的设计工作原理数字显示驱动采用两块 74LS248 芯片，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送来的二十进制码，驱动数码管显示数码。CD4511，七段译码器，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

8、输入信号，用来检查，数码管的 好坏，IBR 为灭零输出信号，用来动态灭零，IB/QBR 为灭灯输出信号，如图1，显示电路如图2。图1.引脚图图2 显示电路元件选择 与CD4511功能相同的还有，74LS247，74LS248 等。 由于在Multisim中未找到CD4511芯片，最后只能用74LS248芯片代替。3.3D/A 转换电路 （数模转换器）的设计3.3.1DAC0832 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 数/模转换电路，这里只使用高4 位 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

9、器，低位DAC 输出模拟量经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 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，运放采用具有调零的低噪声高速优质运放NE5534。DAC0832 芯片主要功能引脚的名称和作用如下：d7d0：8 位二进制数据输入端；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

10、端相连并接地端；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=1,CS=0,WR=0，输 入数据d7d0 存入8 位输入寄存器中，当WR2=0，XFER=0 时入寄存器中所存内 容进入8 位DAC 寄存器并进行D/A 转换。3.3.2DAC0832 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。

11、由于DAC0832 输出级没有加集成运放，所以需外加NE5534 相配适用。NE5534 封装如下图 1。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电路处于平衡状态； 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+为正负电源供。图1 封装图图2转换电路图 但由于Multisim中未找到DAC0832，只能用DAC8541代替。四、四、总原理图及元器件清单4.1总原理图4.2元件清单元件序号型号主要参数数量备注电容0.1f1100f51000f12f30f2电

12、阻1k3100190014.7k1定位器5003三极管2N17112NE55342LM78093桥堆1B4B42374LS192274LS2482DAC85412五、仿真与调试在调试的时候出现了这样一个问题：就是当液晶显示为一个电压值时，输出电压却是另外一个值，这个说明电压没有得到相应的跟随，跟随不成1的比例，通过调试滑动电阻，经过长期调试达到要求。5.1纹波电压的测试 纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值， 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分，即便如此，就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹。如下图：经过测试，纹波

13、系数小于10mV,符合指标。5.2数据测量数据测量的方法是：通过独立按键预设液晶的显示电压值，启动D/A转换按钮，然后用精度为0.00V的万用表检测系统最终输出端的电压值。每设置一次液晶的显示值，测试一次最终的电压输出值，连续测量10次。下面分别列出了系统仿真和实物的数据测量值，见表。仿真数据预设输出电压（V）实际输出电压（V）误差（）0.00.570.571.00.980.022.01.950.053.02.930.074.03.900.105.04.880.126.05.860.147.06.820.188.07.800.209.08.770.2310.09.750.25此结果是通过邮箱请

14、别人用Proteus软件仿真得出的结果。由于芯片不足，用Multisim得不出来这个结果。5.3误差分析由于上述仿真数据在相同条件下多次测量同一量值时，绝对值和符号均不改变，为此上述数据的误差只可能是系统误差，不可能是随机误差。下面分别计算出上述数据的绝对误差。绝对误差定义为被测量值x和测量的真值A的差值。上述把预设的电压作为真值，绝对误差用符号表示。计算出上述数据绝对误差的平均值：=8=0.12六、性能测试与分析(软件设计与调试)软件是整个系统设计的另一个重要环节，灵活性很强，可以根据系统的要求和功能而变化。在硬件结构一定的情况下，只要改变相应的软件就能实现一些不同的功能。在本系统中，软件结

15、构采用模块化设计，各功能程序分别编写和调试。各模块调试成功后，再将所有模块连接起来，构成系统的软件。这样的设计有利于程序代码的优化，而且便于编程、调试和维护。6.1系统软件设计的原则应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，应可靠实现系统的各种功能在本系统中，软件设计要求做到以下几点11：(1)软件结构清晰、简捷、流程合理。(2)并功能程序实现模块化，子程序化。这样，既便于调试，连接，又便于移植，修改。(3)程序存储区，数据存储区要合理规划，既能节约内存容量，又使操作方便。(4)运行状态实现标志化管理。这个功能程序运行状态，运行结果以及运行要求都要设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控

16、制都可通过状态标志条件来控制。(5)经过调试修改后程序应进行规范化，出去修改的痕迹，以便于交流和借鉴，也为以后的软件模块化、标准化打下基础。(6)实现全面软件抗干扰设计。6.2程序设计流程图 程序设计流程图如图所示。 程序开始以后，首先液晶初始化，显示液晶初试的预设电压值。然后进行按键检测，如果没有按键按下，显示液晶当前的初试电压；如果有按键按下，进入电压检测中断程序，确认当前液晶的调整值。接着检测D/A是否启动，启动以后进行数模转换，将转换后的模拟量送给系统最终输出端。程 序 初 始 化键 盘 扫 描显 示 程序开始检测 按键NYD/A 转 换延时程序结束电压 检测中 断YN6.3按键设置流

17、程图虽然把按键子程序直接放在了主程序中，但是作为控制模块，按键程序仍然是比较重要的模块。按键设置过程中，流程如下图所示：按键设置流程图6.4DA转换流程图D/A转换设置过程中，程序写入D/A中，D/A转换对数据进行转换，其流程图见图。显示模块流程图液晶显示设计过程中，对液晶进行初始化清0等操作，其流程图见图。液晶显示流程图七、结论与心得为期两周的课程设计，有很多的心得体会。首先，学会了有效率的搜集资料和选取元器件，还学会了仿真画图调试，虽然仿真的结果不尽人意，但仍然感到很满足。本次课程设计以学生自己设计为主，因此培养了我的学习的积极性，让我能够独立去分析问题、发现问题、解决问题的能力。它使我对

18、课本以及以前学过的很多知识有了很好的理解，也知道了理论与实践是有很大差距的。理论只是成功的一半，调试以及故障检查也是非常必要的，而且也是一项很有技巧性的工作，需要在实践中不断地提高。这次课程设计也增强我与老师同学交流沟通和合作完成任务的能力，在课设的这几周里，遇到无法解决的难题时，老师的经验总是能告诉我们解决的办法，同时，拥有一个好的合作伙伴的作用也是不可忽视的。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做