電子課程設(shè)計(jì) 數(shù)顯可調(diào)穩(wěn)壓恒流源

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1、 數(shù)顯可調(diào)穩(wěn)壓恒流源設(shè)計(jì) 簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與仿真 摘要 本文所介紹的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)，其輸出電壓大小采用數(shù)碼管顯示，主要用于要求電源精度比較高的設(shè)備，或科研實(shí)驗(yàn)電源使用，并且此設(shè)計(jì)沒有用到單片機(jī)，只用到了數(shù)字技術(shù)中的可逆計(jì)數(shù)器，D/A 轉(zhuǎn)換器，譯碼顯示等電路，具有控制精度高制作比較容易等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 穩(wěn)壓電源；數(shù)控；數(shù)模轉(zhuǎn)換；可逆計(jì)數(shù) 第1章 緒論 隨著人們生活水平的不斷提高,數(shù)字化控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,其中數(shù)控制直流穩(wěn)壓電源就是一個(gè)很好

2、的典型例子。但人們對它的要求也越來越高,要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設(shè)施，就需要從數(shù)字電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。 本文所介紹的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)，其輸出電壓大小采用數(shù)字顯示，可用于要求電源精度比較高的設(shè)備，或科研實(shí)驗(yàn)電源使用，并且此設(shè)計(jì)，沒有用到單片機(jī)，只用到了數(shù)字技術(shù)中的可逆計(jì)數(shù)器，D/A 轉(zhuǎn)換器，譯碼顯示等電路；具有控制精度高，制作比較容易等優(yōu)點(diǎn)。 第2章 電路設(shè)計(jì) 2.1電路設(shè)計(jì)方案 本文介紹的簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源共有六部分組成，其中輸出電壓的調(diào)節(jié)是通過“+” 和“-”兩個(gè)按鍵來操作的；步進(jìn)電壓

3、精確到0.1V去控制可逆計(jì)數(shù)器分別作加，減計(jì)數(shù)；可逆計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)字輸出分兩路運(yùn)行，一路用于驅(qū)動(dòng)數(shù)字顯示電路，精確顯示當(dāng)前輸出電壓值；另一路進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（D/A轉(zhuǎn)換電路）；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字量按比例，轉(zhuǎn)換成模擬電壓，然后經(jīng)過射極跟隨器的控制,調(diào)整輸出級，使輸出穩(wěn)定直流電壓。 由于題目是數(shù)控穩(wěn)壓電源，并且有精確的步進(jìn)值，因而不適合采用普通的串并聯(lián)方式的線性穩(wěn)壓電源。且由于電路結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，可以很容易的實(shí)現(xiàn)精確的遞增和遞減的功能控制。

4、 隨著數(shù)字器件的發(fā)展，構(gòu)造一個(gè)精確的可逆計(jì)數(shù)器很容易實(shí)現(xiàn)。由于所要完成的邏輯功能并不復(fù)雜，因而沒有采用單片機(jī)?？赡嬗?jì)數(shù)器的輸出是依次遞增或遞減的數(shù)字量，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后變成模擬電壓值。由于電壓的數(shù)值可以把輸出的模擬電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換再顯示，也可以直接把D/A轉(zhuǎn)換前的數(shù)字量直接經(jīng)譯碼顯示。 在前一種方法中，由于要用到復(fù)雜的A/D轉(zhuǎn)換及其控制電路，其精確度難以保證從而增加設(shè)計(jì)難度;在后一種方法中驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的信號直接由可逆計(jì)數(shù)器而來，所以不存在A/D轉(zhuǎn)換間的誤差問題，所以采用后一種方法。 其原理方框圖和總體控制電路圖如下圖所示： 圖 1簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源

