简易数控直流电源设计.docx

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简易数控直流电源设计

课程设计任务书

2015—2016学年第二学期

专业：

电子信息工程（电子技术应用方向）学号：

1401020023姓名：

钮豪

课程设计名称：

电子技术课程设计

设计题目：

简易数控直流电源设计

完成期限：

自2016年6月13日至2016年6月26日共2周

一、设计依据

本课题要求利用电子技术知识设计出一定输出电压范围和功能的数控电源。

电路由数字控制部分、D/A转换部分、可调稳压部分组成。

数字控制部分采用“+”“-”按键来分别调整控制输出电压步进增减，信号经过D/A转换后控制调整步进为0.1V，可输出0～+9.9V的稳定直流电压，并采用LED显示输出电压，同时预设一个复位按键来进行复位。

通过本课题的练习，学生的综合知识应用能力、设计能力将有较大提高，对今后从事电子产品的研制、生产、经营维修等打下基础。

二、主要内容及要求

主要内容：

1、要求输出电压范围0～+9.9V、步进0.1V、波纹不大于10mv；输出电流500mA；输出电压值由数码管显示；由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减；同时预设一个复位按键来进行复位；可自制一个稳定直流电源（输出±15V.+5V）。

2、设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；PCB文件生成与打印输出。

3、制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

4、撰写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

设计要求：

1、给出详细的总体设计方案；

2、完成各部分具体功能电路设计，包括“+”、“-”键控制的可逆计数器的设计、D/A转换电路设计、可调输出设计、LED显示电路设计、自制稳压电源设计；

3、仿真、调试验证各部分设计的正确性；

4、整理设计成果，完成设计说明书的撰写。

三、途径和方法

本课题利用电子技术设计一个数控直流电源，可以先查阅相关资料（网上查找或参考相关书籍手册），明确课题的方向和目的，然后学习完成课题所需的理论知识，了解可逆计数器、D/A转换电路、LED显示电路的工作原理；在理解的基础上确定设计电路方案，设计电路，画出原理图及PCB印制版图，最后提交课程设计说明书一份。

四、时间安排

课题讲解：

2小时

阅读资料：

10小时

撰写设计说明书：

12小时

修订设计说明书：

6小时

五、参考文献

[1]乐丽琴.数字电子技术[M].北京：

电子工业出版社，2014.

[2]王毓银.脉冲与数字电路（第三版）[M].北京：

高等教育出版社，1999.

[3]路勇.电子电路实践及仿真（第一版）[M].北京：

清华大学出版社，2004.

[4]岳怡.数字电路与数字电子技术（第一版）[M].西安：

西北工业大学出版社，2001.

[5]刘常澍.数字逻辑电路（第一版）[M].北京：

国防工业出版社，2002.

[6]萧宝瑾.protel99SE操作指导与电路设计实例（第一版）[M].太原：

太原理工大学，2004.

[7]赵学良，张国华.电源电路[M].北京:

电子工业出版社,1995.

[8]张义申，陆坤.电子设计技术[M].西安:

电子科技大学出版.1996.

指导教师（签字）：

教研室主任（签字）：

批准日期：

年月日

简易数控直流电源设计

摘要

电子系统的正常运行离不开稳定的电源，除了在某些特定场合下采用太阳能电池或化学电池作电源外，多数电路的直流电是由电网的交流电转换来的，能长期、连续地工作，给人们生产生活带来了极大的方便。

但是当前的大部分稳压电源输出电压不稳定，给设备造成致命伤害或误动作，影响设备的使用寿命、加速设备的老化。

本文所研究的数控直流电源具有输出电压稳定、工作可靠，范围可调、成本较低等特点。

本课题主要对简易数控直流电源电路的硬件设计进行了详细的描述。

首先，本文概述了数控电源的背景、发展状况及其设计要求。

其次，本文讲述了简易数控电源系统的总体设计方案及其论证。

再次，本文介绍了本课题用到的集成电路的内部结构及外围引脚功能。

最后，本文简述了整流滤波电路、数字控制电路、D/A转换器及稳压调节电路的设计方法，并设计出整体电路。

关键词：

整流滤波电路，数字控制电路，D/A转换器，稳压调节电路

1绪论

1.1课题描述

本课题利用电子技术知识设计出一定输出电压范围和功能的数控电源。

电路由数字控制部分、D/A转换部分、可调稳压部分组成。

数字控制部分采用“+”“-”按键来分别调整控制输出电压步进增减，信号经过D/A转换后控制调整步进为0.1V，可输出0～+9.9V的稳定直流电压，并采用LED显示输出电压，同时预设一个复位按键来进行复位。

1.2基本工作原理及框图

本次所设计的数控直流电源与传统稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压的大小采用数字显示，整个系统包括：

“+”，“-”键控制的可逆计数器的设计，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：

一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入D/A转换电路，D/A转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后禁果跟随器控制调整输出级输出所需的稳定电压。

为实现上述几部分电路的正常工作，需要另制“+15v”“-15v”“+5v”的稳压直流电源。

流程图如图1所示。

“+”“-”键

可逆计数器

D/A转换

调整输出

数显电路

稳压电路

图1基本工作原理框图

2相关芯片

2.174LS192芯片

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。

74LS192引脚排图如图2所示。

图274LS192引脚排图

PU为加计数时钟输入端，

CPD为减计数时钟输入端

LD为预置输入控制端，异步预置

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除

CO为进位输出：

1001状态后负脉冲输出

BO为借位输出：

0000状态后负脉冲输出[1]

2.2DAC0832芯片

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。

与微处理器完全兼容。

这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。

D/A转换器由8位输入锁存器，8位DAC寄存器，8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

DAC0832引脚排列如图3所示。

图3DAC0832引脚排列图

2.374LS48芯片

74LS47为四线七段译码驱动器，内部输出带上了阻把它从计数器传送来的二-十进制码，驱动数码管显示数码。

74LS47引脚排图如图4所示。

图474LS47引脚排列图

3主要电路设计的电路图及原理

3.1“+”、“-”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。

3.1.1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。

[2]“+”、“-”键控制的可逆计数器电路图如图5所示。

图5“+”、“-”键控制的可逆计数器电路图

3.1.2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。

3.2数字显示电路的设计

3.2.1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。

数字显示电路图如图6所示。

图6数字显示电路图

3.2.2元件的选择

与74LS48功能相同的还有74LS247、7CD4511等。

3.3D/A转换电路（数模转换器）的设计

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

图7D/A转换电路图

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。

[3]D/A转换电路图如图7所示。

3.4自制稳压电源

本次设计的数控直流稳压电源需要不少外在的稳压电源提供电压，如D/A转换器，稳压电路和数字控制电路都需要外在的直流电源供电，因此本次设计的辅助电源主要实现+15V，-15V，和+5V以便于对各个部分的电路提供电压。

如D/A转换器所需的V15，数字控制电路所需的+5V和稳压电路所需的V15。

对于辅助电源的设计我主要采用了整流滤波电路和CW7805、CW7815、CW7915集成三端稳压器进行实现。

通过整流滤波电路将交流电转变为稳压直流电，然后通过三端集成稳压器CW7805、CW7815、CW7915获得固定输出电压，进而对D/A转换器，稳压电路和数字控制电路各个部分所需要的固定电压进行定点输送。

[4]自制稳压电源电路图如图8所示。

图8自制稳压电源电路图

3.5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。

数控电源各