1、 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 課 程 名 稱 電子線路綜合課程設(shè)計(jì) 系 院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn) 指 導(dǎo) 教 師 設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2014年11月3日 至2014年11月14日 一、課程設(shè)計(jì)(論文)題目 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源二、課程設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求一、設(shè)計(jì)要求：1、運(yùn)用數(shù)字、模擬電子知識(shí)設(shè)計(jì)電路2、設(shè)計(jì)出的直流穩(wěn)壓電源要求輸出精度高，步進(jìn)電壓在0. 1V左右，調(diào)整方便3、使用通用器件4、要求輸出電壓在09.9V二、技術(shù)指標(biāo)：1、工作電壓：2-6V（典型5V）、工作電流：4.5mA（5V時(shí)），2.5mA（

2、3V時(shí)）、輸出穩(wěn)壓值：0-9.9V、步進(jìn)電壓值：0.1V、輸出紋波電壓值：10mV、輸出電流：5A三、課 程 設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間11月3日：講課設(shè)內(nèi)容,安排任務(wù)11月4日：查資料,確定方案,設(shè)計(jì)方案論證11月5日-7日：畫(huà)出系統(tǒng)方框圖，進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)11月8日-12日：用PROTEL畫(huà)出原理圖，制作實(shí)物11月13日-14日：整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)四 、主 要參考資料1 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 第4版.北京:高等教育出版社,1998;2唐競(jìng)新.數(shù)字電子電路M.第1版.北京:清華大學(xué)出版社,2003;3 吳立新. 實(shí)用電子技術(shù)手冊(cè)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社;4楊長(zhǎng)春.論數(shù)字技術(shù)J.電子報(bào)

3、合訂本.成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2003.12 學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 班學(xué)生： 日期： 自 2014 年 11月 3 日至 2104 年 11月 14 日指導(dǎo)教師： 助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：教研室： 電子工程 教研室主任： 目 錄前言、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、需求分析1二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)4四、調(diào)試與維護(hù)9五、結(jié)束語(yǔ)10六、參考文獻(xiàn)10七、指導(dǎo)教師評(píng)閱11一、需求分析1.1 選題背景及意義 現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已經(jīng)到了已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展時(shí)期。直流電源的應(yīng)用在生活中非常廣泛。它為許多用電器直接提供能量。特別是電子產(chǎn)品，大多為36V以下的低壓。然而生活中電壓

4、多為220V交流，不能為這些用電器直接供電。數(shù)控直流電源解決了這些問(wèn)題，給我們帶來(lái)了極大的方便。1.2設(shè)計(jì)的目的運(yùn)用數(shù)字、模擬電子知識(shí)，使用通用器件，設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)出09.9V的直流穩(wěn)壓電源1.3設(shè)計(jì)要求： （1）運(yùn)用數(shù)字、模擬電子知識(shí)設(shè)計(jì)電路 （2）設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源要求輸出精度高，步進(jìn)電壓在0. 1V左右，調(diào)整方便（3）穩(wěn)壓系數(shù)小于0.2； （4）使用通用器件（5）由“+”、“-”兩鍵分別控制輸出電壓的步進(jìn)增減，步進(jìn)值為1V，輸出電壓值用LED數(shù)碼管顯示。二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)此數(shù)控直流穩(wěn)壓電源共有六個(gè)部分，輸出電壓的調(diào)節(jié)時(shí)通過(guò)+、-兩鍵操作 ，步進(jìn)電壓精確到0.1V

