数字逻辑数控直流稳压电源课程设计_精品文档.doc

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目录

1.摘要………………………………………………………3

2.技术指标与要求…………………………………………3

3.正文………………………………………………………3

3.1基本思路………………………………………………3

3.2稳压电路设计…………………………………………4

3.3数控电路设计…………………………………………5

3.4输出电压值的数码管显示……………………………7

3.5自制稳压电源…………………………………………8

3.6部分主要电路仿真……………………………………8

4元器件明细表……………………………………………10

5参考文献…………………………………………………14

6收获与体会………………………………………………15

7.鸣谢………………………………………………………16

数控直流稳压电源

一．摘 要

随着电源技术的不断发展，数控稳压电源成为电源研究的领域的热门对象，其突出特点是数控特性，本文所述电路是在基本稳压电路的基础上，附加电压调节电路，数字显示等电路，设计并制作了有一定输出电压调节范围和功能的数控直流电源。

本电路输出电压控制部分选用计数器控制继电器切换输出电压检测电阻的方式，此方法不仅大大简化了电路，并且避免了使用单片机造成的对稳压电源的电磁干扰。

关键词：

整流；滤波；稳压；数字控制；辅助电源

二.主要技术指标与要求

1.设计一可以通过数字量输入来控制输出直流电压大小的直流稳压电源

2.能够输出0—+10V，步进1V。

3.输出电流500mA。

4.输出电压值由数码管显示。

三.正文

1.基本思路

实现稳压电源最简单的方法就是采用集成稳压器，如果是输出电压可调的电压精确控制，则选用输出电压可调的集成稳压器，如正电压输出的LM317和负电压输出的LM337。

在选用LM317为基本稳压电路的基础上，附加电压调节电路、数字电压显示电路。

输出电压部分选用计数器控制继电器切换输出电压检测电阻的方式，原理如图1.1所示。

按键

过流保护

输出电路

数控部分

电路

自制稳压

电源

显示电路

图1.1数控电源原理示意图

2.稳压电路设计

（1）稳压电路设计

根据输出电压、电流的要求，可以选用输出电压可调的通用集成稳压器LM317，LM317的主要技术指标见表1.1

表1.1LM317的主要技术指标1

参数

最大输入电压（V）

静态电压抑制比（dB）

纹波电压抑制比（dB）

源效应（V）

输出电压随结温变化（V）

典型值

------

50

66

0.01%

0.005

最大值

40

100

80

0.04%

采用LM317构成的步进为1V,输出电压范围为0～10V的稳压电源部分电路如图1.2所示。

图1.2输出电压范围为0～10V的稳压电源部分电路1

为了实现输出电压从0～10V以1V步进调节，输出电压调节网络可以用8组电阻实现，分别是0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V。

当集成稳压器的输出端与调节端所连接的电阻值选625Ω（对应500Ω/V）时，0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V的调节电阻分别为50Ω、100Ω、200Ω、400Ω、500Ω、1kΩ、2kΩ、4kΩ。

每组电阻两端并接小型继电器或微型继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、k8（要求继电器的接触电阻小于1Ω），继电器的常闭触点将各输出电阻短接，也就是说，所有继电器的电磁线圈均不得电时，输出电压为零。

随着不同继电器电磁线圈的得点电，将得到对应的输出电压。

如果输出电压检测电阻的参考端接GND，LM317的最低输出电压则为1.25V（这时LM317的调节端接GND，正常工作状态下，输出端对参考端的电压为1.25V，也就是输出端电压对GND的电压为1.25V），不能满足电压在0～10V的要求。

因此，为了获得0V的输出电压，输出电压检测电路的参考端应接在-1.25V的电压基准上，以抵消LM317的输出端与基准端的1.25V的影响。

需要注意的是，当整流滤波电容器远离稳压电路时，需要在靠近稳压电路特别是集成稳压器的地方，在输入端和GND端接旁路电容器。

（2）输入整流滤波电路的设计

根据滤波二极管的额定电流应为输出平均电流的3～10倍的规则，整流器可以选择额定电流为3A的1N5402系列整流二极管，为了简化整流变压器，可以选用桥式整流电路。

整流滤波电容可以选择25V/2200uF或25V/3300uF，这样可以获得比较低的整流输出纹波电压。

整流变压器可以选择黑白电视机的电源变压器，容量为30VA，次级输出电压约15V。

输入整流滤波电路如图1.3所示。

图1.3输入整流滤波电路

3.数控电路设计

为了降低难度，采用数字电路实现输出电压的控制。

基本思路是：

采用加减计数器，通过加减键实现加计数或减计数。

将计数器的输出通过开关管通过驱动继电器的电磁线圈，通过继电器的动作实现检测电阻的切换，实现输出电压的控制。

计数器应选择十进制加减计数器，可以选择74LS192。

采用两个74LS192级联构成两位十进制计数器，实现0—10v的切换，低位计数器输出Q0、Q1、Q2、Q3分别提供1V、2V、4V、8V的控制信号；高位计数器输出Q0、Q1、Q2、Q3分别提供1V、2V、4V、8V的控制信号。

