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简易数控直流电源

中国***学院

数模电路课程设计论文

题目：

简易数控直流电源

二级学院机电工程学院

专业电气工程及其自动化

班级

姓名

学号

同组同学姓名

同组同学学号

指导老师

2008年7月3日

任务书

——简易数控直流电源（0.85）

1.基本功能实现：

（1）可输出电压：

范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV。

（2）可输出电流：

500mA。

（3）可输出电压值由数码管显示。

（4）由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减。

（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出输出±15v,+5v。

（6）自拟验收方案：

对基本功能实现证明。

2.扩展功能与创新：

（1）输出电压可预置在0~9.9v之间的任意一值。

（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化。

（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。

（4）扩展可输出电流：

1000mA。

（5）在扩展的基础上增加新的功能。

如与其他组雷同则不加分。

（6）自拟验收方案：

对展和创新功能的试验证明。

3.设计报告：

（1）开题报告：

包括可行性分析，方案比较，方案的确定，系统方框图，经费预算，组内分工，进程安排等。

（2）理论方案书：

具体的原理图，逻辑分析，理论计算，电路仿真结果等。

（3）验证方案及验证结果：

包括验证方案的原理，采取的措施，实际验证的结果等

（4）设计总结：

包括实践中出现的问题，解决方法，心得体会等。

（5）参考资料：

包括采用的芯片，电路，参考书等。

起止日期：

2007年6月10日至2007年6月15日

指导教师：

开题报告

1．基本功能实现

输出电压：

范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；

输出电流：

500mA；

输出电压值和波形由LCD液晶屏显示；

由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；

自制一稳压直流电源，输出±15v,+5v

2.设计方案

“+”,“-”键控制的可逆计数器的设计

此部分电路主要用两按钮开关作为电压调整键，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级联而成。

74LS192是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD码）可逆计数器。

与之功能相同的还有其它芯片，比较容易找到。

由于输出电压从0V到9.9V可以调节，所以74LS192两计数器总计数范围从00000000到10011001（即0~99）,而74LS192本身为十进制可逆计数器，所以只需两块这样的芯片级联就可以达到目的，此芯片封装和工作模式表如下图所示

《74ls192引脚图》74ls192功能表：

数显电路就是LCD液晶屏，用它来显示输出电压的大小。

D/A转换电路（数模转换器）的设计

DAC0832工作原理介绍

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，这里只使用高4位数字量输入端。

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，才构成完的D/A转换器。

具体封装图如下图所示。

DAC0832芯片主要功能引脚的名称和作用如下：

d7~d0：

8位二进制数据输入端；

ILE：

输入锁存允许，高电平有效；

CS：

片选信号，低电平有效；

WR1，WR2：

写选通信号，低电平有效；

XFER：

转移控制信号，低电平有效；

Rf：

内接反馈电阻，Rf=15KΩ；

IOUT1，IOUT2：

输出端，其中IOUT1和运放

反相输入相连，IOUT2和运

放同相输入端相连并接地端；

Vcc：

电源电压，Vcc的范围为+5V~+15V；

Vref：

参考电压，范围在-10V~+10V;

GND：

接地端。

由于DAC0832输出级没有加集成运放，所以需外加NE5534相配适用。

NE5534封装如下图所示。

IN-为反相输入端,IN+为同相输入端；OUT为输出端；Balance为平衡输入端,主要作用是,使内部电路的差动放大电路处于平衡状态；COMp/Bal的作用为,通过调节外接电阻,以达到改善放大器的性能和输出电压;VCC-和Vcc+为正负电源供。

调整输出的设计

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。

经费预算

整个设计的经费控制在60元左右。

理论方案

——简易数控直流电源设计

单元电路设计

1.“+”,“-”键控制的可逆计数器的设计

74LS192是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD码）可逆计数器。

与之功能相同的还有其它芯片，比较容易找到。

1.1工作原理

由于输出电压从0V到9.9V可以调节，所以74LS192两计数器总计数范围从00000000到10011001（即0~99）,而74LS192本身为十进制可逆计数器，所以只需两块这样的芯片级联就可以达到目的。

PL是低电平有效的预置数允许端，PL=0时，预置数输入端P0~P3上的数据被置入计数器。

MR是高电平有效的复位端，MR=1时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。

CPU是加计数时钟，CPD是减计数时钟，当CPU=CPD=1时，计数器处于保持状态，不计数。

当CPD=1，CPU由0变为1时，计数器的计数值加1；当CPU=1，CPD由0变1时，计数器的计数值减1。

TCU是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到9时，TCU在后半个时钟周期（CPU=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。

TCU是借位输出端，当减计数器计到零时，TCD在时钟的后半个周期（CPD=0）内变成低电平，其他情况下均为高电平。

为实现100进制的计数可把第一块芯片的TCU，TCD分别接后一级的CPU，CPD就可以级联使用，这就达到了0~99的计数

1.2元件的选择

74LS192是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD码）可逆计数器，还可选用54HC192，54HCT192，74HC192，74HCT192等。

2.数字显示电路的设计

2.1工作原理

数字显示驱动采用两块74LS48芯片，74LS248为四线七段译码驱动器，内部输出带上拉电阻它把从计数器传送来的二~十进制码，驱动数码管显示数码。

74LS48，七段译码器，输出高电平有效，适合于共阴极接法的七段数码管使用A3，A2，A1，A0，为8421BCD码输入，a,b,c,d,e,f,g为七段数码输出，LT为试灯输入信号，用来检查，数码管的好坏，IBR为灭零输出信号，用来动态灭零，IB/QBR为灭灯输出信号，该端既可以作输入也可以作输出，具体工作如上真值表所示。