5、，控制可逆計(jì)數(shù)器分別作加、減計(jì)數(shù)，可逆計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)字輸出分兩路運(yùn)行：一路用于驅(qū)動(dòng)數(shù)字顯示電路，精確顯示當(dāng)前輸出電壓值；另一路進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（D/A轉(zhuǎn)換電路），數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字量按比例，轉(zhuǎn)換成模擬電壓，然后經(jīng)過(guò)射極跟隨器控制，調(diào)整輸出級(jí)，輸出穩(wěn)定直流電壓。為了實(shí)現(xiàn)上述幾部分的正常工作，需要另制15V和5V的直流穩(wěn)壓電源，以及一組未經(jīng)穩(wěn)壓的12V17V的直流電壓。此下所講的數(shù)控電源就是對(duì)此組電壓進(jìn)行控制，是輸出09V的穩(wěn)定可調(diào)直流電壓。2.1原理方框圖如下圖所示2.2本設(shè)計(jì)總體圖示2.2.1控制電路圖2.2.2主要電源供給電路圖2.3仿真電路圖2.4電路板實(shí)物圖三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1數(shù)字顯

6、示電路設(shè)計(jì)3.1.1工作原理數(shù)字顯示驅(qū)動(dòng)采用兩塊74LS248，74LS248為四線七段譯碼驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部輸出帶上拉電阻，它把從計(jì)數(shù)器傳來(lái)的二十進(jìn)制碼，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)碼。具體功能如下圖3真值表所示。74LS248，七段譯碼器，輸出高電平有效，適合于共陰極接法的七段數(shù)碼管使用A3、A2、A1、A0，為8421BCD碼輸入，a、b、c、d、e、f、g為七段數(shù)碼輸出，LT為試燈輸入信號(hào)，用來(lái)檢查數(shù)碼管的好壞，IBR為滅燈輸出信號(hào)，用來(lái)動(dòng)態(tài)清零，IB/QBR為滅燈輸出信號(hào)，該端既可以作輸入也可以作輸出，具體工作如上真值表所示。3.1.2元件的選擇與74LS248功能相同的還有：74LS247、CD45

7、11等等。3.2 D/A轉(zhuǎn)換電路（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）的設(shè)計(jì)3.2.1 DAC0832工作原理介紹數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，采用兩塊DAC0832集成塊，它是一個(gè)8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路，這里只是用高4數(shù)字量輸入端。由于DAC0832不包含運(yùn)算放大器，所以需要外接一個(gè)運(yùn)算放大器相配，才構(gòu)成完整的D/A轉(zhuǎn)換器，低位DAC輸出模擬經(jīng)9：1分流器分流后于高位DAC輸出模擬量相加后送入運(yùn)放，具體實(shí)現(xiàn)，有900和100的電阻相并聯(lián)分流實(shí)現(xiàn)，運(yùn)放將其轉(zhuǎn)換成與數(shù)字端輸入的數(shù)值成正比的模擬輸出電壓，運(yùn)放采用具體有調(diào)零的低噪聲高速優(yōu)質(zhì)運(yùn)放NE5534.具體封裝圖如下圖4所示。DAC0832芯片主要功能引腳的名稱和作用如下：d7d0：8位

8、二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端；ILE：輸入鎖存允許，高電平有效；CS：片選信號(hào)，低電平有效；WR1，WR2：寫(xiě)選通信號(hào)，低電平有效；XFER：轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，低電平有效；Rf：內(nèi)接反饋電阻，Rf=15K；IOUT1，IOUT2：輸出端，其中IOUT1和運(yùn)放反相輸入相連，IOUT2和運(yùn)放同相輸入端相連并接地；Vcc：電源電壓，Vcc的范圍為+5V+15V；Vref：參考電壓，范圍在-10V+10V；GND：接地端。當(dāng)ILE為高電平、WR1 和 CS為低電平時(shí)， LE1為高電平，輸入寄存器的輸出跟隨輸入而變化；此后，當(dāng)WR1 由低變高時(shí)， LE1為低電平，資料被鎖存到輸入寄存器中，這時(shí)的輸入寄存器的輸出端不再跟

