串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱： 電子課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目：模擬部分：串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源 數(shù)字部分：數(shù)字式定時(shí)開關(guān) 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 評(píng)分： 教師： 2014 年 09 月 25 日 電子 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20 14 20 15 學(xué)年 第 1 學(xué)期第 1 周 4 周 內(nèi)容及要求1. 完成Altium Designer制圖（原理圖、PCB制圖）；2. 串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路設(shè)計(jì)與仿真；3. 數(shù)字式定時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì)、制作及調(diào)試；4. 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。進(jìn)度安排1. 完成Altium Designer制圖（原理圖、PCB制圖）：1

2、周；2串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路設(shè)計(jì)與仿真：1周；3數(shù)字式定時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì)：1周；4制作、調(diào)試、驗(yàn)收、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告：1周；學(xué)生姓名：指導(dǎo)時(shí)間：第14周指導(dǎo)地點(diǎn)：任務(wù)下達(dá)2014年 9 月 1日任務(wù)完成2014 年9月25日考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師系（部）主任摘要本課程設(shè)計(jì)包含PCB的原理及制作，數(shù)字式定時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)與仿真，串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路的制作與調(diào)試。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)于曾經(jīng)學(xué)過的知識(shí)有了更加深刻的理解和鞏固，同時(shí)也鍛煉了我們的動(dòng)手能力，收益頗多。 數(shù)字式定時(shí)開關(guān)電路是起定時(shí)報(bào)警或者定時(shí)開關(guān)電器的電路，在日常生活中應(yīng)用很廣。當(dāng)今社

3、會(huì)許多家用電器都有定時(shí)功能，定時(shí)可以節(jié)省能源，還可以提醒用戶電器的工作狀態(tài)。數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程，因此在學(xué)習(xí)課程理論知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)重視和加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練，要注重對(duì)技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使理論和實(shí)踐緊密結(jié)合，融為一體，通過本次課程設(shè)計(jì)還學(xué)到了分析、查尋、和排除故障的方法。關(guān)鍵詞：PCB，數(shù)字式定時(shí)開關(guān)，串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源,計(jì)數(shù)器，譯碼器，蜂鳴器目 錄前言··················&

4、#183;···········································01第一章 數(shù)字式定時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)···

5、3;······································021.1 設(shè)計(jì)要求··········

6、···········································021.2 系統(tǒng)組成及工作原理····

7、83;······································031.3 電路中各部分電路分析及參數(shù)計(jì)算········

8、·······················07第二章 電路組裝與調(diào)試·························

9、;·····················082.1 電路元器件的排版與焊接······ ····················

10、;············082.2 電路的差錯(cuò)調(diào)試···································

11、3;···········082.3 測(cè)試結(jié)果結(jié)果分析····································&#

12、183;········10第三章 串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路····························113.1 設(shè)計(jì)要求········

13、·············································11 3.2 系統(tǒng)組成及工作原理··&#

14、183;········································113.3 仿真結(jié)果·······

15、3;·············································14第四章 總結(jié)與展望···

16、;···············································194.1 總結(jié)·

17、83;·················································

18、83;·····19參考文獻(xiàn)···········································

19、83;···············20附錄一：元件清單·································

20、;·················21附錄二：PCB圖·······························&

21、#183;······················23電子課程設(shè)計(jì)前言除了純粹的理論知識(shí)外，當(dāng)然我們也需要經(jīng)過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)來更加深入的了解這些知識(shí)的應(yīng)用， 正所謂，“理論脫離實(shí)踐是最大的不幸。” 因此，學(xué)校給我們安排了為期一個(gè)月的課程設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)我們兩人一組以老師所給的課題進(jìn)行一次全程自行設(shè)計(jì)制作的實(shí)踐課程，而這次實(shí)踐中，我們組所選的是串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路設(shè)計(jì)