2.2原件选择

与74LS48功能相同的还有，74LS247，7CD4511等。

3.D/A转换电路（数模转换器）的设计

DAC0832工作原理介绍

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，这里只使用高4位数字量输入端。

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，低位DAC输出模拟量经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900Ω和100Ω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，运放采用具有调零的低噪声高速优质运放NE5534。

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。

DAC0832最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入D/A转换前，需经过两个独立控制的8位锁存器传送。

其优点是D/A转换的同时，DAC寄存器中保留现有的数据，而在输入寄存器中可送入新的数据。

系统中多个D/A转换器内容可用一公共的选通信号选通输出。

4.调整输出的设计

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，但要求能提供5A的电流。

输出电压的调整，主要是运用射极输出器发射极上所接的4.7K电阻来完成的，此反馈电阻的主要作用是，把输出电压反馈到NE5534的输入级的反向输入端，当同相输入IN+和反向输入端IN-有差别是，调整输出电压使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。

5.自制稳压电源

为主电路提供电源的电路如下图所示：

6.电路调试

调节步骤如下：

1.输入数字00000000，短接Re1、Re、Rf调运放调零电位器Rw，用数字万用表检测，使输出电压Vo=0.1mV。

2.输入数字10011001，调整Re1、Re2、Rf使输出电压Vo达到预定的满量程9.9V。

3.主要技术指标

设计数控直流电源的电压输出范围为0~9.9V，步进电压值为0.1V，输出纹波电压不大于10mv，输出电流为5A。

7.改进措施

本电源输出电压大小尚受限制，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。

仿真电路

在整个仿真电路中，使用仿真软件Multisim对于要求的电路进行仿真，其中各个环节的仿真电路如下图所示：

1.主电路图，包括“+”“、-”按键，计数电路，十进制、二进制显示电路，为数控和显示部分。

其中所选用的的芯片大体相同，但由于仿真与实际电路有所出入，所以可能实际选用的芯片及其相关元器件会有所不同，但不影响整体功能的实现。

2.D/A转换电路和功率放大电路。

此单元讲相关的数字量转换成为模拟量并加以对所要求的功能实现，功率放大部分不改变输出电压的大小，只是对输出的电流进行放大以达到实验的要求。

图中为理想的D/A转换芯片，实际中采用Dac0832来实现其相关的功能。

3.自制稳压电源电路：

为整个电路提供“+15v”“-15v”“+5v”电压。

4.脉冲电路：

扩展功能部分，代替人工按键来实现输出电压的变化。

通过电路仿真，参考设计电路，整个仿真电路可以实现设计要求的基本功能和扩展功能。

课程设计心得体会

在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信，通过这次的课程设计，在以后的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。

同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义。

在本次设计过程中,对纹波也没有提出严格要求,所以常用的稳压集成电路就可以满足要求。

在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备上，或在科研实验室中当作实验电源使用。

同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高；通过使用电路CAD软件Multisim,也让我们了解到计算机辅助设计（CAD）的智能化,有利于提高工作效率。

开题报告是非常重要的，要选择一个好的开题报告，就要满足适合我们这组制作，并且也要考虑到自身能力，还有就是容易找到相关的参考资料等条件。

只有符合以上所说的条件才能做出一个好的设计，所以我们就选择了《简易数控直流电源》的设计课程。

我们查找了大量这方面的相关参考资料，如《电子电路实验及仿真》，《电路与电子技术实验教程》等，还查阅了各种所需芯片的管脚资料。

在这些参考资料的基础上构想了几个设计方案，并且确定了最后的设计方案。

当确定了最终的设计方向以后，我们就开始着手完善它的理论方案。

根据设计方案的内容我们画出了具体的原理图，进行逻辑分析和理论计算，然后去电子市场根据设计要求购买了大量所需的原器件，准备好了设计所需的一切材料。

在焊接问题上，我们也出了很多问题。

首先，你必须知道那个电路版哪几条线是通的，这样对布线和摆放都有好处。

再者，焊接的时候，注意焊锡焊接的逻辑对不对，这里我们犯了很多错误，比方说2个触点本来是不连的，但是不小心就会焊接起来，花了我们很多时间找错误。

最后一定要仔细地检查一翻焊点，导线以及芯片的管脚的连线，这一点是相当重要的！

有了这次难忘的经历，我觉得自己充实了许多，学到了很多东西，更重要的是我们学会了如何协同合作，学会了遇到问题应该如何解决。

这将在我们以后的学习和工作中起着重要的作用。

实际电路图

具体分工

1.根据整个设计的安排和所选择的设计项目具体分工如下：

1.根据原理图制定不同的设计方案，最后综合选择最合理的方案来完成整个设计。

每个人查阅相关资料并提供一个设计方案。

2.根据所选择的最佳设计方案进行仿真，王负责显示电路，电源电路的仿真;邓负责D/A转换电路，功率放大电路的仿真；最后进行综合调试。

购买相关芯片及其元器件，进行实际电路的焊接。

两个人分别负责各自仿真的部分电路焊接，最后综合调试并共同完成报告的撰写。

参考文献

[1]唐竞新.数字电子电路[M].第1版.北京：

清华大学出版社，2003

[2]康华光.电子技术基础[M].数字部分.第4版.北京：

高等教育出版社,1998

[3]电子工程手册编委会等.中外集成电路简明速查手册[M]---TTL,CMOS.北京电子工业出版社,1991

[4]杨长春.论数字技术[J].《电子报》合订本.成都：

四川科学技术出版社，2002.12

[5]《全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选》北京理工大学出版社

[6]《电路与电子技术实验教程》中国计量学院出版社

[7]《电子电路实验及仿真》清华大学北方交通大学出版社

[8]《数字电子技术基础分册》中国计量学院出版社

[9]《系统设计》华中科技大学出版社

元器件清单