数显可调直流电源设计报告.doc

燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书
燕山大学

课 程 设 计 说 明 书

题目：数显可调直流电源的设计

学 院：信息科学与工程学院
班 级： 光电子2班
姓 名：
学 号：
指导老师：

燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：信息科学与工程学院 基层教学单位：光电子系
学 号

学生姓名

专业（班级）

设计题目
数显可调直流电源的设计
设
计
技
术
参
数

设计可以用数码管实时显示当前输出电压的可调直流电压源

设
计
要
求
设计要求：
(1) 采用220 V市电作为所设计电源的能量来源
(2) 所设计的可调电源输出电压需要有数码管实时显示
(3) 可调直流电压输出调整范围为2.5 V~25 V
(4) 最大输出电流为1 A
(5) 输出纹波系数不超过5%
(6) 设计完成经过仿真验证后，使用ultiboard 9 生成电路的电路板。

工
作
量
2周
工
作
计
划
第一周：查阅相关资料，学习multisim软件的使用，根据要求设计电路。
第二周：完成电路绘制调试使其可以达到设计要求，并答辩撰写课设说明书。

参
考
资
料
1、《模拟电子技术》 康华光主编 高等教育出版社
2、《电路理论》 邱关源主编 高等教育出版社
3、《数字电子技术》 阎石主编 高等教育出版社

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一． 设计题目
数显可调直流电源的设计
二． 设计要求
（1）采用220 V市电作为所设计电源的能量来源
（2）所设计的可调电源输出电压需要有数码管实时显示

（3）可调直流电压输出调整范围为2.5 V~25 V
（4）最大输出电流为1 A
（5）输出纹波系数不超过5%。
（6）设计完成经过仿真验证后，使用ultiboard 9 生成电路的电路板
三． 设计方案
根据设计要求，数显可调直流电源可分为电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、电压显示电路五部分。具体设计及各部分如下：

（一） 电源变压器部分
用变压器将220V交流电变为22V交流电，变压需综合考虑后面LM317等器件对输入电压的要求，及输出电压的范围要求。LM317输入输出工作压差为3~40V，要求输出电压可调范围为2.5~25V，电路图如图一所示。

图一 变压电路图

（二） 整流滤波电路部分
整流采用四个二极管组成的单相桥式整流电路，使在电压的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。根据设计要求，选用multisim中的1B4B42单相桥式电路，其中用到的二极管最大允许电流为1A。滤波采用1mF的电容滤波，整流滤波电路图如图二。

图二 整流滤波电路图

（三） 稳压电路部分
稳压主要使用的是LM317、LM7805，它们是常用的稳压芯片，从性能和成本上来看都比较合适，LM7805属于LM78XX系列，05是指它将把输入电压稳定到5V。这两部分电路均是最基本的标准稳压电路。前者为外部负载提供2.5-25V可调直流电源，如图三所示。

图三 稳压分压电路

后者为内部数显部分的芯片提供5V电压，如图四所示。

图四 5V稳压电路

根据公式（1）：

VOUT=1.25V(1+R2/R1）+IAdjR2 （1）

上式中VOUT为LM317输出电压，IAdj为ADJ的电流，一般小于100uA。可以计算得到R2为2.4kΩ（暂定）的滑动变阻器。LM317后的电容是为了提高瞬态响应性能。

（四） 电压显示电路部分
数显部分要完成模数转换，采用ADC，因为ADC电压采样范围有限，而2.5-25V远超出此范围，故在稳压后用一个7kΩ和一个1kΩ的电阻分压，ADC实际只在输出电压的1/8的范围内采样，由于显示部分是用的16进制数显示，所以可以在接数码管引脚时将引脚左移3位，纠正分压带来的显示错误，数码管余位接地。另外，ADC有工作频率，故还需设计一个提供方波的电路为ADC工作频率调节提供服务，电压显示电路图如图五。

图五 电压显示电路图

三、 系统工作原理

完整电路图如图六所示

图六 完整的电路图

220V市电经匝数比为10.5:1.3的变压器变压，将电压值降低到27V左右，后经电容滤波，滤除脉动直流电里的大部分纹波，得到较平缓的波形（如图七所示），然后通过LM317前置电容再次滤波，并进入LM317进行稳压，最后输出平稳的直流电，输出电压可以通过调节LM317下方的滑动变阻器R2来进行改变，整个电路输出电压调节范围为1.255-26.505V，包括2.5-25V，满足设计要求。

图七 滤波后和稳压后的波形

从稳压电路出来以后，电压经7kΩ电阻降压后被ADC采样，ADC每秒钟采样20次，该工作频率由555定时器及其外围电路构成的方波发生电路提供，
其产生的方波频率计算公式（2）如下：

1.45/（R92R10）C=f(HZ) (2)

ADC完成采样，将数据送到数码管显示（如图八所示）。

图八 数码管显示

最后生成的电路板如图九所示。

图九 PCB板图

元件列表：
器件
器件印迹
制造商
变压器 1个
XFMR-4PIN
Generic
单相桥 1个
12-7A2A
IPC-2221A/2222
LM7805CT 1片
TO-220
Generic
LM317AH 1片
TO-39(H03A)
Generic
滑动变阻器 1个
LIN_POT
Generic
LM555CM 1片
M08A
IPC-7351
电阻240Ω 7kΩ 1kΩ
14.43kΩ 28.86kΩ各1个
RES1300-700X250
IPC-2221A/2222
普通电容0.33uF 2个
0.3uF 1uF 10nF各一个
CAPPA1600-1000X450
IPC-2221A/2222
电解电容1mF 12uF各一个
CAPPA1600-1000X450
IPC-2221A/2222

四． 设计总结
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实际相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次课程设计，使我不仅巩固了所学的知识，而且学到了很多在书本上学不到的东西,初步熟悉了multisim这个平台的使用方法。在设计的过程中遇到了各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解不够深刻，掌握的不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。感谢学校和老师提供的这次机会！