設(shè)計制作一個簡易的可編程直流穩(wěn)壓電源

1、設(shè)計制作一個簡易的可編程直流穩(wěn)壓電源.txt今天心情不好。我只有四句話想說。包括這句和前面的兩句。我的話說完了對付兇惡的人，就要比他更兇惡；對付卑鄙的人，就要比他更卑鄙沒有情人味，哪來人情味拿什么整死你，我的愛人。收銀員說：沒零錢了，找你兩個塑料袋吧！目錄第一部分系統(tǒng)設(shè)計TOCo1-5hz設(shè)計題目及要求3總體設(shè)計方案3設(shè)計思路3方案論證和比較4第二部分單元電路設(shè)計2.1單元電路及其工作原理或功能說明102.2單元電路元件的選取和計算19第三部分整機(jī)電路整機(jī)電路圖21元件清單22第四部分性能指標(biāo)的測試電路調(diào)試23測試儀器和設(shè)備23功能指標(biāo)測試及測量數(shù)據(jù)23故障分析及處理244.2電路實現(xiàn)的功能和

2、系統(tǒng)使用說明24第五部分課程設(shè)計總結(jié)25第一部分系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計題目及要求設(shè)計題目：設(shè)計制作一個簡易的可編程直流穩(wěn)壓電源。1、基礎(chǔ)功能：（1）可實現(xiàn)5v、9v、12v和15v的可編程直流穩(wěn)壓電源；（2）負(fù)載電流：IO=500mA；（3）紋波電壓：VO2/3VCC1/3Vcc低導(dǎo)通1v2/3Vcc1/3Vcc不變1v2/3Vccv1/3Vcc高截至12/3Vccv1/3Vcc高截至4S保持電路電路工作原理對輸出電壓和數(shù)碼管顯示的任意增益保持4秒，用NE555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來對計數(shù)器進(jìn)行保持。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有如下幾個特點：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)

3、到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)；3暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，和觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有以上幾個特點，所以用它來實現(xiàn)選擇任一檔位保持4秒后，再回到原來的檔位循環(huán)之中。器件說明器件說明和相同計數(shù)電路電路工作原理74LS161計數(shù)器對由NE555構(gòu)成的多諧振蕩器所產(chǎn)生的時鐘進(jìn)行計數(shù)，其輸出為四位二進(jìn)制數(shù)。因為一共有4個電壓檔次，所以我們只需用到輸出的后兩位按照00，01，10，11循環(huán)，并用0、1、2、3顯示。71LS161還具有計數(shù)保持功能，當(dāng)555保持電路輸出4S低電平到計數(shù)器保持控制端時，計數(shù)器輸出端會保持四秒不變。由于保持信號低電平有效

4、，所以在輸入保持信號時要和一個74LS00的和非門連接。將產(chǎn)生的4s高電平信號轉(zhuǎn)換為低電平信號。器件說明芯片管腳圖：74LS161功能表：CPEPET工作狀態(tài)0置零II10預(yù)置數(shù)1101保持110保持（但C=0）廠1110計數(shù)邏輯門電路電路工作原理門電路只要有兩部分功能，其中一部分用來檢測按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時門電路最終輸出高電平到NE555的觸發(fā)端使其輸出4S的高電平脈沖，再經(jīng)和非門反相后輸出到計數(shù)器保持端使計數(shù)器暫停計數(shù)。另外一部分門電路用來檢測不同按鍵的接通從而輸出對應(yīng)的兩位二進(jìn)制數(shù)到計數(shù)器的預(yù)置數(shù)端并使能計數(shù)器的預(yù)置數(shù)功能，最終計數(shù)器輸出對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)值使電壓輸出為對應(yīng)值同時數(shù)碼管顯示

5、對應(yīng)的數(shù)字。器件說明芯片管腳圖：（74LS00）（74LS08）芯片功能表：74LS00真值表：74LS08真值表A=1B=1Y=0A=1B=1Y=1A=0B=1Y=1A=0B=1Y=0A=1B=0Y=1A=1B=0Y=0A=0B=0Y=1A=0B=0Y=0功率輸出電路電路工作原理計數(shù)器輸出兩位二進(jìn)制數(shù)到模擬開關(guān)CD4052的選擇端，當(dāng)計數(shù)器輸出為00,01,10,11時，模擬開關(guān)的X端分另接通X0,X1,X2和X3,X端接至VCCX0,X1,X2和X3接至NPN管的基極，當(dāng)模擬開關(guān)接通某一端時，對應(yīng)三極管導(dǎo)通從而對應(yīng)電阻通過三極管接至GND。每一通過的電阻值不相同,從而可以實現(xiàn)四個檔位電壓的

