《數(shù)控直流穩(wěn)壓電源》課程設計說明書 003

1、 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源課程設計說明書題 目 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設計 課 程 名 稱 電子線路綜合課程設計 系 院 專 業(yè) 班 級 學 生 姓 名 學 號 設 計 地 點 指 導 教 師 設計起止時間：2014年11月3日 至2014年11月14日 一、課程設計(論文)題目 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源二、課程設計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術要求一、設計要求：1、運用數(shù)字、模擬電子知識設計電路2、設計出的直流穩(wěn)壓電源要求輸出精度高，步進電壓在0. 1V左右，調整方便3、使用通用器件4、要求輸出電壓在09.9V二、技術指標：1、工作電壓：2-6V（典型5V）、工作電流：4.5mA（5V時），2.5mA（

2、3V時）、輸出穩(wěn)壓值：0-9.9V、步進電壓值：0.1V、輸出紋波電壓值：10mV、輸出電流：5A三、課 程 設計(論文)工作內(nèi)容及完成時間11月3日：講課設內(nèi)容,安排任務11月4日：查資料,確定方案,設計方案論證11月5日-7日：畫出系統(tǒng)方框圖，進行原理圖設計11月8日-12日：用PROTEL畫出原理圖，制作實物11月13日-14日：整理設計說明書四 、主 要參考資料1 康華光. 電子技術基礎M. 第4版.北京:高等教育出版社,1998;2唐競新.數(shù)字電子電路M.第1版.北京:清華大學出版社,2003;3 吳立新. 實用電子技術手冊M. 北京: 機械工業(yè)出版社;4楊長春.論數(shù)字技術J.電子報

3、合訂本.成都：四川科學技術出版社，2003.12 學院 專業(yè) 班學生： 日期： 自 2014 年 11月 3 日至 2104 年 11月 14 日指導教師： 助理指導教師(并指出所負責的部分)：教研室： 電子工程 教研室主任： 目 錄一、需求分析1二、系統(tǒng)總體設計1三、系統(tǒng)詳細設計2四、調試與維護4五、結束語（包括小組任務分工）8六、參考文獻8七、指導教師評閱9數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設計1. 需求分析1. 功能指標：（1）運用數(shù)字、模擬電子知識設計電路（2）設計的直流穩(wěn)壓電源要求輸出精度高，步進電壓在0. 1V左右，調整方便（3）使用通用器件（4）要求輸出電壓在09.9V2.技術指標：（1）工作電壓

4、：2-6V（典型5V）（2）工作電流：4.5mA（5V時），2.5mA（3V時）（3）輸出穩(wěn)壓值：0-9.9V（4）步進電壓值：0.1V（5）輸出紋波電壓值：10mV（6）輸出電流：5A二系統(tǒng)總體設計1.數(shù)控直流穩(wěn)壓電源工作原理圖如下： 2.經(jīng)過討論我們決定采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,串聯(lián)穩(wěn)壓電路原理圖如下: 3. 系統(tǒng)詳細設計 1.數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設計的總原理圖如下:2. 所需原件清單: 元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注R1，R2,R6兩端電阻1K,1k,1k3接按鍵及輸出部分R3,R5兩端電阻5002接NE5534R4兩端電阻1001接NE5534RV1，RV3可調電阻5002接DAC0832管腳8R

5、V2可調電阻10k1接NE5534R7兩端電阻4.7k1接調整輸出部分電路C1極性電容100uf1接調整輸出，濾波Q1，Q2三極管NPN 2接調整輸出，放大SW1，SW2按鍵 2計數(shù)調整按鍵74LS192雙時鐘 2可預置數(shù)74LS248譯碼器 2驅動數(shù)碼管DAC0832雙緩沖 28位數(shù)/模轉換NE5534單路opamp 2高效低噪聲運放7SEG共陽 2七段共陽數(shù)碼管3.“+”、“-”鍵控制的可逆計數(shù)器的設計工作原理：此部分電路主要用兩按鍵開關作為輸出電壓增和減的調整鍵，與可逆計數(shù)器的加計數(shù) CPU 時鐘輸入端和減計數(shù) CPD 時鐘輸入端相連，可逆計數(shù)器采用兩片四位十進制同步加/減計數(shù)集成塊 7

6、4LS192 級聯(lián)而成。因為輸出電壓是從0V 到9.9V可以調節(jié)，所以74LS192計數(shù)器總計數(shù)范圍從00000000到10011001（即 099）,而 74LS192 本身為十進制可逆計數(shù)器，所以只需兩塊這樣的芯片級聯(lián)就可以達到目的。PL是低電平有效的預置數(shù)允許端，PL=0時，預置數(shù)輸入端P0P3上的數(shù)據(jù)被置入計數(shù)器。MR是高電平有效的復位端，MR=1時，計數(shù)器被復位，所有輸出端都為低電平。元件選擇：計數(shù)器部分采用的是十進制雙時鐘可預置數(shù)異步付維十進制（BCD碼）可逆計數(shù)器74LS192芯片。與它功能相同的還有其他芯片，比較容易找到。這里采用TTL邏輯電路而不采用CMOS數(shù)字電路的原因是T