采用按键作为步进加、步进减的控制按钮；为了防止按键过程中出现振铃现象，在计数器加计数、减计数脉冲端与加、减计数按钮之间接入施密特触发器74LS14，可以消除振铃现象。

采用两个74LS192级联构成的两位十进制计数器电路如图1.4所示。

图1.4采用两个74LS192级联构成的两位十进制计数器电路1

图1.4中1V以下计数器74LS192的时钟可以由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减，1V以上计数器74LS192的加、减计数时钟则由低位的进、借位输出提供。

为了防止加、减计数溢出，需要设置防止加、减计数溢出电路。

基本思路是一旦计数器输出为10100000，应禁止继续加计数；同样，一旦出现00000000，应禁止继续减计数。

按这个思路可以利用“与门”也可以是“与非门”检测10100000和00000000。

如果感觉找不到8输入的“与门”、“与非门”由于要实现的电路不是高速电路，可以用最基础的二极管逻辑电路来实现，其电路如图1.5所示。

1.5二极管逻辑电路

图1.5（a）为防止减计数溢出控制电路。

当计数器输出为00000000时，防止减计数溢出控制电路的全部输出为为00000000。

经过反相器后，在二极管逻辑电路的二极管输入端为高电位，8个二极管全部“关断”。

为了提高输出驱动能力，降低对的负载效应，二极管逻辑输出接晶体管射极跟随器。

当跟随器输出高电位时，经过反相器转换为低电位送到减计数控制的“与非门”，封锁减计数控制逻辑控制的“与非门”，实现减计数溢出的防止。

图1.5（b）为防止加计数溢出控制电路。

当计数器输出为00001000时，防止加计数溢出的控制电路的全部输入为00001000。

为了提高输出驱动能力，降低对前级的负载效应，二极管逻辑输出接晶体管射极跟随器。

当跟随器输出高电位时，经过反相器转换为低电位送到加计数控制逻辑的“与非门”，封锁加计数控制逻辑控制的“与非门”，实现加计数溢出的防止。

将图1.5电路移植到图1.4电路中，将防止加计数溢出控制电路替代图1.4的加计数按键，将防止减计数溢出控制电路替代图1.4的减计数按键，就可以得到完整的稳压电源步进加、减控制电路。

如图1.6所示。

图1.6具有限制加、减溢出功能的两位十进制加、减计数器

4.输出电压值的数码管显示

图1.9数码管的连接电路

5．为实现上述各部分电路稳定工作，自制一个稳压直流电源

稳压直流电源，输出电压为±15V，+5V。

可以用电源变压器、整流器、LM7815、LM7915、LM7805构成，其电路如图1.10所示。

1.10稳压直流电源电路

1．数字电路仿真实现

2控制电路的仿真实现

   如图所示，采用了两个按键，分别为"+"和"一"，用来调节设定电压，可以以1V的步进增加或减少。

按下"+"和"一"键，产生的脉冲输入到74LSl92N的CP的UP或DOWN端来控制74LSl92N的输出是作加计数还是减计数。

4.总体电路图仿真实现。

不明原因使得该电路未能仿真成功

四．元件选择

74LS47（图1）

74LS192（图2）

74LS14

LM317

LM337

图174LS47功能表

图274LS192功能表

五.收集和阅读的资料及参考文献

[1]《全国大学生设计竞赛获奖作品汇编》全国大学生设计竞赛组委会编.第一版北京理工大学出版社.2004

[2]《数字电子技术基础》林涛.第一版.清华大学出版社.2006

六．收获与体会

在本次设计过程中，电路中采用了模拟器件和数字器件，所以需要+5V和-15V电源供电。

本设计输出的电压稳压精度高，可以用在对直流电压要求较高的设别上，或在科研实验室中当做试验电源使用。

在本次设计的过程中，我发现很多问题，给我的感觉感觉很简单，但实际上很难，看似很简单的电路，要动手把他给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本上学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我以后的学习就业还是学习来说，都会有帮助的。

我相信，通过这次的课程设计，对我另外的两个目的有益处的。

同时，通过本次课程设计，巩固了我的学习过的专业知识，也是得我把理论与实践从真正意义上结合起来；考验了我借助互联网搜集、查阅相关文献资料和组织材料的综合能力；从中可以自我检测，认识到自己的欠缺与不足，以便于在日后的学习工作中得以改进和提高。

通过使用multisim电子设计软件，也让我了解到计算机辅助设计的方便与快捷。

七.鸣谢

感谢老师能给予这次机会来锻炼我们实际的操作能力，让理论知识和实践更好的结合，以此达到相辅相成的目的。

感谢和我同组的两位同学，正是有了你们本着互助的原则和锲而不舍的精神，课设才得以的完成。

谢谢！

评语

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