《数控直流稳压电源》课程设计说明书 001.docx

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《数控直流稳压电源》课程设计说明书001

《数控直流稳压电源》课程设计说明书

题目数控直流稳压电源设计

课程名称电子线路综合课程设计

系院

专业

班级

学生姓名

学号

设计地点

指导教师

设计起止时间：

2014年11月3日至2014年11月14日

一、课程设计（论文）题目

数控直流稳压电源

二、课程设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求

一、设计要求：

1、运用数字、模拟电子知识设计电路

2、设计出的直流稳压电源要求输出精度高，步进电压在0.1V左右，调整方便

3、使用通用器件

4、要求输出电压在0~9.9V

二、技术指标：

1、工作电压：

2-6V（典型5V）

２、工作电流：

4.5mA（5V时），2.5mA（3V时）

３、输出稳压值：

0-9.9V

４、步进电压值：

0.1V

５、输出纹波电压值：

≤10mV

６、输出电流：

5A

三、课程设计（论文）工作内容及完成时间

11月3日：

讲课设内容,安排任务

11月4日：

查资料,确定方案,设计方案论证

11月5日-7日：

画出系统方框图，进行原理图设计

11月8日-12日：

用PROTEL画出原理图，制作实物

11月13日-14日：

整理设计说明书

四、主要参考资料

[1]康华光.电子技术基础[M].第4版.北京:

高等教育出版社,1998;

[2]唐竞新.数字电子电路[M].第1版.北京:

清华大学出版社,2003;

[3]吴立新.实用电子技术手册[M].北京:

机械工业出版社;

[4]杨长春.论数字技术[J].《电子报》合订本.成都：

四川科学技术出版社，2003.12

学院专业班

学生：

日期：

自2014年11月3日至2104年11月14日

指导教师：

助理指导教师（并指出所负责的部分）：

教研室：

电子工程教研室主任：

目录

前言、课程设计任务书

一、需求分析1

二、系统总体设计1

三、系统详细设计5

四、调试与维护9

五、结束语10

六、参考文献11

七、指导教师评阅12

一、需求分析

随着人们生活水平的不断提高，数字化控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子，但人们对它的要求也越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好、更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展。

本文所介绍的数控制流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有可操作性，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，主要用于要求电源精度比较高的设别，或科研试验用电源，并且此设计，没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A转化器，译码显示等电路，具有控制精度高，制作比较容易等优点。

 1.1设计题目

设计一个有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。

假定+5V和+15V电源给定。

1.2设计要求：

（1）输出直流电压调节范围5～15V，纹波小于10 mV； 

（2）输出电流为500mA； 

（3）稳压系数小于0.2； 

（4）由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减，步进值为1V，输出电压值用LED数码管显示。

二、系统总体设计

此数控直流稳压电源共有六个部分，输出电压的调节时通过+、-两键操作，步进电压精确到0.1V，控制可逆计数器分别作加、减计数，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：

一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路），数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制，调整输出级，输出稳定直流电压。

为了实现上述几部分的正常工作，需要另制15V和5V的直流稳压电源，以及一组未经稳压的12V~17V的直流电压。

此下所讲的数控电源就是对此组电压进行控制，是输出0~9V的稳定可调直流电压。

2.1原理方框图如下图所示

2.2本设计总体图示

2.2.1控制电路图

2.2.2主要电源供给电路图

2.3仿真电路图

2.4电路板实物图

三、系统详细设计

3.1“+”、“-”键控制的可逆计数器的设计

此部分电路主要用两个按键开关作为电压调整键，与可逆计数器的加计数CPU时输入端和减计数CPD时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减集成块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他芯片，比较容易找到。

3.1.1工作原理

由于输出电压从0~9.9V可以调节，所以74LS192两计数器总计数范围从00000000到10011001（即0~99），而74LS192本身为十进制可逆计数器，所以只需两块这样的芯片级联就可以达到目的，此芯片封装和工作模式如下图所示

图（a）和图（b）为74LS192引脚排列及逻辑符号

PL是低电平有效地预置数允许端，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，计数器处于保持状态，不计数。

当CPD=1，CPU由0变为1时，计数器的计数值加1；当CPU=1，CPD由0变为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，其他情况均为高电平。

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

为实现100进制的计数可把第一块芯片的TCU、TCD分别接后一级CPU、CPD就可以级联使用，这就达到了0~99的计数。

3.1.2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和74HCT192等。

3.2数字显示电路设计

3.2.1工作原理

数字显示驱动采用两块74LS248，74LS248为四线七段译码驱动器，内部输出带上拉电阻，它把从计数器传来的二~十进制码，驱动数码管显示数码。

具体功能如下图3真值表所示。

74LS248，七段译码器，输出高电平有效，适合于共阴极接法的七段数码管使用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为灭灯输出信号，用来动态清零，IB/QBR为灭灯输出信号，该端既可以作输入也可以作输出，具体工作如上真值表所示。

3.2.2元件的选择

与74LS248功能相同的还有：

74LS247、CD4511等等。

3.3D/A转换电路（数模转换器）的设计

3.3.1DAC0832工作原理介绍

数模转换电路，采用两块DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路，这里只是用高4数字量输入端。

由于DAC0832不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器相配，才构成完整的D/A转换器，低位DAC输出模拟经9：

1分流器分流后于高位DAC输出模拟量相加后送入运放，具体实现，有900Ω和100Ω的电阻相并联分流实现，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，运放采用具体有调零的低噪声高速优质运放NE5534.具体封装图如下图4所示。

