数控直流稳压电源.docx
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数控直流稳压电源
3.2计数电路5
3.3数模转换电路6
3.4复位及预制数电路7
3.5步进电路8
3.6消抖电路9
正文
1选题背景
随着科技和人类生活的的数字化发展，人们现在更倾向于使用数字型的电子产品，因为它不仅便于操作，观察，而且它的准确性，稳定性更好。
所以数控型的直流稳压电源的设计很有它的意义，也很有价值。
1．1指导思想
通过计数器，译码器实现可控计数并显示，再通过数模转换器将数字量转换成模拟电压量，最终实现输出模拟电压与输入数字量一致的效果。
1．2方案论证
方案一：
用2个74LS192和数码显示管实现计数并显示功能，用1片DAC0832实现数模转换与步进整合。
方案二：
用2个74LS192和数码显示管实现计数并显示功能，用2片DAC0832实现数模转换与步进整合。
因为采用方案一的话，需要对DAC0832的高4位低4位进行分离，分别实现整数和小数的步进调试，中间需要用到很多的门电路，考虑到电路的可靠性和简洁的因素，决定使用第二种方案。
1．3基本设计任务
设计一个数控直流稳压电源。
具体要求如下：
（1）输出电压：
0~9.9V步进可调，调整步距0.1V；
（2）输出电压值用LED数码管显示；
（3）电压调整：
由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减；
提示：
（1）用可逆计数器和D/A实现电压预置和电压步进控制；
（2）用线性电源实现可控电源；
1．4发挥设计任务
输出电压可在0~9.9V范围任意预置。
1．5电路特点
一片74LS192，一片CD4511和一片DAC0832做为一组一起控制一个十进制数，两组分别进行计数，数模转换，使电路的结构比较简单，而且稳定性比较好。
2电路设计
2.1总体方框图
图2-1总体方框图
2.2工作原理
计数器部分由两片74LS192级联构成，两片CD4511和两个数码显示管构成译码显示部分，由计数部分输出的数字量输入两片DAC0832，然后两片分别输出电压，利用LM324运算放大器把电压调节成相应的步进，即1v和0.1v电压。
最终利用LM324构成加法器实现电压整合。
其中通过调节运放电位器使数码管显示的模拟电压值和最终加法器输出端输出的电压值一致。
对于发挥部分，是利用74LS192的异步置数端和一个八位拨码开关来实现的。
3各主要电路及部件工作原理
3.1译码显示电路
CD4511是一组用来作为BCD对共阴极LED七段显示器译码的芯片。
其引脚图（图1）真值表（图2）所示，其各引脚功能如下：
LT：
做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=1111111，
即七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。
当LT=1，则正常解码。
BI：
空白输入控制，当BI=0（LT为1时）则不论DCBA之输入为何，其输出abcdefg
皆为0
，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。
LE：
数据锁存使能控制；在CD4511中，不但具译码功能，更具有数据锁存的记忆功
能。
当LE=0时（LT=1且BI=1），DCBA数据会被送入IC的缓存器中保存，以供译码器译码；当LE=1时，则IC中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0时的数据供译码器译码。
换句话说当LE=1时，不论DCBA的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg仍保留原来在LE由0转为1以前的数据。
图2CD4511真值表
两片CD4511的7段输出端分别与两个数码管7段输入相连构成译码电路，CD4511输入4位BCD码，数码管上显示相应的数字。
设计电路如下：
3.2计数电路
计数电路由74LS192实现。
74LS192为可预置同步加减计数器，其引脚示意图如下：
各引脚功能：
MR:
异步清除端，当清除端MR为高电平时，不管时钟端CPD，CPU状态如何，即可完成清除功能。
PL:
异步置数端，当PL为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端Q1~Q3即可预置成与数据输入端P0~P3相一致的状态。
CPU,CPD:
加减脉冲输入端，在计数状态时每有一个上升沿到来计数器的输出加一减一。
TCU,TCD:
进位，借位输出端，当计数器向上溢出时，进位端TCU输出一个低脉冲；当计数器向下溢出时，借位输出端TCD输出一个低脉冲。
当把TCD和TCU分别连接后一级CPD，CPU,即可进行级联。
P0~P3:
并行数据输入端。
Q0~Q3:
数据输出端。
VCC:
电源正级+5V
GND:
接地0V
100进制计数器级联设计：
3.3数模转换电路
数模转换电路由DAC0832构成，它有8位输入端，因为一个数码管最大显示十进制的9，即二进制是1001，所以在这里只使用低4位。
其引脚图如下。
