简易数控直流电源设计.docx

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简易数控直流电源设计

课程设计任务书

2015—2016学年第二学期

专业：

电子信息工程（电子技术应用方向）学号：

23姓名：

钮豪

课程设计名称：

电子技术课程设计

设计题目：

简易数控直流电源设计

完成期限：

自2016年6月13日至2016年6月26日共2周

一、设计依据

本课题要求利用电子技术知识设计出必然输出电压范围和功能的数控电源。

电路由数字操纵部份、D/A转换部份、可调稳压部份组成。

数字操纵部份采纳“+”“-”按键来别离调整操纵输出电压步进增减，信号通过D/A转换后操纵调整步进为，可输出0～+的稳固直流电压，并采纳LED显示输出电压，同时预设一个复位按键来进行复位。

通过本课题的练习，学生的综合知识应用能力、设计能力将有较大提高，对尔后从事电子产品的研制、生产、经营维修等打下基础。

二、要紧内容及要求

要紧内容：

一、要求输出电压范围0～+、步进、波纹不大于10mv；输出电流500mA；输出电压值由数码管显示；由“+”、“-”两键别离操纵输出电压步进增减；同时预设一个复位按键来进行复位；可自制一个稳固直流电源（输出±15V.+5V）。

二、设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；PCB文件生成与打印输出。

3、制作要求自行装配和调试，并能发觉问题和解决问题。

4、撰写设计报告，写出设计与制作的全进程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

设计要求：

一、给出详细的整体设计方案；

二、完成各部份具体功能电路设计，包括“+”、“-”键操纵的可逆计数器的设计、D/A转换电路设计、可调输出设计、LED显示电路设计、自制稳压电源设计；

3、仿真、调实验证各部份设计的正确性；

4、整理设计功效，完成设计说明书的撰写。

三、途径和方式

本课题利用电子技术设计一个数控直流电源，能够先查阅相关资料（网上查找或参考相关书籍手册），明确课题的方向和目的，然后学习完成课题所需的理论知识，了解可逆计数器、D/A转换电路、LED显示电路的工作原理；在明白得的基础上确信设计电路方案，设计电路，画出原理图及PCB印制版图，最后提交课程设计说明书一份。

四、时刻安排

课题讲解：

2小时

阅读资料：

10小时

撰写设计说明书：

12小时

修订设计说明书：

6小时

五、参考文献

[1]乐丽琴.数字电子技术[M].北京：

电子工业出版社，2014.

[2]王毓银.脉冲与数字电路（第三版）[M].北京：

高等教育出版社，1999.

[3]路勇.电子电路实践及仿真（第一版）[M].北京：

清华大学出版社，2004.

[4]岳怡.数字电路与数字电子技术（第一版）[M].西安：

西北工业大学出版社，2001.

[5]刘常澍.数字逻辑电路（第一版）[M].北京：

国防工业出版社，2002.

[6]萧宝瑾.protel99SE操作指导与电路设计实例（第一版）[M].太原：

太原理工大学，2004.

[7]赵学良，张国华.电源电路[M].北京:

电子工业出版社,1995.

[8]张义申，陆坤.电子设计技术[M].西安:

电子科技大学出版.1996.

指导教师（签字）：

教研室主任（签字）：

批准日期：

年月日

简易数控直流电源设计

摘要

电子系统的正常运行离不开稳固的电源，除在某些特定场合下采纳太阳能电池或化学电池作电源外，多数电路的直流电是由电网的交流电转换来的，能长期、持续地工作，给人们生产生活带来了极大的方便。

可是当前的大部份稳压电源输出电压不稳固，给设备造成致命损害或误动作，阻碍设备的利用寿命、加速设备的老化。

本文所研究的数控直流电源具有输出电压稳固、工作靠得住，范围可调、本钱较低等特点。

本课题要紧对简易数控直流电源电路的硬件设计进行了详细的描述。

第一，本文概述了数控电源的背景、进展状况及其设计要求。

第二，本文讲述了简易数控电源系统的整体设计方案及其论证。

再次，本文介绍了本课题用到的集成电路的内部结构及外围引脚功能。

最后，本文简述了整流滤波电路、数字操纵电路、D/A转换器及稳压调剂电路的设计方式，并设计出整体电路。

关键词：

整流滤波电路，数字操纵电路，D/A转换器，稳压调剂电路

1绪论

1.1课题描述

本课题利用电子技术知识设计出必然输出电压范围和功能的数控电源。

电路由数字操纵部份、D/A转换部份、可调稳压部份组成。

数字操纵部份采纳“+”“-”按键来别离调整操纵输出电压步进增减，信号通过D/A转换后操纵调整步进为，可输出0～+的稳固直流电压，并采纳LED显示输出电压，同时预设一个复位按键来进行复位。