9、隨輸入資料的變化而變化。對(duì)第二級(jí)鎖存器來(lái)說(shuō)， WR2和XFER 同時(shí)為低電平時(shí)， LE2為高電平，DAC寄存器的輸出跟隨其輸入而變化；此后，當(dāng)WR2 由低變高時(shí)， LE2變?yōu)榈碗娖?，將輸入寄存器的資料鎖存到DAC寄存器中。3.2.2 DAC0832芯片的特點(diǎn)DAC0832最具特色是輸入為雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)字信號(hào)在進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換前，需經(jīng)過(guò)兩個(gè)獨(dú)立控制的8位鎖存器傳送。其優(yōu)點(diǎn)是D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，DAC寄存器中保留現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，而在輸入寄存器中可送入新的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)容可用一公共的選通信號(hào)選通輸出。由于DAC0832輸出級(jí)沒(méi)有加集成運(yùn)放，所以需外加NE5534相配使用。NE5534封裝如下

10、圖5所示。IN-為反相輸入端，IN+為同相輸入端；OUT為輸出端；Balance為平衡輸入端，主要作用是使內(nèi)部電路的差動(dòng)放大器處于平衡狀態(tài)；COMp/Bal的作用為，通過(guò)調(diào)節(jié)外接電阻，以達(dá)到改善放大器的性能和輸出電壓；Vcc-和Vcc+為正負(fù)電源提供；3.3“+”、“-”鍵控制的可逆計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)此部分電路主要用兩個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)作為電壓調(diào)整鍵，與可逆計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù)CPU時(shí)輸入端和減計(jì)數(shù)CPD時(shí)鐘輸入端相連，可逆計(jì)數(shù)器采用兩片四位十進(jìn)制同步加/減集成塊74LS192級(jí)聯(lián)而成。74LS192是雙時(shí)鐘，可預(yù)置數(shù)，異步復(fù)位，十進(jìn)制（BCD碼）可逆計(jì)數(shù)器。與之功能相同的還有其他芯片，比較容易找到。3.3.1工

11、作原理由于輸出電壓從09.9V可以調(diào)節(jié)，所以74LS192兩計(jì)數(shù)器總計(jì)數(shù)范圍從00000000到10011001（即099），而74LS192本身為十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，所以只需兩塊這樣的芯片級(jí)聯(lián)就可以達(dá)到目的，此芯片封裝和工作模式如下圖所示PL是低電平有效地預(yù)置數(shù)允許端，PL=0時(shí)，預(yù)置數(shù)輸入端P0P3上的數(shù)據(jù)被置入計(jì)數(shù)器。MR是高電平有效復(fù)位端，MR=1時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位，所有輸出端都為低電平。CPU是加計(jì)數(shù)時(shí)鐘，CPD是減計(jì)數(shù)時(shí)鐘，當(dāng)CPU=CPD=1時(shí)，計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)，不計(jì)數(shù)。當(dāng)CPD=1，CPU由0變?yōu)?時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值加1；當(dāng)CPU=1，CPD由0變?yōu)?時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值減1。TC

12、U是進(jìn)位輸出端，當(dāng)加計(jì)數(shù)器達(dá)到最大計(jì)數(shù)值時(shí)，即達(dá)到9時(shí)，TCU在后半個(gè)時(shí)鐘周期（CPU=0）內(nèi)變成低電平，其他情況均為高電平。TCD是借位輸出端，當(dāng)減計(jì)數(shù)器計(jì)到0時(shí)，TCD在時(shí)鐘的后半個(gè)周期（CPD=0）內(nèi)變成低電平，其他情況均為高電平。為實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)可把第一塊芯片的TCU、TCD分別接后一級(jí)CPU、CPD就可以級(jí)聯(lián)使用，這就達(dá)到了099的計(jì)數(shù)。3.3.2元件的選擇74LS192是雙時(shí)鐘，可預(yù)置數(shù)，異步復(fù)位，十進(jìn)制（BCD碼）可逆計(jì)數(shù)器，還可選用54HC192，54HCT192，74HC192和74HCT192等。四、調(diào)試與維護(hù)4.1 調(diào)整輸出的設(shè)計(jì)調(diào)整輸出級(jí)采用運(yùn)放作射極跟隨器，使調(diào)