5、電路原理方框圖 2.2單元電路設(shè)計(jì) 2.2.1“+”, “-”鍵控制的可逆計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 工作原理：此部分電路主要用兩個(gè)按鈕開關(guān)作為輸出電壓增和減的調(diào)整鍵，與可逆計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù)CPU時(shí)鐘輸入端和減計(jì)數(shù)CPD時(shí)鐘輸入端相連，可逆計(jì)數(shù)器采用兩片四位十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)集成塊74LS192芯片級聯(lián)而成。 由于要求輸出電壓從0V到9.9V可以調(diào)節(jié)，所以級聯(lián)的兩個(gè)74LS192計(jì)數(shù)器總計(jì)數(shù)范圍從00000000到10011001（即0～99）。而74LS192芯片本身為十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，所以只需兩塊這樣的芯片級聯(lián)就可以達(dá)到目的。 元件選擇：計(jì)數(shù)器部分采用的是十進(jìn)制雙時(shí)鐘可預(yù)置數(shù)異步復(fù)位十進(jìn)制（B

6、CD 碼）可逆計(jì)數(shù)器74LS192芯片。與它功能相同的還有其他芯片，比較容易找到。這里采用TTL邏輯電路而不采用CMOS數(shù)字電路的原因是TTL邏輯電路的輸入阻抗低，具用良好的抗外界電磁干擾能力，而CMOS數(shù)字電路的輸入阻抗極高，很容易被外界電磁場所干擾而誤動(dòng)作，這也是電子技術(shù)基礎(chǔ)“數(shù)字部分”近30年來一直在講TTL邏輯電路路而很少講CMOS電路的原因。 2.2.2 數(shù)字顯示電路的設(shè)計(jì) 工作原理：在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀的顯示出來。一方面供人們直接讀取測量和運(yùn)算的結(jié)果；另一方面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。 數(shù)字顯示電

7、路通常由譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器等部分組成。其中的數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字型重疊式；第二種是分段式；第三種是點(diǎn)陣式。目前以分段式應(yīng)用最為普遍，主要器件是七段發(fā)光二極管（LED）顯示器。它可分為兩種，一是共陽極顯示器（發(fā)光二極管的陽極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上），另一是共陰極顯示器（發(fā)光二極管的陽極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上，使用時(shí)公共點(diǎn)接地）。 由于前一級電路采用兩級可逆計(jì)數(shù)器，且其輸出僅代表電壓值代碼而不是代表具體電壓，故而不用考慮與D/A轉(zhuǎn)換間存在的結(jié)合問題；而直接去顯示，所以電壓顯示非常方便，直接采用兩塊74LS48芯片驅(qū)動(dòng)顯示。 元件選擇：與74LS48芯片功能相同的還有74LS47芯片

8、。它的引腳排列與74LS48的引腳排列一模一樣，兩者的功能也差不多。使用時(shí)要注意：74LS47芯片是用來驅(qū)動(dòng)共陽極顯示器的，74LS48芯片是用來驅(qū)動(dòng)共陰極的；74LS48芯片內(nèi)部有升壓電阻，使用時(shí)可以直接與顯示器相連，而74LS47為集電極開路輸出，使用時(shí)要外接電阻。在使用時(shí)應(yīng)注意：74LS48芯片在使用可直接驅(qū)動(dòng)共陰極的LED數(shù)碼管而不需外接限流電阻。 2.2.3 D/A 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 工作原理：數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用兩塊DAC0832集成塊，它是一個(gè)8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路。由于DAC0832不包含運(yùn)算放大器，所以需要外接一個(gè)運(yùn)算放大器相配，才構(gòu)成完整的D/A 轉(zhuǎn)換器，低位DAC輸出的模擬量經(jīng)過