图3.3DAC0832的引脚图
DAC0832芯片主要功能引脚的名称和作用如下：
CS：
片选信号，输入低电平有效。
ILE：
输入锁存允许信号，输入高电平有效。
：
输入寄存器写信号，输入低电平有效。
：
DAC寄存器写信号，输入低电平有效。
：
数据传送控制信号，输入低电平有效。
DI0～DI7：
8位数据输入端，DI0为最低位，DI7为最高位。
IOUT1：
DAC电流输出1。
此输出信号一般作为运算放大器的一个差分输入信号（通常接反相端）。
IOUT2：
DAC电流输出2，IOUT1+IOUT2=常数。
RFB：
反馈电阻。
Rf=15KΩ
Vref：
参考电压输入，可在+10V～－10V之间选择。
VCC：
数字部分的电源输入端，可在+5V～+15V范围内选取，+15V时为最佳工作状态
AGND：
模拟地
DGND：
数字地
当ILE=1,CS=0,WR=0，输入数据d7~d0存入8位输入寄存器中，当WR2=0，XFER=0时，输入寄存器中所存内容进入8位DAC寄存器并进行D/A转换。
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。
在这里，选择LM324作为运算放大器。
当DAC0832外接运放A构成D/A转换电路时，电路输出量V0和输入d7~d0的关系式为：
DAC0832与LM324典型用法连接示意图
3.4复位及预制数电路
复位电路是利用74LS192的异步清除端（MR），当给它一个高电平时，即可完成清零功能。
置数电路是利用74LS192的异步置数端（PL），当给它一个低电平时，输出端即可预制成语数据输入端一致的状态。
电路设计如下。
3.5步进电路
步进原理：
DAC0832每一个数字量输入对应一个模拟量输出，配合运算放大器LM324的作用，使输出的模拟量电流信号转换为电压信号，在经过一个比例运放环节，调节期望输出电压。
比如参考电压为+10V步进0.1V时,可使输入数字量为０１１００１００（十进制１００）时，通过调整U2:
B使输出电压达到10V，此时的U2:
B的值大约为5KΩ。
这样每当输入的数字量变化一，电压的变化量也为一；同理当参考电压为10V步进1V时，可先使数字量输入为1010（十进制10）时，通过调整电阻参数实现步进1V，此时对应的R1=2KΩ,U2:
B=50KΩ左右。
初步确定参数后，可根据具体情况微调各参数使步进输出结果更加精确。
整合步进电压输出设计：
此部分电路运用加法器将步进0.1V信号与步进1V信号叠加后输出。
输入与输出关系为：
Uo=Ui1+Ui2
在此R6=R7=R8=R9=2KΩ,R5=4KΩ
3.6消抖电路
2
1
其中R1=320Ω，R2=10K，C=10μF，74HC14（施密特非门）
4原理总图
5元器件清单
元器件清单
名称
元器件标号
元器件型号
个数
电
阻
R1~R14
470Ω
14
R15~R17
1KΩ
3
R18，R20~R24
2KΩ
6
电容
C1
10μF
2
集成运放
U6,U7
LM324
2
微动开关
加,减，复位，置数
4
电位器
R19，R21,R25
50K,5K,4K
1,1,1
可逆十进制计数器
U1,U2
74LS192
2
显示译码驱动器
U3,U4
CD4511
2
七段共阴极数码显示管
2
数模转换芯片
U5,U6
DAC0832
2
6调试过程及测试数据（或者仿真结果）
为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。
6.1通电前检查
在焊接过程中，我都会进行分块检查，主要检查电路连接是否有焊错或是虚焊的现象，尤其是正负电源接线是否有短路现象，还有芯片的引脚是否与原理图连接一致等。
电路整体安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。
6.2通电检查
6.2.1数码管检测
直接用万用表的负表笔接共阴极，用正表笔依次接其余引脚，看是否亮，在检查过程中发现第二个数码管的C不亮，检查电路发现存在虚焊现象，在重新焊过之后，正常工作。
6.2.2计数部分和按键的检测
将CD4511和数码管，74LS192的芯片插上，给电路+5V电源，然后用按键控制加减，置数，复位，看数码管是否正常计数，正常显示。
如出现乱码或者是加减时变化趋势不对，就应该检查74LS192的电路连接。
6.2.3数模转换部分及步进检测
把DAC0832和LM324的芯片插上，给电路的运算放大器给+15V电压和-15V电压。
然后
检查DAC0832的输出和第一级运放的输出，将数码管用加，减，置数端控制，先给一个固定的数，调节相应的电位器将输出调节至相应的的电压。
比如，置数为7.5时，相应的电压值应该是7V和0.5V。
检测完后再调节到其他的数字量，相应的进行微调，增加精度。
6.2.4最终整体检测
最后的检测部分就是加法器的工作情况，先给数码管置数，然后用万用表检测加法器输出端的电压值是否与数码管显示的值一致，不一致时调节相应的电位器，使输出一致。
并增加精度。
6.3结果分析
理论值
0
0.1
0.2
0.3
0.4
实测值
0.00
0.12
0.22
0.34
0.44
理论值