13、整管的輸出電壓精確地與D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓保持一致。調(diào)整管采用大功率達(dá)林頓管，確保電路的輸出電流值達(dá)到設(shè)計(jì)要求。數(shù)控電源各部分工作所需的15V和5V電源有固定集成穩(wěn)壓器7815、1915和7805提供，調(diào)整管所需輸入電壓，經(jīng)簡(jiǎn)單整流，濾波即可得到，但要求能提供5A的電流。輸出電壓的調(diào)整，主要是運(yùn)用射極輸出器發(fā)射極上所接的4.7K電阻來(lái)完成的，此反饋電阻的主要作用是，把輸出電壓反饋到NE5534的輸入級(jí)的反相輸入端，當(dāng)同相輸入IN+和反相輸入端IN-有差別時(shí)，調(diào)整輸出電壓使之趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。4.2 電路調(diào)試調(diào)節(jié)步驟如下：4.2.1輸入數(shù)字00000000，短接Rel、Re、

14、Rf調(diào)運(yùn)放調(diào)零電位器Rw，用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)，使輸出電壓Vo=0。4.2.2輸入數(shù)字10011001，調(diào)整Rel、Re2、Rf使輸出電壓Vo達(dá)到預(yù)定的滿量程9.9V。4.2.3主要技術(shù)指標(biāo)本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控制流電源的電壓輸出范圍為09.9V，步進(jìn)電壓為0.1V，輸出紋波電壓不大于10mv，輸出電流為5A。4.3 改進(jìn)措施本電源輸出電壓大小尚受限制，在需要較高輸出電壓時(shí)，在不改變調(diào)節(jié)精度（即步進(jìn)電壓值）前提下，只要增加計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)數(shù)和相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器的個(gè)數(shù)，擴(kuò)大數(shù)顯指示范圍，配合選用高電壓輸出運(yùn)放，就能輕松地滿足要求。當(dāng)需要正負(fù)對(duì)稱輸出電壓時(shí)，只要另增一組電源，對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器及調(diào)整輸出電路稍作改動(dòng)

15、即可達(dá)到目的。五、結(jié)束語(yǔ)隨著人們生活水平的不斷提高，數(shù)字化控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是一個(gè)很好的例子，但人們對(duì)它的要求也越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的、更方便的設(shè)施就需要從電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展。 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源操作方便，電壓穩(wěn)定度高，其輸出電壓大小采用數(shù)字顯示，便于觀察選擇。該數(shù)控直流穩(wěn)壓電源只用到了數(shù)字技術(shù)中的4位十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，BCD十進(jìn)制譯碼器，數(shù)碼管和譯碼器等電路，具有控制簡(jiǎn)便，制作比較容易等優(yōu)點(diǎn)。 雖然，搭接電路過(guò)程不太順利，連接的電路也不是很美觀簡(jiǎn)潔，這也是遺憾的地方。然而，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我明白了書(shū)本知識(shí)不等于實(shí)踐能力，書(shū)本知識(shí)是基礎(chǔ)，需要靠親手操作運(yùn)用到實(shí)際中才能真正理解和掌握。在實(shí)際操作過(guò)程中需要統(tǒng)籌規(guī)劃，按步驟按順序完成相應(yīng)的任務(wù)，同時(shí)在搭接電路時(shí)要仔細(xì)認(rèn)真，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)的正確才能使整個(gè)電路正常工作。 此外，要感謝在此前的專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)上老師們的精彩透徹耐心的講解分析。本次課程設(shè)計(jì)的成功離不開(kāi)這兩年多大學(xué)生活的知識(shí)積累。該課程設(shè)計(jì)用到了電路分析基礎(chǔ)、電子線路基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯電路等課程中的大量知識(shí)，也離不開(kāi)在以前諸如電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)