9、9：1分流器分流后與高位DAC輸出模擬量相加后送入運(yùn)放，具體實(shí)現(xiàn)由900歐姆和100歐姆的電阻相并聯(lián)分流實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放將其轉(zhuǎn)換成與數(shù)字端輸入的數(shù)值成正比的模擬輸出電壓，運(yùn)放采用的是低噪聲的NE5534芯片。 2.2.4 調(diào)整輸出電路設(shè)計(jì) 工作原理：調(diào)整輸出級采用運(yùn)放作射極跟隨器，使調(diào)整管的輸出電壓精確地與D/A 轉(zhuǎn)換器輸出電壓保持一致。調(diào)整管采用大功率達(dá)林頓管，確保電路的輸出電流值達(dá)到設(shè)計(jì)要求。數(shù)控電源各部分工作所需的±15V和+5V電源由固定集成穩(wěn)壓器7815，7915，和7805提供，調(diào)整管所需輸入電壓，經(jīng)簡單整流，濾波即可得到. 元件選擇：達(dá)林頓管就是將兩個(gè)三極管接在一起，極性和第一只

10、三極管的極性保持一致。 2.2.5 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 工作原理：在達(dá)到基本性能指標(biāo)的前提下，為了更好的體現(xiàn)人性化的思想，同時(shí)采用低成本的通用電子元器件來設(shè)計(jì)制作電路。在這當(dāng)中，電路應(yīng)該是簡單可靠穩(wěn)定的，當(dāng)然，最重要的是它有實(shí)用價(jià)值，容易在人民日常生活中實(shí)現(xiàn)。 由于對紋波沒有提出很大的要求，所以我們的電路采用常用的三端集成穩(wěn)壓器（78××和79××兩大系列）作穩(wěn)壓元件，就可以可滿足電路要求。 第3章 電路仿真與調(diào)試 3.1電路仿真 打開仿真軟件Proteus，繪制控制電路圖如下圖所示： 圖 2仿真前的控制電路圖 下圖所示的是仿真后的結(jié)果： 圖 3

11、 仿真后的控制電路圖 3.2電路調(diào)試 電路的調(diào)試采用分模塊的調(diào)試方式。即按照原理方框圖一一進(jìn)行調(diào)試，然后再通調(diào)。由于數(shù)字電路部分只要設(shè)計(jì)和接線正確，一般不會(huì)出現(xiàn)問題；所以調(diào)試主要集中在模擬電路部分。 第4章 結(jié) 論 本文介紹的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源輸出的電壓大小尚受限制，在需要較高輸出電壓時(shí)，在不改變調(diào)節(jié)精度（即步進(jìn)電壓值）前提下，只要增加計(jì)數(shù)器的級聯(lián)數(shù)和相應(yīng)D/A 轉(zhuǎn)換器的個(gè)數(shù)，擴(kuò)大數(shù)顯指示范圍，配合選用高電壓輸出運(yùn)放，就能輕易地滿足要求。當(dāng)需要正負(fù)對稱輸出電壓時(shí)，只要另增一組電源，對D/A 轉(zhuǎn)換器及調(diào)整輸出電路稍作改動(dòng)即可達(dá)到目的。 另外，當(dāng)電路輸出為0時(shí)，按

12、下“-”健，數(shù)碼顯示為9.9V;當(dāng)電路輸出為9.9V時(shí)，按下“+”健，數(shù)碼顯示0V,由于時(shí)間關(guān)系，這個(gè)問題期待在今后的學(xué)習(xí)中加以解決，使整個(gè)電路更加完善。 在本次設(shè)計(jì)過程中,對輸出電壓的紋波沒有提出嚴(yán)格要求,所以常用的穩(wěn)壓集成電路就可以滿足電路設(shè)計(jì)的要求。在電路中采用了模擬器件和數(shù)字器件，所以需要+5V、和±15V電源供電。 參考文獻(xiàn) 【1】彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).第1版.北京.清華大學(xué)出版社.2003 【2】康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分 第4版.北京 高等教育出版社.1998 【3】]閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第四版.北京 高等教育出版社.1998.12 【4】姚福安 電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐.第一版.山東.科學(xué)技術(shù)出版社.2005.2 【5】全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì).全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品匯編.北京.北京理工大學(xué)出版社 2004.8 6