数控稳压电源14830.docx
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数控稳压电源14830
南通职业大学
数控稳压电源实验报告
学院:
电子信息工程学院
班级:
电子112
姓名:
张欣
学号:
110202227
指导老师:
陈卫兵
一、摘要
本系统由单片机控制模块、按键、液晶、LM324系列芯片、TLC1543,TLC5615,集成运放搭建构成,放大器、交流变压器来提供稳定电压输出;在以单片机为主控芯片、运算放大器及外围电路的部分,用按键控制步进可调电压输出,液晶显示输出电压值。
整个系统结构紧凑,电路简单。
二、作品介绍
学校实验室使用的直流稳压电源,大多是通过电位器来调整输出电压,使用并不方便,并且步进幅度大难以精确调整。
而我们制作的这款数控稳压电源,可以实现步进调整电压,预设值快捷调整电压,使用更为方便、准确。
其次,在学生做实验的过程中,往往有人随意调整电压,稍不注意,就会造成实验失败、器件损毁。
为此,我们制作了“锁定输出电压”功能,“锁定输出电压”后需要按键解锁后才能改变输出电压,否则无法改变,以此来避免同学的误操作。
我们以单片机作为主控芯片,将数电、模电有效的结合起来运用,使用按键作为输入,用数码管和LED灯显示电源工作状态和模式,实现良好的人机界面效果。
技术指标:
输出电压:
3~12V。
电压调整方法:
1.普通调整,步进=0.1V;
2.快捷调整,按预设电压值快速切换。
限流:
当输出过电流超过0.1秒后,切断输出,同时过流指示灯点亮。
开机模式:
开机时调出预设电压,但不输出,需要按下输出键后才输出。
精度:
输出与真实输出不高于5%。
锁定模式:
在不锁定输出,可以自由调整输出电压;
在锁定输出后,则输出电压不可调整,需要重修按下锁定键才可以重新调整电压。
三、芯片和部分模块介绍
1.TLC1543简介及其应用
TLC1543是美国TI公司生产的多通道、低价格的模数转换器。
采用串行通信接口,具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点,可广泛应用于各种数据采集系统。
TLC1543为20脚DIP封装的CMOS10位开关电容逐次A/D逼近模数转换器,引脚排列如图1所示。
其中A0~A10(1~9、11、12脚)为11个模拟输入端,REF+(14脚,通常为VCC)和REF-(13脚,通常为地)为基准电压正负端,CS(15脚)为片选端,在CS端的一个下降沿变化将复位内部计数器并控制和使能ADDRESS、I/OCLOCK(18脚)和DATAOUT(16脚)。
ADDRESS(17脚)为串行数据输入端,是一个4位的串行地址用来选择下一个即将被转换的模拟输入或测试电压。
DATAOUT为A/D转换结束3态串行输出端,它与微处理器或外围的串行口通信,可对数据长度和格式灵活编程。
I/OCLOCK为数据输入/输出提供同步时钟,系统时钟由片内产生。
芯片内部有一个14通道多路选择器,可选择11个模拟输入通道或3个内部自测电压中的任意一个进行测试。
片内设有采样-保持电路,在转换结束时,EOC(19脚)输出端变高表明转换完成。
内部转换器具有高速(10μS转换时间),高精度(10位分辨率,最大±1LSB不可调整误差)和低噪声的特点。
2.TLC5615简介及其应用
TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品,是具有串行接口的数模转换器,其输出为电压型,最大输出电压是基准电压值的两倍。
带有上电复位功能,即把DAC寄存器复位至全零。
性能比早期电流型输出的DAC要好。
只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入,易于和工业标准的微处理器或微控制器(单片机)接口,适用于电池供电的测试仪表、移动电话,也适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合。
TLC5615器件的引脚图及各引脚功能
DIN:
串行数据输入端;
TLC5615引脚图
SCLK:
串行时钟输入端;
/CS:
芯片选用通端,低电平有效;
DOUT:
用于级联时的串行数据输出端;
AGND:
模拟地;
REFIN:
基准电压输入端,2V~(VDD-2);
OUT:
DAC模拟电压输出端;
VDD:
正电源端,4.5~5.5V,通常取5V。
功能框图
TLC5615的内部功能框图如下图所示,它主要由以下几部分组成:
1、10位DAC电路;
2、一个16位移位寄存器,接受串行移入的二进制数,并且有一个级联的数据输出端DOUT;
3、并行输入输出的10位DAC寄存器,为10位DAC电路提供待转换的二进制数据;
4、电压跟随器为参考电压端REFIN提供很高的输入阻抗,大约10MΩ;
5、×2电路提供最大值为2倍于REFIN的输出;
6、上电复位电路和控制电路。
TLC5615功能框图
两种工作方式:
(A)从上图可以看出,16位移位寄存器分为高4位虚拟位、低两位填充位以及10位有效位。
在单片TLC5615工作时,只需要向16位移位寄存器按先后输入10位有效位和低2位填充位,2位填充位数据任意,这是第一种方式,即12位数据序列。
(B)第二种方式为级联方式,即16位数据列,可以将本片的DOUT接到下一片的DIN,需要向16位移位寄存器按先后输入高4位虚拟位、10位有效位和低2位填充位,由于增加了高4位虚拟位,所以需要16个时钟脉冲。
3.基准电压的产生:
基准电压通过PWM方式控制产生,控制部分产生的PWM控制信号通过R15接到VT1,其中TLC1543构成一基准源.