1.2大体工作原理及框图

本次所设计的数控直流电源与传统稳压电源相较，具有操作方便，电压稳固度高的特点，其输出电压的大小采纳数字显示，整个系统包括：

“+”，“-”键操纵的可逆计数器的设计，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：

一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入D/A转换电路，D/A转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后禁果跟从器操纵调整输出级输出所需的稳固电压。

为实现上述几部份电路的正常工作，需要另制“+15v”“-15v”“+5v”的稳压直流电源。

流程图如图1所示。

图1大体工作原理框图

2相关芯片

2.174LS192芯片

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。

74LS192引脚排图如图2所示。

图274LS192引脚排图

PU为加计数时钟输入端，

CPD为减计数时钟输入端

LD为预置输入操纵端，异步预置

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除

CO为进位输出：

1001状态后负脉冲输出

BO为借位输出：

0000状态后负脉冲输出[1]

2.2DAC0832芯片

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。

与微处置器完全兼容。

那个DA芯片以其价钱低廉、接口简单、转换操纵容易等优势，在单片机应用系统中取得普遍的应用。

D/A转换器由8位输入锁存器，8位DAC寄放器，8位D/A转换电路及转换操纵电路组成。

DAC0832引脚排列如图3所示。

图3DAC0832引脚排列图

2.374LS48芯片

74LS47为四线七段译码驱动器，内部输出带上了阻把它从计数器传送来的二-十进制码，驱动数码管显示数码。

74LS47引脚排图如图4所示。

图474LS47引脚排列图

3要紧电路设计的电路图及原理

3.1“+”、“-”键操纵的可逆计数器的设计

此部份电路要紧用两按钮开关作为电压调整键，与可逆计数器的加计数CPU时钟输入端和减计数CPD时钟输入端相连，可逆计数器采纳两片四位十进制同步加/减计数集成块74LS192级联而成。

74LS192是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD码）可逆计数器。

与之功能相同的还有其它芯片，比较容易找到。

工作原理

由于输出电压从0V到能够调剂，因此74LS192两计数器共计数范围从00000000到（即0～99）,而74LS192本身为十进制可逆计数器，因此只需两块如此的芯片级联就能够够达到目的。

PL是低电平有效的预置数许诺端，PL=0时，预置数输入端P0～P3上的数据被置入计数器。

MR是高电平有效的复位端，MR=1时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。

CPU是加计数时钟，CPD是减计数时钟，当CPU=CPD=1时，计数器处于维持状态，不计数。

当CPD=1，CPU由0变成1时，计数器的计数值加1；当CPU=1，CPD由0变1时，计数器的计数值减1。

TCU是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到9时，TCU在后半个时钟周期（CPU=0）内变成低电平，其他情形均为高电平。

TCU是借位输出端，当减计数器计到零时，TCD在时钟的后半个周期（CPD=0）内变成低电平，其他情形下均为高电平。

为实现100进制的计数可把第一块芯片的TCU，TCD别离接后一级的CPU，CPD就能够够级联利用，这就达到了0~99的计数。

[2]“+”、“-”键操纵的可逆计数器电路图如图5所示。

图5“+”、“-”键操纵的可逆计数器电路图

元件的选择

74LS192是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD码）可逆计数器，还可选用54HC192，54HCT192，74HC192，74HCT192等。