22、與仿真和數(shù)字式定時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì)仿真和制作。為此，我與我的同組伙伴也收集了許多相關(guān)的信息和資料，為了此次的課程設(shè)計(jì)做了充足的準(zhǔn)備。第一章 數(shù)字式定時(shí)開關(guān)1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一數(shù)字定時(shí)開關(guān)，此開關(guān)采用BCD撥盤預(yù)置開關(guān)時(shí)間。其最大定時(shí)時(shí)間為9秒，計(jì)數(shù)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)的方式并通過一位LED數(shù)碼管顯示。此開關(guān)預(yù)置時(shí)間以后通過另一個(gè)按鈕控制并進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間顯示為0時(shí)。開關(guān)發(fā)出開關(guān)信號(hào)，輸出端呈現(xiàn)高電平，開關(guān)處于開態(tài)，再按按鈕時(shí)，倒計(jì)時(shí)又開始，計(jì)時(shí)時(shí)間到驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警。1.2 系統(tǒng)組成及工作原理1.2.1 系統(tǒng)組成這一系統(tǒng)具體分為五大主要部分：控制電路、秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路。

23、這五部分互相之間配合起來組成整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字定時(shí)開關(guān)的功能。秒脈沖發(fā)生器（產(chǎn)生秒脈沖）定時(shí)器（計(jì)時(shí)功能）譯碼顯示（譯碼顯示時(shí)間）報(bào)警電路（定時(shí)報(bào)警功能）控制電路（控制開關(guān)及時(shí)間輸入功能）1.2.2 工作原理本開關(guān)由秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路以及一些門電路和開關(guān)按鈕組成的控制電路所構(gòu)成的。其工作原理是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路作為秒脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，將此脈沖信號(hào)輸入計(jì)時(shí)電路，計(jì)時(shí)電路由CD40192構(gòu)成，利用CD40192的減計(jì)數(shù)端進(jìn)行倒計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)范圍是09，由于輸入的脈沖信號(hào)的頻率接近一秒，計(jì)數(shù)器是每秒減一計(jì)數(shù)，再通過CD4511譯碼器進(jìn)行譯碼由LED共陰數(shù)

24、碼管顯示。報(bào)警電路可由一個(gè)高電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)譯碼器的輸出端全為低電平時(shí)，數(shù)碼管上顯示的是“0”。而四個(gè)低電平信號(hào)經(jīng)過一些門電路可以得到一個(gè)高電平來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。這個(gè)高電平還能夠反饋到計(jì)數(shù)器的清零端，使得計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，數(shù)碼管的顯示停留在“0”。用到一個(gè)按鈕開關(guān)控制計(jì)數(shù)器的清零端，使得再按按鈕時(shí)，倒計(jì)時(shí)又開始。完成整個(gè)基本要求。但因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中元器件的原因，且74L192D具有和CD40192芯片相同的管腳與功能，并對(duì)應(yīng)相同，因此在該實(shí)驗(yàn)中，我們用74L192D來代替CD40192。1.3 電路中各部分電路分析及參數(shù)計(jì)算1.3.1 控制電路利用CD40192的減計(jì)數(shù)端(Q1、Q2、Q3、Q4

25、)進(jìn)行信號(hào)控制，四個(gè)開關(guān)作為置數(shù)和倒計(jì)時(shí)的控制。1.3.2 秒脈沖發(fā)生電路 圖1-1 秒脈沖發(fā)生器 多諧振蕩器的振蕩周期T1計(jì)算公式為：T1=(R1+2R2)*ln2*C2 各參數(shù)的值：R1=50k R2=47k C2=10F將各參數(shù)的值代入上面的計(jì)算公式得：T1=0.99811s 則可得到1秒的脈沖。 1.3.3、計(jì)數(shù)器 CD40192為可預(yù)置BCD可逆計(jì)數(shù)器。其引腳圖附錄三所示。當(dāng)MR為高電平時(shí),計(jì)數(shù)器置0。為低電平時(shí)，進(jìn)行預(yù)置數(shù)操作，P0P3上的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中。當(dāng)CPU=“1”時(shí)，在CPU上跳變，計(jì)數(shù)器減一計(jì)數(shù)?？捎芍脭?shù)端和P0P3數(shù)據(jù)輸入端完成數(shù)字定時(shí)功能，在09內(nèi)任意置數(shù)。表14