6、輸出。器件說明CD4052管腳和功能：LM317器件和功能：LM317調(diào)整端和輸出端固定電壓為1,25V,只要在兩端接一定值電阻就能產(chǎn)生恒定電流，在調(diào)整端和地之間接上電阻就可以產(chǎn)生一定電壓從而改變輸出端到地的電壓，通過模擬開關(guān)選擇不同的電阻就能輸出不同電壓。顯示電路電路工作原理CD4511是七段數(shù)碼管專用譯碼芯片，將其abcdefg端口和數(shù)碼管對應(yīng)的端口相連接就能實現(xiàn)譯碼顯示功能。在本電路中將其BA端和計數(shù)器輸出相連，當(dāng)計數(shù)器最低兩位輸出為00,01，10，11時數(shù)碼管顯示0，1，2，3.從而和輸出電壓5V，9V，12V，15V對應(yīng)。器件說明CD4511器件管腳和功能：電路元件的選取和計算時鐘

7、脈沖電路由于時鐘頻率為1HZ,所以電容充電時間T1=(R1+R2)C1ln2放電時間T2=R2C1ln2故電路的周期為：T=T1+T2=(R1+2R2)C1In2=1s,通過計算的選擇合適的占空比以及T=1S可以計算出R仁R2=22;6=22卩F保持電路對于555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，因為要求單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生保持時間為4s,所以T=R3C2In3=1.1R3C2=4S,取C2=100uf計算得到R3=36K.邏輯門電路門電路中用到按鍵檢測，由于未按下時門電路輸入為高電平，因此按鍵處需要用到上拉電阻，此處上拉用4個3.6K電阻。功率輸出電路根據(jù)LM317的器件特性，調(diào)整端和輸出端電阻上的電流在5mA

8、到15mA之間比較好，這里取R8=100,則其電流為I=1.25/100=12.5mA.因此Uo=由以上公式，各輸出電壓對應(yīng)的Rx阻值如下：Uo=5V時,RW1=300;Uo=9V時,RW2=620;Uo=12V時,RW3=860;Uo=15V時,RW4=1100;考慮到電阻的實際誤差，所以此本設(shè)計中RW1RW2和RW3都用1K的多圈電位器代替，RW4則由一個220和一個1K的多圈電位器串聯(lián)組成。顯示電路顯示電路中單個數(shù)碼管通過的最大電流一般設(shè)為幾十個毫安，因此在數(shù)碼管共陰端到地之間接一個100的電阻。第三部分整機(jī)電路3.1整機(jī)電路圖器件名稱參數(shù)和數(shù)量定值電阻22KX236KX13.6KX81

9、00X2220X1多圈電位器0999X4電容10nFX2100nFX7（去耦電容）22uFX12200uFX1220uFX3100uFX2數(shù)碼管共陰X1按鍵開關(guān)4個集成芯片74LS00X174LS08X1NE555X274LS161X1CD4511X1CD4052X1LM317X13.2元件清單第四部分性能指標(biāo)的測試電路調(diào)試測試儀器和設(shè)備1、數(shù)字萬用表2、水泥負(fù)載電阻模塊指標(biāo)測試及測量數(shù)據(jù)時鐘脈沖電路在時鐘脈沖的輸出端接一電阻和發(fā)光二極管到地即可根據(jù)發(fā)光二極管的亮滅粗略計算時鐘周期，經(jīng)測試其周期約為1S,符合設(shè)計要求。保持電路保持電路的測試方法和時鐘脈沖的測試方法類似，根據(jù)發(fā)光二極管的亮滅情況

10、得出其暫穩(wěn)態(tài)時間約為4S,同樣符合設(shè)計要求。計數(shù)電路在計數(shù)器的輸出端的低兩位接上二極管串聯(lián)上電阻到地，觀察二極管的放光情況。以亮表示為1，滅表示為0，則可以看到二極管以00，01，10，11的順序循環(huán)變化，切換時間為1S。邏輯門電路邏輯電路主要用來檢測按鍵的狀態(tài)，輸出接至計數(shù)器預(yù)置數(shù)端。測試時分別按住不同的按鍵，同時用萬用表電壓擋測量預(yù)置數(shù)的BA端電平，以1表示高電平，0表示低電平。當(dāng)按鍵0，1，2，3分別按下時，BA端口電平為00,01，10，11，同時觸發(fā)保持電路，計數(shù)器暫停計數(shù)并使能預(yù)置數(shù)。因此門電路部分工作正常。功率輸出電路先將四路電位器調(diào)至設(shè)定值，然后上電，再分別長按四個按鍵，用萬用

11、表測量輸出電壓，然后微調(diào)電位器，最后萬用表顯示電壓分別為5.008V，9.003V，11.98V和15.01V。最后用故障分析及處理萬用表的毫伏擋測量輸出電壓紋波，分別為2mV3mV5mV和8mV其最大紋波電壓小于要求的10mV指標(biāo)。輸出電壓5.008V9.003V11.98V15.01V輸出紋波2mV3mV5mV8mV故障一：首次通電后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示，并且顯示較暗。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)輸入譯碼芯片的二進(jìn)制數(shù)正常，于是問題應(yīng)該出現(xiàn)在譯碼芯片上，因此再用萬用表測量芯片的供電管腳VCC電壓,發(fā)現(xiàn)還不到3V,于是順藤摸瓜沿著VCC線路檢查后發(fā)現(xiàn)了PCE板上線路有一處出現(xiàn)了短路，可能是腐蝕過程中被侵蝕。