LM324组成放大电路,基准电压经过放大后,通过串联稳压电路后便可以得到稳定电压输出。
3.控制部分:
该部分主要由单片机,数码管,按键,LED组成,电路相对简单,在原理上,只需要单片机根据按键的设置,从基准源输出各种不同占空比的控制电压,在经过滤波得到稳定的电压,用来控制稳压电路部分,使得电路输出不同的电压。
基准电压
四、作品功能
功能:
1.按键操作:
作品中有按键,分别是锁定键,加一键,减一键,快捷变换键,输出键。
加一键:
按下该键,每按一次加0.1V,也可以快速连加;
减一键:
按下该键,每按一次减0.1V,也可以快速连减;
快速变换键:
每按一次,按照预置值更改输出电压,预置值为3、5、6、9、12;
锁定键:
在稳定电压输出后,可按下该键,则锁定当前输出电压,电压不可调整。
重按一次则可解锁。
输出键:
在系统开始通电工作时,只有按下该键后,系统才可输出并显示系统默认的初始值,在系统工作后,并且有电压输出时,按下则立即切断输出。
按键控制
2.显示方式:
液晶显示当前输出电压值,分别用于指示输出、过流、锁定、模式。
当输出指示灯亮时,输出端子上有电压输出,不亮时,则输出为零;
过流指示灯亮时,说明出现了过流现象;
锁定指示灯亮,说明此时工作在锁定状态下,电压值不可直接调整,需要重按该键方可调整电压输出;
模式灯亮时,则必须在关闭电压输出后才可以调整输出电压值。
在通电工作时,系统开始默认一输出电压值,并且需要在按下输出键时,方可输出,在显示、输出电压后,在相应的按键按下后,则进入相应的功能选择。
功能框图如
显示模块
五、作品结构
硬件部分
硬件部分主要分为两个大模块,第一部分为自制直流稳压电源部分,采用TLC1543,LM78系列三端稳压器,交流变压器构成了电源的整流,滤波,稳压的一系列功能,数控部分则以单片机为核心,由放大器和输出电压调整后得到较为理想的输出可调电压。
在稳压电源模块中,需要进行过流检测电路,串联稳压电路,恒流源负载,TLC1543产生的基准电压来保证电压的稳定输出。
六、原理图和pcb图的绘制
原理图
PCB图
七、心得体会
通过此次数控直流稳压电源的设计,我对数控直流稳压电源的结构有了很深的理解,通过自己实际地设计和操作,也进一步熟悉了各种模拟和数字器件的功能和PROTE99软件的一些基本功能,体会到了设计电子产品的过程和其深刻意义。
在绘制PCB图的时候需要多加练习,这次绘画稳压电源的时间充足,所以我反复对稳压电源原理图进行了多次PCB图的绘画,并且对比了它们,每一次都改变元器件的布局、走线。
我总结出了PCB图元器件放置和布局的几点规律:
1.“先大后小,先难后易”的原理走线。
2.布局中应参考原理框图,根据单板的主信号流向规律安排主要元器件。
3.布局应尽量满足以下要求:
总的连线尽可能短,关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流,低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开;高频信号与低频信号分开;高频元器件的间隔要充分。
4.相同结构电路部分,尽可能采用“对称式”标准布局。
5.按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局。
总的来说,通过此次数电课程设计,使我进一步巩固了学过的数电知识和模电知识,提高了自身的设计能力和动手能力,对以后进行专业课程的实验打下了基础。
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