3.2数字显示电路的设计

工作原理

数字显示驱动采纳两块74LS48芯片，74LS248为四线七段译码驱动器，内部输出带上拉电阻它把从计数器传送来的二~十进制码，驱动数码管显示数码。

74LS48，七段译码器，输出高电平有效，适合于共阴极接法的七段数码管利用A3，A2，A1，A0，为8421BCD码输入，a,b,c,d,e,f,g为七段数码输出，LT为试灯输入信号，用来检查，数码管的好坏，IBR为灭零输出信号，用来动态灭零，IB/QBR为灭灯输出信号，该端既能够作输入也能够作输出。

数字显示电路图如图6所示。

图6数字显示电路图

元件的选择

与74LS48功能相同的还有74LS247、7CD4511等。

3.3D/A转换电路（数模转换器）的设计

数模转换电路，采纳两块DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路，那个地址只利用高4位数字量输入端。

由于DAC0832不包括运算放大器，因此需要外接一个运算放大器相配，才组成完整的D/A转换器，低位DAC输出模拟量经9：

1分流器分流后与高位DAC输出模拟量相加后送入运放，具体实现，由900Ω和100Ω的电阻相并

图7D/A转换电路图

联分流实现，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采纳具有调零的低噪声高速优质运放NE5534。

当ILE=1,CS=0,WR=0，输入数据d7～d0存入8位输入寄放器中，当WR2=0，XFER=0时，输入寄放器中所存内容进入8位DAC寄放器并进行D/A转换。

DAC0832最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入D/A转换前，需通过两个独立操纵的8位锁存器传送。

其优势是D/A转换的同时，DAC寄放器中保留现有的数据，而在输入寄放器中可送入新的数据。

系统中多个D/A转换器内容可用一公共的选通信号选通输出。

[3]D/A转换电路图如图7所示。

3.4自制稳压电源

本次设计的数控直流稳压电源需要很多外在的稳压电源提供电压，如D/A转换器，稳压电路和数字操纵电路都需要外在的直流电源供电，因此本次设计的辅助电源要紧实现+15V，-15V，和+5V以便于对各个部份的电路提供电压。

如D/A转换器所需的V15，数字操纵电路所需的+5V和稳压电路所需的V15。

关于辅助电源的设计我要紧采纳了整流滤波电路和CW7805、CW7815、CW7915集成三端稳压器进行实现。

通过整流滤波电路将交流电转变成稳压直流电，然后通过三端集成稳压器CW780五、CW781五、CW7915取得固定输出电压，进而对D/A转换器，稳压电路和数字操纵电路各个部份所需要的固定电压进行定点输送。

[4]自制稳压电源电路图如图8所示。

图8自制稳压电源电路图

3.5调整输出的设计 

调整输出级采纳运放作射极跟从器，使调整管的输出电压精准地与D/A 转换器输出电压维持一致。

数控电源各部份工作所需的±15V 和5V 电源由固定集成稳压器781五、791五、和7805 提供，调整管所需输入电压，经简单整流，滤波即可取得，但要求能提供500mA的电流。

输出电压的调整，主若是运用射极输出器发射极上所接的100K电位器来完成的，此反馈电阻的要紧作用是，把输出电压反馈到NE5532 的输入级的反向输入端，当同相输入IN+和反向输入端IN-有差别时，调整输出电压使之趋于稳固，从而达到调整输出电压的目的。

调整输出电路图如图9所示。

图9调整输出电路图

4整体电路设计和元器件清单

4.1整体电路设计

将上述各单元电路连接起来就取得整体电路原理图。

整体电路原理图如图10所示。

图10整体电路原理图

4.2元器件清单

元器件清单如表1所示。

表1元器件清单列表

相关芯片，元器件

主要用途

数量

74LS192

十进制可逆加减计数器

2个

74LS47

译码器

2个

数码显示管

显示电压值

2个1位

运算放大器NE5534

放大电压

2个

DAC0832

实现D/A转换

2个

电阻，电容

降压，分压，滤波等等

电阻：

1K15个，10K2个，100,900，各一个。

电容：

470uf3个，100uf2个，个，220uf3个，LED2个（红、绿）

5仿真分析

在整个仿真电路中，利用仿真软件Multisim关于要求的电路进行仿真。

[5]

5.1自制稳压电源电路

自制稳压电源分析：

给电路输入220V交流电压，通过整流滤波电路将交流电转变成稳压直流电，然后通过三端集成稳压器CW780五、CW781五、CW7915，能够输出±15V，+5V直流电压，而且输出波纹小于10mV，符合设计要求。

