《數(shù)控直流穩(wěn)壓電源》課程設(shè)計(jì)說明書 003

1、 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)說明書題 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 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畫出原理圖，制作實(shí)物11月13日-14日：整理設(shè)計(jì)說明書四 、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)2四、調(diào)試與維護(hù)4五、結(jié)束語（包括小組任務(wù)分工）8六、參考文獻(xiàn)8七、指導(dǎo)教師評(píng)閱9數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)1. 需求分析1. 功能指標(biāo)：（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）使用通用器件（4）要求輸出電壓在09.9V2.技術(shù)指標(biāo)：（1）工作電壓

4、：2-6V（典型5V）（2）工作電流：4.5mA（5V時(shí)），2.5mA（3V時(shí)）（3）輸出穩(wěn)壓值：0-9.9V（4）步進(jìn)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(shè)計(jì)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(xì)設(shè)計(jì) 1.數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的總原理圖如下:2. 所需原件清單: 元件序號(hào)型號(hào)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(diào)電阻5002接DAC0832管腳8R

5、V2可調(diào)電阻10k1接NE5534R7兩端電阻4.7k1接調(diào)整輸出部分電路C1極性電容100uf1接調(diào)整輸出，濾波Q1，Q2三極管NPN 2接調(diào)整輸出，放大SW1，SW2按鍵 2計(jì)數(shù)調(diào)整按鍵74LS192雙時(shí)鐘 2可預(yù)置數(shù)74LS248譯碼器 2驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管DAC0832雙緩沖 28位數(shù)/模轉(zhuǎn)換NE5534單路opamp 2高效低噪聲運(yùn)放7SEG共陽 2七段共陽數(shù)碼管3.“+”、“-”鍵控制的可逆計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)工作原理：此部分電路主要用兩按鍵開關(guān)作為輸出電壓增和減的調(diào)整鍵，與可逆計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù) CPU 時(shí)鐘輸入端和減計(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/減計(jì)數(shù)集成塊 7

6、4LS192 級(jí)聯(lián)而成。因?yàn)檩敵鲭妷菏菑?V 到9.9V可以調(diào)節(jié)，所以74LS192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。PL是低電平有效的預(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是高電平有效的復(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。元件選擇：計(jì)數(shù)器部分采用的是十進(jìn)制雙時(shí)鐘可預(yù)置數(shù)異步付維十進(jìn)制（BCD碼）可逆計(jì)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(dòng)作，這也是電子技術(shù)基礎(chǔ)“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(shè)計(jì) 工作原理：在數(shù)字測(cè)量?jī)x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(cè)量和運(yùn)算的結(jié)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(shè)備不可缺少的部分。數(shù)字顯示通常由譯碼器，驅(qū)動(dòng)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(diǎn)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(shí)共陽極顯示器（發(fā)光二極管的陽極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上），另一個(gè)是共陰極顯示器（發(fā)光二極管的陰極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上，使用時(shí)公共點(diǎn)接地）。由于前一級(jí)電路采用兩級(jí)可逆計(jì)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(zhuǎn)換間存在的結(jié)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(qū)動(dòng)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(shí)要注意：74LS47芯片內(nèi)是用來驅(qū)動(dòng)共陽極顯示器的，74LS48芯片內(nèi)部有升壓電阻，使用時(shí)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(shí)要外接電阻。在使用時(shí)應(yīng)注意：74LS48芯片在使用可直接驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 工作原理：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。由于DAC0832不包括運(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(yùn)放，具體實(shí)現(xiàn)由900歐姆和100歐姆的電阻相并聯(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(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：寫選通信號(hào)，低電平有效；XFER：轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，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(yùn)放反相輸入相連，IOUT2 和運(yùn)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(diào)整輸出電路的設(shè)計(jì)工作原理：調(diào)整輸出級(jí)采用運(yùn)放作射極跟隨器，使調(diào)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