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
实测值
0.54
0.65
0.74
0.84
0．94
理论值
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
实测值
1.0
1.51
2.01
2.51
3.0
理论值
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
实测值
3.50
4.01
4.49
5.0
5.51
理论值
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
实测值
6.0
6.51
6.99
7.01
8.01
理论值
8.5
9.0
9.5
9.7
9.9
实测值
8.51
9.0
9.51
9.7
9.89
实验数据表明，误差基本保持在0~0.06之间，分析得误差的原因有以下几点：
1.实验材料本身的精度不够，比如电阻值的误差，万用表的测量误差等。
2.运放没有外加调零。
3.温度对运放的工作的影响
4.DAC0832存在转换误差
7小结
首先，从本次课程设计的设计原理上总结，分为大致六个模块：
计数电路模块，置数电路模块，译码显示电路模块，模数转换电路模块，比例步进模块以及输出电压的整合模块。
其中核心原理为步进以及电压的整合输出，本次设计的思路为将两片DAC0832分别制成步进0.1V与1V的输出在通过一个加法器将两者叠加后输出。
计数器模块部分通过两片74LS192级联搭成100进制可逆加减计数器，并通过一个拨码开关来保证置数功能的实现。
而译码电路则使用比较常见的译码芯片CD4511与两个共阴极数码管搭配。
整体来讲，原理部分不是很复杂。
8设计体会及今后的改进意见
8.1体会
从确定题目，查找各方面资料，设计电路，修改电路，画仿真图，焊接电路板，到最后的验收，中间经历了10周时间。
而且在这中间，我收获的东西远远不止最终焊出来的板子。
在课设之前，听学长说课设如何如何，所以在刚开始的时候很担心，害怕做不出来，也不知道该从哪里开始。
在听从了其他同学的建议之后，我就先开始查找资料，从网上，从书本中，然后再设计最原始的电路，在设计过程中，也出现了很多不懂的地方，但其实很多东西都是以前在数电或是模电中学习过的，这就说明在学习中存在很多的漏洞，所以在课设中，不仅解决了设计问题，也帮助我复习以前的知识，帮助巩固。
接下来就是把设计好的电路用仿真软件画出来。
在此之前因为没用过proteus这个仿真软件，所以仿真的第一步就是先学习这个软件的使用，熟练之后就开始仿真图设计，从中我也有很多自己的体会，比如说怎样排版可以使电路最简单，怎样解决模块的整合等。
在仿真图设计出来之后就是买材料，进行焊接。
我本来觉得焊接就是照着原理图连接就好了，应该很容易的，但是在准备开始焊时才发现无从下手，然后就又把各个元件的引脚按照原理图的连接重新画了一份，并认真做了排布，使得连接线路尽可能的简单，设计好之后焊接就比较好下手，而起有了清楚的思路，在焊接中我也经常出现问题，有时候把引脚焊错，有时出现开路，但是在一次次的错误中，我的进步很快。
最后就是检查调试了，我觉得这部分对我来说最为困难。
一般我在焊接的同时就会检查线路问题，但是在焊接好检查时，还是会出现很多的问题，一开始，出现问题时我就不知道该怎么办，也不知道是哪里的问题，就不停的请教其他有经验的同学，在这过程中，我就观察他们是怎么解决问题的，思路是怎样的，有是怎样纠正问题的，然后就这样一步步的，我也学会了在出现问题后，应该先分析现象，猜测可能出现的原因，再一一排查，直到检查出来。
还有就是在检查时最好是分模块进行，这样比较有思路，而且不会漏查。
最终将电路板整体调试出来的时候真的很激动，很有成
就感。
回想整个过程，我总结了一下体会：
1，团队合作很重要，在设计的时候经常会遇到瓶颈，这时候就需要同伴的指导帮助。
2，要有自己的想法，在出现问题时一定要有一个整齐的思路，把任何问题都能简化到最简单的地步。
3，学会怎样去学习，掌握方法，这样才能把别人的东西，书上的东西自己消化，完全变成自己的东西。
总之，这次的课程设计让我学会了很多的东西，而且都是从课本中完全学不到的，我也相信，这还在我以后的学习工作中有很大的帮助。
8.2本方案存在的问题及改进意见
在原理图的基础上设计出来的电路上，有按键抖动严重的问题，会出现按一次按键，出现多达20次的脉冲，然后我们就用施密特非门设计出来一个消抖电路，最后的消抖效果基本稳定，偶尔会出现两个脉冲的情况，但是基本达到预期的效果。
其次就是误差，数字量在大于7V之后，误差略微大于小于7V时候的误差。
改进的意见就是关于置数的方法，因为八位拨码开关是用二进制数表示的，可以把二进制转换成十进制，这样更简洁而且更符合大众的使用习惯。
参考文献
1）童诗白、华成英《模拟电子技术基础》高等教育出版社2006年5月第4版
2）阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社2006年5月第5版
3）党宏社《电路、电子技术实验与电子实训》电子工业出版社2010年1月
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