7、TL邏輯電路的輸入阻抗低，具有良好的抗外界電磁干擾的能力，而CMOS數(shù)字電路的輸入阻抗極高，很容易被外界電磁鎖干擾而誤動作，這也是電子技術基礎“數(shù)字部分”近30年來一直講TTL邏輯電路而很少講CMOS電路的原因。4. 數(shù)字顯示電路設計 工作原理：在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字直觀的顯示出來。一方面供人們直接讀取測量和運算的結果；另一方面用于用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設備不可缺少的部分。數(shù)字顯示通常由譯碼器，驅動器和顯示器等部分組成。其中的數(shù)碼顯示方式一般有三種：第一種是字型重疊式；第二種是分段式；第三種是點陣式。目前以分段式有用最為普通，主要器件是七

8、段二極管（LED）顯示器。它可分為為兩種，一時共陽極顯示器（發(fā)光二極管的陽極都接在一個公共點上），另一個是共陰極顯示器（發(fā)光二極管的陰極都接在一個公共點上，使用時公共點接地）。由于前一級電路采用兩級可逆計數(shù)器，且其輸出僅代表電壓值代碼而不是具體電壓，故而不用考慮與D/A轉換間存在的結合問題；而是直接去顯示，所以電壓顯示非常方便，直接采用兩塊74LS48芯片驅動顯示。元件選擇：與74LS48芯片功能相同的還有74LS47芯片。它的引腳排列與74LS48的引腳排列一模一樣，兩者的功能也差不多。使用時要注意：74LS47芯片內(nèi)是用來驅動共陽極顯示器的，74LS48芯片內(nèi)部有升壓電阻，使用時可以直接與

9、顯示器相連，而74LS47芯片為集電極開路輸出，使用時要外接電阻。在使用時應注意：74LS48芯片在使用可直接驅動共陰極的LED數(shù)碼管而不需要外接限流電阻。74LS48的引腳圖5. D/A 轉換電路的設計 工作原理：數(shù)模轉換電路，采用兩塊DAC0832集成塊，它是一個8位數(shù)/模轉換電路。由于DAC0832不包括運算放大器，所以需要外接一個運算放大器相配，才構成完整的D/A轉換器，低位DAC輸出的模擬量經(jīng)過9:1分流器分流后與高位DAC輸出模擬量想加后送入運放，具體實現(xiàn)由900歐姆和100歐姆的電阻相并聯(lián)分流實現(xiàn)，運放將其轉換成與數(shù)字端輸入的數(shù)值成正比的模擬輸出電壓，運放采用的是低噪聲的NE55

10、34芯片。DAC0832芯片主要引腳功能：DI1DI7：8位二進制數(shù)據(jù)輸入端；ILE：輸入鎖存允許，高電平有效；CS：片選信號，低電平有效；WR1，WR2：寫選通信號，低電平有效；XFER：轉移控制信號，低電平有效；Rfb：內(nèi)接反饋電阻，Rfb=15K；IOUT1，IOUT2：輸出端，其中 IOUT1 和運放反相輸入相連，IOUT2 和運放同相 輸入端相連并接地端；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。6.調整輸出電路的設計工作原理：調整輸出級采用運放作射極跟隨器，使調整管的輸出電壓精確地與 D/A 轉換器輸出電壓保持一致

11、。調整管采用大功率達林頓管，確保電路的輸出電流值達到設計要求。數(shù)控電源各部分工作所需的正負15V和正負5V電源有固定集成穩(wěn)壓管7815,7915，和7805提供，調整管所需的輸入電壓，經(jīng)簡單整流，濾波可得到。元件選擇：達林頓管就是將兩個三極管接在一起，極性和第一支三極管的極性保持一致。 四調試與維護1. 自制穩(wěn)壓電源的調試工作原理：在達到基本性能指標的前提下，為了更好的體現(xiàn)人性化的思想，同時采用低成本的通用單子元器件來設計制作電路。在這當中，電路應該是簡單可靠穩(wěn)定的。當然，最重要的是它有實用價值，容易在人民日常生活中實現(xiàn)。由于對文波沒有提出很大的要求，所以我們的電路采用常用的三端集成穩(wěn)壓器（7