12、故障二：當(dāng)電路顯示部分正常以后于是測量輸出電壓，但發(fā)現(xiàn)最大輸出電壓只有8V多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到15V,檢查模擬開關(guān)輸入的二進(jìn)制數(shù)沒有問題，后來又發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)某一擋位電位器時其它三路的輸出電壓也會改變，也就是說四路沒有完全隔絕，而各路電阻的選通是通過三極管來實現(xiàn)的。于是檢查三極管的基極電壓，發(fā)現(xiàn)未選通的三極管基極電壓也超過0.6V，開始以為是模擬開關(guān)輸出電壓不夠低從而使三極管不能有效截止，于是斷開模擬開關(guān)和三極管的基極，但還是發(fā)現(xiàn)三極管基極電壓超過0.6V且三極管都是新的，不可能損壞，于是干脆拿幾個1K的電阻將三極管的基極下拉到地，然而三極管仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)。最后經(jīng)過仔細(xì)檢查才發(fā)現(xiàn)原來三極管的管腳是E、B

13、、C,但焊接的時候誤以為是CBE了，也就是說將C和E極反過來了。原來三極管由于CE結(jié)的不同，C、E反接后會產(chǎn)生漏電流，從而導(dǎo)致三極管不能有效截止。最終將三極管重新正確焊接以后故障就排除了。電路實現(xiàn)的功能和系統(tǒng)使用說明電路的功能是巡回輸出5V,9V,12V和15V的電壓，巡回切換時間為1S,由NE555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為1HZ的時鐘輸出到74LS161計數(shù)器中。此外電路還具有任意擋電壓輸出并保持功能，按鍵0，1，2，3分別按下時電壓輸出分別為5V,9V，12V和15V并保持4秒時間，然后繼續(xù)進(jìn)入巡回狀態(tài)。電路還具有顯示功能，電路輸出5V，9V，12V和15V時數(shù)碼管分別顯示0,1,2,3

14、從而達(dá)到提示的作用。第五部分課程設(shè)計總結(jié)這次課程設(shè)計開始時我就選擇了簡易可編程穩(wěn)壓電源這道題目，因為電源比較實用于是就打算做成PCB板，于是托人買了散熱片和一些接插件。課程設(shè)計開始后首先開始的是進(jìn)行電路的設(shè)計，其中LM317部分的電路比較簡單，只需要接入不同的電阻就能實現(xiàn)不同電壓的輸出。于是用到模擬開關(guān)選通不同的通路。時鐘電路和保持電路都可以用所學(xué)的555芯片來實現(xiàn)，計數(shù)方面則用74LS161。顯示電路也比較簡單，只要使用一個CD4511就能很方便實現(xiàn)數(shù)碼管顯示功能。電路的設(shè)計難點在于擴(kuò)展功能部分，因為要求實現(xiàn)任意擋次電壓的輸出，于是想到用四個按鍵來對應(yīng)不同擋次電壓的輸出，并且想到運用門電路來

15、識別不同按鍵的按下。最終理論上的設(shè)計成功確定了方案。理論電路方案確定后接下來就利用AltiumDesigner進(jìn)行電路原理圖的繪制和PCB板的布線工作，經(jīng)過一整天的努力軟件部分的電路繪制和布板也完成了。接著就到創(chuàng)新實驗室做板腐蝕，又搞了一晚上終于把板做好了，剩下的工作就是元件的焊接安裝以及電路的調(diào)試工作了。當(dāng)晚回去宿舍把電路焊接了一大半，到了次日早上又把剩余的元件焊接完成，至此，電路的元件安裝已經(jīng)全部完成，最后一個環(huán)節(jié)就是上電調(diào)試。一般情況下,上電后一切工作正常的概率還是比較小的,這塊電路板也不例外，上電后就發(fā)現(xiàn)電路的顯示部分不正常，于是檢查譯碼芯片的供電，最后發(fā)現(xiàn)是因為短線造成的芯片供電故障，排除以后就恢復(fù)正常顯示了，這一部分相對來說比較容易解決。另外一個故障確實花費了我不少時間，整整弄了一個下午。那就是電路的主輸出部分，發(fā)現(xiàn)輸出電壓最大只有8V，經(jīng)過認(rèn)真的檢查才最終發(fā)現(xiàn)是因為當(dāng)開關(guān)用的NPN三極管的C、E極焊接反了，從而造成四路電阻不能隔絕。最終把這個故障排除后電路才最終完全正常工作。從這次穩(wěn)壓電源的設(shè)計來