26、CD40192的功能表輸入輸出MRCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0100000dcbadcba011加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)1.3.4、譯碼顯示電路1、譯碼顯示電路選用CD4511進(jìn)行譯碼，選用共陰LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。2、數(shù)碼顯示譯碼器 （1）七段發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管，LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，圖(a)、(b)為共陰管和共陽管的電路，(c)為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。 (a) 共陰連接（“

27、1”電平驅(qū)動(dòng)） (b) 共陽連接（“0”電平驅(qū)動(dòng)）圖 1.4.1 LED數(shù)碼管 （2）BCD碼七段譯碼驅(qū)動(dòng)器 此類譯碼器型號(hào)有74LS47（共陽），74LS48（共陰），CC4511（共陰）等，本實(shí)驗(yàn)系采用CC4511 BCD碼鎖存七段譯碼驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。附錄三為CD4511引腳排列， A、B、C、D BCD碼輸入端 a、b、c、d、e、f、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。 測(cè)試輸入端，“0”時(shí)，譯碼輸出全為“1” 消隱輸入端，“0”時(shí)，譯碼輸出全為“0” LE 鎖定端，LE“1”時(shí)譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE0時(shí)的數(shù)值，LE0為正

28、常譯碼。表1.4.2 CD4511功能表輸 入輸 出LEDCBAabcdefg顯示字形××0××××1111111×01××××0000000消隱0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隱01110110000000消隱

29、01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111××××鎖 存鎖存表1.4.2為CD511功能表。CD511內(nèi)接有電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆段之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當(dāng)輸入碼超過1001時(shí)，輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。 1.3.5 報(bào)警電路報(bào)警電路選用連接一個(gè)蜂鳴器夠成報(bào)警電路。當(dāng)CD40192的輸出全為“0”時(shí)，經(jīng)過門電路得到一個(gè)高電平驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作。只要四個(gè)輸出有一個(gè)是高電平則得到的是一個(gè)低電平。到了“0”，蜂鳴器報(bào)警。沒到“0”，不報(bào)

30、警。1.4 電路仿真系統(tǒng)電路的仿真圖如下：第二章 電路的組裝與調(diào)試安裝與調(diào)試在電子制作中是實(shí)際操練的一步，理論走向?qū)嵺`的過程。2.1 電路元器件的排版及焊接在原理分析完畢后，列出元件清單，領(lǐng)取完元器件后（在實(shí)際中，因?yàn)樵骷邢?，所以開關(guān)用了一個(gè)來控制），對(duì)元器件核對(duì)無誤后，按電路圖根據(jù)管腳走線布好局，進(jìn)行測(cè)試過程。先是555脈沖發(fā)生器及其電阻、電容，然后是計(jì)數(shù)器CD40192、開關(guān)、或門4072BD、非門、譯碼器和蜂鳴器，最后布的是數(shù)碼管（注：在元件的排布上也要十分的注意，不能太過密集也不能太過稀疏，不然會(huì)造成線路干擾或者浪費(fèi)材料等等不良的結(jié)果。）按高低順序焊好元器件和用焊錫走好線，由于元件