12、8xx和79xx兩大系列）作穩(wěn)壓元件，就可以滿足電路要求。2. 數(shù)顯電路的調試 74LS47D是驅動共陽數(shù)碼管的譯碼驅動器，我們用邏輯電平開關來代替BCD碼；調整開關SW1、SW2、SW3、SW4的狀態(tài)，可以得到不同的BCD碼組合。運行仿真，“撥動開關”數(shù)碼管的顯示結果會隨之變化，R1在實際應用電路中是一個較為有用的器件。如果沒有這只電阻，數(shù)碼管極易受損壞。在實際電路中，采用74LS248，分別改變各個開關的狀態(tài)，觀察顯示值的變化并記錄。3. 控制電路的調試及其仿真 控制電路采用了兩個按鍵，分別為“+”和“-”，用來調節(jié)設定電壓，可以以0.1V的步進增加或減少。當按下“+”和“-”鍵，產(chǎn)生的脈

13、沖輸入到74LSl92的CP、UP端或DOWN端來控制74LSl92的輸出是作加計數(shù)還是減計數(shù)。 4. 數(shù)模轉換電路的調試 數(shù)模轉換電路是將數(shù)字量按比例，轉換成模擬電壓，然后經(jīng)過射極跟隨器控制，調整輸出級，輸出穩(wěn)定直流電壓。并且它是運用了四個單刀雙擲開關按照二進制自然碼順序開關，使得每個開關都在運算放大器的同相端和反相端間切換，觀察輸出電壓。 5.輸出電路的調試及其仿真輸出電路由運放NE5534和調整Q1構成，調整管采用大功率達林頓管2N6038（實際仿真中采用兩個三極管來實現(xiàn)），運放和調整管組成射極跟隨器，調整管的輸出電壓精確地與DA轉換器輸出電壓保持一致。通過以上所有的步驟可用Proteu

14、s仿真軟件，繪制出系統(tǒng)總體圖。仿真前的圖形如下：6. 設計總體圖仿真數(shù)控直流穩(wěn)壓電源輸出的電壓大小尚受限制，在需要較高輸出電壓時，在不改變調節(jié)精度（即步進電壓值）前提下，只要增加計數(shù)器的級聯(lián)數(shù)和相應D/A 轉換器的個數(shù)，擴大數(shù)顯指示范圍，配合選用高電壓輸出運放，就能輕易地滿足要求。當需要正負對稱輸出電壓時，只要另增一組電源，對D/A 轉換器及調整輸出電路稍作改動即可達到目的。 另外，當電路輸出為0時，按下“-”健，數(shù)碼顯示為9.9V;當電路輸出為9.9V時，按下“+”健，數(shù)碼顯示0V。其仿真后的圖形如下：5 結束語 經(jīng)過兩個星期的努力，我們終于將這次的實習圓滿完成

15、。從一開始像無頭蒼蠅般東找設計方案西找設計方案，到最后做什么都僅僅有條。我覺得這無論是在這次課程設計中還是在我們將來的生活中都將會有很大的幫助。在最初組長安排好我們每一個成員的任務后，我們都開始進入一個緊張的學習中?？梢哉f這是在學習了模電，數(shù)電后第一次將自己所學的東西派上用場。 對于這次的課程設計，雖然最初的方案不是我提議出來的，但在這之后的每一步過程中，我都有積極參與。這次的課程設計我們主要是采用了電路中所學到的模擬器件和數(shù)字器件。如今隨著社會的發(fā)展，我們都追求數(shù)字化的社會。而我們這次課程設計的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源更是充分的反映了這點。數(shù)控直流穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)定

16、度高的特點，其輸出電壓大小采用數(shù)碼管顯示，主要用于要求電源精度比較高的設備，或科研實驗電源使用，并且我們這次的設計沒有用到單片機，只用到了數(shù)字技術中的可逆計數(shù)器，D/A 轉換器，譯碼顯示等電路，具有控制精度高制作比較容易等優(yōu)點。雖說這次的課程設計看起來并不是很復雜，但真正實踐起來還是比較困難的。像在查找資料過程中，就發(fā)現(xiàn)，有很多資料都是很片面的，不能夠找到一個比較全面的答案；焊接時更是如此，每一次的連線都是基于瞄準好幾次的基礎上，避免把線接茬，影響最后的結果；直到最后的調試過程。雖然每一步都很好的完成了，但是其中的困難不言而喻的。所以說理論和實踐還是存在著很大的差異的，因此，這就要求我在以后的學習中，注意到這一點，要學會把從書本上學到的知識和實際的電路聯(lián)系起來，這不論是對我以后的學習就業(yè)還是學習來說，都會有很大的幫助的。同時，通過這一次的課程設計，不但鞏固了我之前學習過的專業(yè)知識，也很好的考驗了我的動手能力。不僅可以從中自我檢測，認識到自己的長處與不足，也能夠更好地在日后的學