电子课程设计数显可调稳压恒流源模板.doc

电子课程设计数显可调稳压恒流源

11

资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。

数显可调稳压恒流源设计

简易数控直流稳压电源设计与仿真
摘要 本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比, 具有操作方便, 电压稳定度高的特点, 其输出电压大小采用数码管显示, 主要用于要求电源精度比较高的设备, 或科研实验电源使用, 而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 转换器, 译码显示等电路, 具有控制精度高制作比较容易等优点。

关键词 稳压电源; 数控; 数模转换; 可逆计数
第1章 绪论
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也是不可否定的,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、 生活提供更好的更方便的设施, 就需要从数字电子技术入手, 一切向数字化和智能化方向发展。
本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比, 具有操作方便, 电压稳定度高的特点, 其输出电压大小采用数字显示, 可用于要求电源精度比较高的设备, 或科研实验电源使用, 而且此设计, 没有用到单片机, 只用到了数字技术中的可逆计数器, D/A 转换器, 译码显示等电路; 具有控制精度高, 制作比较容易等优点。
第2章 电路设计
2.1电路设计方案
本文介绍的简易数控直流稳压电源共有六部分组成, 其中输出电压的调节是经过”+” 和”-”两个按键来操作的; 步进电压精确到0.1V去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的控制,调整输出级, 使输出稳定直流电压。
由于题目是数控稳压电源, 而且有精确的步进值, 因而不适合采用普通的串并联方式的线性稳压电源。且由于电路结构简单, 集成度高, 能够很容易的实现精确的递增和递减的功能控制。
随着数字器件的发展, 构造一个精确的可逆计数器很容易实现。由于所要完成的逻辑功能并不复杂, 因而没有采用单片机。可逆计数器的输出是依次递增或递减的数字量, 经过D/A转换后变成模拟电压值。由于电压的数值能够把输出的模拟电压经过A/D转换再显示, 也能够直接把D/A转换前的数字量直接经译码显示。
在前一种方法中, 由于要用到复杂的A/D转换及其控制电路, 其精确度难以保证从而增加设计难度;在后一种方法中驱动数码管的信号直接由可逆计数器而来, 因此不存在A/D转换间的误差问题, 因此采用后一种方法。
其原理方框图和总体控制电路图如下图所示:

图 1简易数控直流稳压电源电路原理方框图
2.2单元电路设计
2.2.1”+”, ”-”键控制的可逆计数器的设计
工作原理: 此部分电路主要用两个按钮开关作为输出电压增和减的调整键, 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, 可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块74LS192芯片级联而成。
由于要求输出电压从0V到9.9V能够调节, 因此级联的两个74LS192计数器总计数范围从00000000到10011001( 即0～99) 。而74LS192芯片本身为十进制可逆计数器, 因此只需两块这样的芯片级联就能够达到目的。
元件选择: 计数器部分采用的是十进制双时钟可预置数异步复位十进制( BCD 码) 可逆计数器74LS192芯片。与它功能相同的还有其它芯片, 比较容易找到。这里采用TTL逻辑电路而不采用CMOS数字电路的原因是TTL逻辑电路的输入阻抗低, 具用良好的抗外界电磁干扰能力, 而CMOS数字电路的输入阻抗极高, 很容易被外界电磁场所干扰而误动作, 这也是电子技术基础”数字部分”近30年来一直在讲TTL逻辑电路路而很少讲CMOS电路的原因。
2.2.2 数字显示电路的设计
工作原理: 在数字测量仪表和各种数字系统中, 都需要将数字量直观的显示出来。一方面供人们直接读取测量和运算的结果; 另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此, 数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。
数字显示电路一般由译码器、 驱动器和显示器等部分组成。其中的数码的显示方式一般有三种: 第一种是字型重叠式; 第二种是分段式; 第三种是点阵式。当前以分段式应用最为普遍, 主要器件是七段发光二极管( LED) 显示器。它可分为两种, 一是共阳极显示器( 发光二极管的阳极都接在一个公共点上) , 另一是共阴极显示器( 发光二极管的阳极都接在一个公共点上, 使用时公共点接地) 。
由于前一级电路采用两级可逆计数器, 且其输出仅代表电压值代码而不是代表具体电压, 故而不用考虑与D/A转换间存在的结合问题; 而直接去显示, 因此电压显示非常方便, 直接采用两块74LS48芯片驱动显示。
元件选择: 与74LS48芯片功能相同的还有74LS47芯片。它的引脚排列与74LS48的引脚排列一模一样, 两者的功能也差不多。使用时要注意: 74LS47芯片是用来驱动共阳极显示器的, 74LS48芯片是用来驱动共阴极的; 74LS48芯片内部有升压电阻, 使用时能够直接与显示器相连, 而74LS47为集电极开路输出, 使用时要外接电阻。在使用时应注意: 74LS48芯片在使用可直接驱动共阴极的LED数码管而不需外接限流电阻。
2.2.3 D/A 转换电路设计
工作原理: 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。由于DAC0832不包含运算放大器, 因此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输出的模拟量经过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900欧姆和100欧姆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, 运放采用的是低噪声的NE5534芯片。
2.2.4 调整输出电路设计
工作原理: 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电源由固定集成稳压器7815, 7915, 和7805提供, 调整管所需输入电压, 经简单整流, 滤波即可得到.
元件选择: 达林顿管就是将两个三极管接在一起, 极性和第一只三极管的极性保持一致。
2.2.5 稳压电源电路设计
工作原理: 在达到基本性能指标的前提下, 为了更好的体现人性化的思想, 同时采用低成本的通用电子元器件来设计制作电路。在这当中, 电路应该是简单可靠稳定的, 当然, 最重要的是它有实用价值, 容易在人民日常生活中实现。
由于对纹波没有提出很大的要求, 因此我们的电路采用常见的三端集成稳压器( 78××和79××两大系列) 作稳压元件, 就能够可满足电路要求。

第3章 电路仿真与调试
3.1电路仿真
打开仿真软件Proteus, 绘制控制电路图如下图所示:

图 2仿真前的控制电路图
下图所示的是仿真后的结果:

图 3 仿真后的控制电路图
3.2电路调试
电路的调试采用分模块的调试方式。即按照原理方框图一一进行调试, 然后再通调。由于数字电路部分只要设计和接线正确, 一般不会出现问题; 因此调试主要集中在模拟电路部分。

第4章 结 论
本文介绍的数控直流稳压电源输出的电压大小尚受限制, 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, 就能轻易地满足要求。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。
另外, 当电路输出为0时, 按下”-”健, 数码显示为9.9V;当电路输出为9.9V时, 按下”+”健, 数码显示0V,由于时间关系, 这个问题期待在今后的学习中加以解决, 使整个电路更加完善。
在本次设计过程中,对输出电压的纹波没有提出严格要求,因此常见的稳压集成电路就能够满足电路设计的要求。在电路中采用了模拟器件和数字器件, 因此需要+5V、 和±15V电源供电。
参考文献
【1】彭介华.电子技术课程设计指导.第1版.北京.清华大学出版社.
【2】康华光 电子技术基础.模拟部分 第4版.北京 高等教育出版社.1998
【3】]阎石 数字电子技术基础[M].第四版.北京 高等教育出版社.1998.12
【4】姚福安 电子电路设计与实践.第一版.山东.科学技术出版社. .2
【5】全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编.北京.北京理工大学出版社 .8