31、不多，很快就完成了焊接任務(wù)。2.2 電路的查錯(cuò)與調(diào)試焊接完后，接上電源，電源蜂鳴器不響。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)有一個(gè)焊點(diǎn)重合了。進(jìn)行預(yù)置數(shù)調(diào)試，但預(yù)置數(shù)調(diào)試并不如想象中的順利，經(jīng)常出現(xiàn)一些如：無法正確預(yù)置數(shù)、預(yù)置數(shù)無效、預(yù)置數(shù)不穩(wěn)定等情況。后發(fā)現(xiàn)是由于開關(guān)焊接出現(xiàn)錯(cuò)誤，將一頭懸空導(dǎo)致高電平，后將其正確焊接后預(yù)置數(shù)穩(wěn)定。2.3測(cè)試結(jié)果與分析接上電源后數(shù)碼管上顯示的結(jié)果是：開關(guān)K5斷開時(shí)，由四個(gè)預(yù)置數(shù)開關(guān)進(jìn)行置數(shù)，可從09進(jìn)行置數(shù)，數(shù)碼管的示數(shù)一直顯示為預(yù)置的數(shù)；當(dāng)K5閉合時(shí)，數(shù)碼管上的數(shù)值由剛才預(yù)置的數(shù)開始減計(jì)數(shù)直到0，而且顯示為0時(shí)蜂鳴器處于報(bào)警狀態(tài)，發(fā)出警報(bào)；譯碼的數(shù)值為0，數(shù)碼管一直顯示0，而報(bào)警器一

32、直報(bào)警；調(diào)整K5的通斷又可以重復(fù)上面的過程。分析：通過控制K1、K2、K3和K4開關(guān)的通斷來預(yù)置數(shù)，用K5的通斷來控制是否計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)為0時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警并一直保持為0。第三章 串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路3.1設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路1.輸出直流電壓在1.5-10V可調(diào)；2.輸出電流Iom=300mA；（有電流擴(kuò)展功能）；3.穩(wěn)壓系數(shù)Sr<0.5；4.具有過流保護(hù)功能；3.2 系統(tǒng)組成及工作原理：電路設(shè)計(jì)原理直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如圖 3-1 所示。 它包括電源變壓器，整流電路，濾波電路及穩(wěn)壓電路等四大塊組成。圖 3.1(1)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3

33、.3 單元模塊3.3.1 電源 采用電源為15V，頻率為50HZ的交流電壓電源。3.3.2 整流電路 整流電路將交流電壓 U 變成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。在該實(shí)驗(yàn)中采用集成的 3N249 橋堆來完成，電路中采用了4個(gè)二極管，組成單向橋式整流電路。整流過程中，4個(gè)二極管輪流導(dǎo)通，無論正半周期還是負(fù)半周，流過負(fù)載的電流方向是一致的，形成全波整流，將變壓器輸出的交流電壓變成了脈動(dòng)的直流電壓。3.3.3 濾波電路 整流濾波電路的輸出電壓是單一方向的，但是含有較大的交流成分，因此，一般在整流后，需要濾波電路。濾波電路的作用是平滑整流輸出的單向脈動(dòng)電壓，

34、最簡(jiǎn)單的濾波電路是電容器，橋式整流電路輸出的波形經(jīng)電容濾波電路處理后的輸出電壓波形如圖3-2 所示。在整流后加上電容，如圖3-3（1）所示。經(jīng)電容濾波電路處理后的輸出電壓波形如圖 3-3（2）所示。直流穩(wěn)壓電源的全過程如圖 3-3（3）所示：3-3(1) 在整流后加上電容 3-3(2) 經(jīng)電容濾波電路處理后的輸出電壓波形3-3(3) 為直流穩(wěn)壓電源的全過程3.4.4 穩(wěn)壓電路 經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓仍然存在較大波紋，而且交流電網(wǎng)電壓容許有起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起伏輸出電壓也會(huì)隨之變動(dòng)。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也與負(fù)載的大小有關(guān)，當(dāng)負(fù)載加重的時(shí)候，由于輸出的電流能力有限，使得輸出的直流電壓下降。因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電壓的時(shí)候，在整流、濾波電路后通常需要配有穩(wěn)壓電路。根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求輸出穩(wěn)壓負(fù)電源，并且在一定范圍內(nèi)可調(diào)，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，LM117HVH符合這一設(shè)計(jì)，對(duì)于LM117HVH來說，輸出電壓U隨輸出端與調(diào)整端之間的總電阻R1與調(diào)整端與地的總電阻R2的改變而改變，設(shè)輸出端的電勢(shì)為U（相對(duì)地），在一定范圍內(nèi)，調(diào)整端的電勢(shì)U0滿足由于U0幾乎不變，U0大約為1