11、。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正負(fù)15V和正負(fù)5V電源有固定集成穩(wěn)壓管7815,7915，和7805提供，調(diào)整管所需的輸入電壓，經(jīng)簡(jiǎn)單整流，濾波可得到。元件選擇：達(dá)林頓管就是將兩個(gè)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(diào)試與維護(hù)1. 自制穩(wěn)壓電源的調(diào)試工作原理：在達(dá)到基本性能指標(biāo)的前提下，為了更好的體現(xiàn)人性化的思想，同時(shí)采用低成本的通用單子元器件來設(shè)計(jì)制作電路。在這當(dāng)中，電路應(yīng)該是簡(jiǎn)單可靠穩(wěn)定的。當(dāng)然，最重要的是它有實(shí)用價(jià)值，容易在人民日常生活中實(shí)現(xiàn)。由于對(duì)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(diào)試 74LS47D是驅(qū)動(dòng)共陽數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動(dòng)器，我們用邏輯電平開關(guān)來代替BCD碼；調(diào)整開關(guān)SW1、SW2、SW3、SW4的狀態(tài)，可以得到不同的BCD碼組合。運(yùn)行仿真，“撥動(dòng)開關(guān)”數(shù)碼管的顯示結(jié)果會(huì)隨之變化，R1在實(shí)際應(yīng)用電路中是一個(gè)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(shí)際電路中，采用74LS248，分別改變各個(gè)開關(guān)的狀態(tài)，觀察顯示值的變化并記錄。3. 控制電路的調(diào)試及其仿真 控制電路采用了兩個(gè)按鍵，分別為“+”和“-”，用來調(diào)節(jié)設(shè)定電壓，可以以0.1V的步進(jìn)增加或減少。當(dāng)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(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)。 4. 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路是將數(shù)字量按比例，轉(zhuǎn)換成模擬電壓，然后經(jīng)過射極跟隨器控制，調(diào)整輸出級(jí)，輸出穩(wěn)定直流電壓。并且它是運(yùn)用了四個(gè)單刀雙擲開關(guān)按照二進(jìn)制自然碼順序開關(guān)，使得每個(gè)開關(guān)都在運(yùn)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(diào)試及其仿真輸出電路由運(yùn)放NE5534和調(diào)整Q1構(gòu)成，調(diào)整管采用大功率達(dá)林頓管2N6038（實(shí)際仿真中采用兩個(gè)三極管來實(shí)現(xiàn)），運(yùn)放和調(diào)整管組成射極跟隨器，調(diào)整管的輸出電壓精確地與DA轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(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)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，就能輕易地滿足要求。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)即可達(dá)到目的。 另外，當(dāng)電路輸出為0時(shí)，按下“-”健，數(shù)碼顯示為9.9V;當(dāng)電路輸出為9.9V時(shí)，按下“+”健，數(shù)碼顯示0V。其仿真后的圖形如下：5 結(jié)束語 經(jīng)過兩個(gè)星期的努力，我們終于將這次的實(shí)習(xí)圓滿完成

15、。從一開始像無頭蒼蠅般東找設(shè)計(jì)方案西找設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中還是在我們將來的生活中都將會(huì)有很大的幫助。在最初組長(zhǎng)安排好我們每一個(gè)成員的任務(wù)后，我們都開始進(jìn)入一個(gè)緊張的學(xué)習(xí)中?？梢哉f這是在學(xué)習(xí)了模電，數(shù)電后第一次將自己所學(xué)的東西派上用場(chǎng)。 對(duì)于這次的課程設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)我們主要是采用了電路中所學(xué)到的模擬器件和數(shù)字器件。如今隨著社會(huì)的發(fā)展，我們都追求數(shù)字化的社會(huì)。而我們這次課程設(shè)計(jì)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源更是充分的反映了這點(diǎn)。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(diǎn)，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(shè)備，或科研實(shí)驗(yàn)電源使用，并且我們這次的設(shè)計(jì)沒有用到單片機(jī)，只用到了數(shù)字技術(shù)中的可逆計(jì)數(shù)器，D/A 轉(zhuǎn)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(diǎn)。雖說這次的課程設(shè)計(jì)看起來并不是很復(fù)雜，但真正實(shí)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(gè)比較全面的答案；焊接時(shí)更是如此，每一次的連線都是基于瞄準(zhǔn)好幾次的基礎(chǔ)上，避免把線接茬，影響最后的結(jié)果；直到最后的調(diào)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(shí)踐還是存在著很大的差異的，因此，這就要求我在以后的學(xué)習(xí)中，注意到這一點(diǎn)，要學(xué)會(huì)把從書本上學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際的電路聯(lián)系起來，這不論是對(duì)我以后的學(xué)習(xí)就業(yè)還是學(xué)習(xí)來說，都會(huì)有很大的幫助的。同時(shí)，通過這一次的課程設(shè)計(jì)，不但鞏固了我之前學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識(shí)，也很好的考驗(yàn)了我的動(dòng)手能力。不僅可以從中自我檢測(cè)，認(rèn)識(shí)到自己的長(zhǎng)處與不足，也能夠更好地在日后的學(xué)