自制稳压电源分析图如图11所示。

图11自制稳压电源分析图

5.2整体电路

调剂按键，当数码管显示时，用数字万用表检测，输出电压Vo＝0±1mV。

依次按增减键使数码管显示～，电压显示～。

设计数控直流电源的电压输出范围为～+，步进值为，输出纹波电压不大于10mV，输出电流为500mA，其测试结果符合设计要求。

整体电路测试图如图12所示，输出电流显示图如图13所示。

图12整体电路测试图

图13输出电流显示图

总结

在本次设计进程中，对纹波提出超级的严格要求，因此利用了DAC0823，整个电路简单靠得住，选用低价钱通用元器件具有较高的性价比。

本文的各个部份别离论述了简易数控直流稳压电源的设计思路和电路组成部件的功能和作用。

简易数控直流稳压电源选用了整流滤波电路、数字操纵电路、D/A转换电路和调整输出电路。

整流滤波电路采纳的是桥式整流、电容滤波进行设计的，数字操纵电路采纳了74LS192芯片来进行实现的，D/A转换电路采纳了DAC0832实现的，调整输出级采纳运放作射极跟从器，使调整管的输出电压精准地与D/A转换器输出电压维持一致。

最后由于各个电路还需要直流稳压电源来提供固定电压，因此我又设计了由整流滤波电路和CW780五、CW781五、CW7915组成了辅助电源来实现本次的设计课题。

因此本次设计所实现的直流稳压数控电源具有操作简便，便于实现5至15V的电压转换。

经测试，本方案能够达到设计要求。

实现了输出电压范围0～+、步进、波纹不大于10mv；输出电流500mA；输出电压值由数码管显示；由“+”、“-”两键别离操纵输出电压步进增减；同时预设一个复位按键来进行复位，而且设计了一个自制的稳固直流电源（输出±15V.+5V）。

这次课程设计，也是考验咱们的信息搜索能力，从互联网上找到咱们所需要的相关资料，从当选择出咱们真正需要和利用的到东西，然后组成自己所需要的电路。

在大体电路组成后，然后利用Multisim进行仿真，仿真又是一个问题，由于对软件的不熟悉，仿真的进程也异样的困难，有的元件由于不明白型号，无法找到正确的元件放置上去，电路也是通过了多次的修改，才最终在仿真中达到要求的参数。

有了这次难忘的经历，我感觉自己充实了许多，学到了很多东西，更重要的是咱们学会了如何协同合作，学会了碰到问题应该如何解决。

这将在咱们以后的学习和工作中起着重要的作用。

致谢

本次关于简易数控直流电源的设计是在张具琴老师的精心指导下，和同组内的其他成员的一起交流下才得以顺利完成，通过本次课程设计把我大学两年年来所学的理论知识转化为实际应用，既锻炼了我的综合能力，又使理论知识得以增强和神话，激发了创新意识。

感激我的老师给予我专门大的关切和支持，一直鼓励着我去尽力做好本次毕业设计而且给了我系统的思路和方式。

张具琴老师精湛的专业知识、耐心的工作态度和真诚的待人风格给我留下了超级深刻的印象，对我以后的工作和生活将产生踊跃的阻碍。

张具琴老师给予了我相当大的帮忙，真挚的向导师说声谢谢。

同时也要感激帮忙过我的所有同窗，专门是在我的设计碰到困难的时候，他们在精神上和行动上，都给予我专门大的支持，鼓舞我不要泄气，勇敢的面对困难，使我终于冲破了设计的难点，顺利完成了这次课程设计。

参考文献

[1]乐丽琴．数字电子技术[M].北京：

电子工业出版社，2014．

[2]王毓银．脉冲与数字电路（第三版）[M]．北京：

高等教育出版社，1999．

[3]刘常澍．数字逻辑电路（第一版）[M]．北京：

国防工业出版社，2002．

[4]赵学良，张国华．电源电路[M]．北京:

电子工业出版社,1995．

[5]路勇．电子电路实践及仿真（第一版）[M]．北京：

清华大学出版社，2004．