DAC0832芯片主要功能引脚的名称和作用如下：

d7～d0：

8位二进制数据输入端；

ILE：

输入锁存允许，高电平有效；

CS：

片选信号，低电平有效；

WR1，WR2：

写选通信号，低电平有效；

XFER：

转移控制信号，低电平有效；

Rf：

内接反馈电阻，Rf=15KΩ；

IOUT1，IOUT2：

输出端，其中IOUT1和运放反相输入相连，IOUT2和运放同相输入端相连并接地；

Vcc：

电源电压，Vcc的范围为+5V～+15V；

Vref：

参考电压，范围在-10V～+10V；

GND：

接地端。

当ILE为高电平、WR1和CS为低电平时，LE1为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化；此后，当WR1由低变高时，LE1为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。

对第二级锁存器来说，WR2和XFER同时为低电平时，LE2为高电平，DAC寄存器的输出跟随其输入而变化；此后，当WR2由低变高时，LE2变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到DAC寄存器中。

3.3.2DAC0832芯片的特点

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，需经过两个独立控制的8位锁存器传送。

其优点是D/A转换的同时，DAC寄存器中保留现有的数据，而在输入寄存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。

由于DAC0832输出级没有加集成运放，所以需外加NE5534相配使用。

NE5534封装如下图5所示。

IN-为反相输入端，IN+为同相输入端；

OUT为输出端；

Balance为平衡输入端，主要作用是使内部电路的差动放大器处于平衡状态；

COMp/Bal的作用为，通过调节外接电阻，以达到改善放大器的性能和输出电压；

Vcc-和Vcc+为正负电源提供；

四、调试与维护

4.1调整输出的设计

调整输出级采用运放作射极跟随器，使调整管的输出电压精确地与D/A转换器输出电压保持一致。

调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。

数控电源各部分工作所需的15V和5V电源有固定集成稳压器7815、1915和7805提供，调整管所需输入电压，经简单整流，滤波即可得到，但要求能提供5A的电流。

输出电压的调整，主要是运用射极输出器发射极上所接的4.7K电阻来完成的，此反馈电阻的主要作用是，把输出电压反馈到NE5534的输入级的反相输入端，当同相输入IN+和反相输入端IN-有差别时，调整输出电压使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。

4.2电路调试

调节步骤如下：

4.2.1输入数字00000000，短接Rel、Re、Rf调运放调零电位器Rw，用数字万用表检测，使输出电压Vo=0。

4.2.2输入数字10011001，调整Rel、Re2、Rf使输出电压Vo达到预定的满量程9.9V。

4.2.3主要技术指标

本文所设计的数控制流电源的电压输出范围为0～9.9V，步进电压为0.1V，输出纹波电压不大于10mv，输出电流为5A。

4.3改进措施

本电源输出电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进电压值）前提下，只要增加计数器的级联数和相应的D/A转换器的个数，扩大数显指示范围，配合选用高电压输出运放，就能轻松地满足要求。

当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电源，对D/A转换器及调整输出电路稍作改动即可达到目的。

五、结束语

在整个实习过程中，我感受颇深，从简单的焊接，到最后复杂的组装，使我从中了解到学习和实践是相互统一和相互依存的，少了哪一样，都不可能成功做好一个电子器件。

实习课程虽然结束了，但学海无涯，知识的海洋浩瀚无边，我们需要学习的还有很多。

电子原件的魅力才在我的世界刚刚开始，只有继续以电子实习的感受和经验为基础，渐渐学习总结下去，才能使自己得到更多的提高。

对于这次实习，我获得的心得体会大致总结如下：

1.我对电子技术有了更直接的认识，对模拟电路与数字电路的相互转换也有了更全面的了解，虽然学校曾经组织过制作收音机，但与这次的相比，无论从原理还是实际操作上来讲都是不能相比的。

2.对焊接程序也有了更清晰的认识，也更熟悉了焊接的方法技巧。

3.对问题的分析处理能力有了很大的进步，由于一开始的盲目行动，我犯了很多低级的错误，比如一开始居然把元件焊在了印制板的反面，先焊了集成块等等，随着实习的进行，我深刻体会到了事前分析规划的重要性，相信这是没有进行过这种实践活动的人所体会不到的。

4.对电子产品的调试纠错有了更多的经验。

我的制作真的可谓命途多舛，从第一次接通电源它一点反应都没有，到最后显像管闪烁，我进行了多天的调试和纠错，在仔细检查每一个焊点，分析电路板的接线后，最终才解决了问题。

5.另外，我认为这不仅仅是一次课程设计，我们学到的不仅仅是知识，更是一个促进同学互助，增进同学感情，体现团队精神的平台。

每次实习自己一个人独立完成是做不到面面俱到的，只有同学们齐心协力，实习才能进展得又快又好。

我想，这就是实习给我们带来的更深远的意义吧。

总之，这次课程设计的学习，让我获益匪浅！

六、参考文献

参考文献

【1】康华光.电子技术基础【M】模拟部分.第5版。

北京.高等教育出版社

【2】康华光.电子技术基础【M】数字部分.第5版。

北京.高等教育出版社

【3】杨长春.论数字技术【J】.《电子报》合订本.成都.四川科学技术出版社

【4】唐竞新.数字电子电路【M】第1版.北京.清华大学出版社

【5】曾建唐等.电工电子基础实践教程，2002

【6】姚福安.电子电路设计与实践，2001

【7】吴建平.综合电子实验教程，2013.05

【8】朱水金等.电子技术实训指导.北京：

清华大学出版社，2005

七、指导教师评阅（手写）

成绩（百分制）：

指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

注：

如教研室有明确的评分标准，可粘贴于此页。