数控稳压电源设计报告.docx
《数控稳压电源设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控稳压电源设计报告.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数控稳压电源设计报告
2007级电子信息工程
模拟、数字电路课程设计报告书
设计题目
简易数控稳压电源
姓名
正中、毕轶
学号
、
学院
物理与电子信息工程学院
专业
电子信息工程
班级
2007级3班
指导教师
胡仲秋
2009年12月19日
一、设计题目及要求
1、设计题目
设计一用按键步进控制输出电压的直流稳压电源。
2、设计要求
（1）基本要求
①输出电压：
0～+9.9V，步进量0.1V；
②输出纹波：
<10mV；
③最大输出电流：
500mA；
④由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减；
数码显示输出电压。
（2）发挥部分
①自制所用直流电源：
±15V，+5V；
②拨码开关预置输出电压；
指导教师签名：
2009年月日
二、指导教师评语
指导教师签名：
2009年月日
三、成绩
验收盖章
2009年月日
1设计任务、要求及方案选择
1.1设计任务
设计出有一定输出电压围和功能的数控电源。
其原理示意图1.如下：
图1.原理方框图
1.2设计要求
1.基本要求
①输出电压：
0～+9.9V，步进量0.1V；
②输出纹波：
<10mV；
③最大输出电流：
500mA；
④由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减；
数码显示输出电压。
2.发挥部分
①自制所用直流电源：
±15V，+5V；
②拨码开关预置输出电压。
1.3设计方案的比较与选定
根据题目要求，提出以下三种设计方案：
1.3.1方案一（如图2所示）
在此方案中，其电路结构简单，能完成所要求功能。
但存在的不足之处是：
D/A转换要求输入二进制数但是显示却要求输入BCD码。
实现这种转换的电路并不是一个简单的电路。
所以虽然这是最容易想到的一种方案。
我们却没有采用。
1.3.2方案二（如图3.所示）
采用以89C55芯片为核心的单片机最小系统作为该系统的控制部分。
其中采样与控制部分采用精度较高的12位A/D、D/A转换器，它不仅能实现步进0.1V的基本要求，而且在对电压采样中，可以得到精度较高电流输出。
此外，控制部分电路还具有键控和显示等附加功能。
由于第二个方案所用的是单片机，设计出产品的精度高能满足大众的要求，但是以我们的现有知识无法完成，故不选择。
图3方案二方框图
1.3.3方案三（如图4.所示）
图4方案三方框图
既然要面对BCD码与二进制码之间的转换问题，此方案中采用了4线—7线74LS248译码器来解决，且避免了单片机的使用，数字部分采用全数字电路实现，电流输出采用集成稳压块功率扩展电路。
综上所述，选用方案三。
1.4电路工作原理
题目是设计一种从0.0~9.9V变化、步长为0.1V的简易数控电源。
设计思想应为：
在达到性能指标的前提下，选用低价格通用元器件设计制作电路。
电路应简单、可靠，具有实用性，容易转变为实用产品。
数控直流稳压电源，主要包括三大部分：
数字控制部分、D/A变换器及可调稳压电源。
整个系统的工作原理简述如下：
数字控制部分用+/-按键控制产生可增加或减BCD码，BCD码输入到D/A变换，变换成相应的电压，此电压通过放大到合适的电平之后加到可调稳压部分，控制输出电压以手动0.1V的电压步进或步减。
2单元电路设计参数计算与元器件选择
2.1数字控制部分
2.1.1单脉冲产生
图5单脉冲产生电路
电路如图5.所示，该电路有“+”、“-”两按键控制计数器数字输出的加/减。
按下“+”或“-”按键，产生的输入脉冲输入到74LS192的CP+或CP-端，以便控制74LS192的输出作加计数还是减计数。
为了消除按键的抖动脉冲，分别在“+”、“-”控制口接入了由双集成单稳态触发器CD4538组成的单脉冲发生器，其引脚图和真值表如下所示，由此可得出：
16脚VDD接电源（5V）；8脚VSS接地；为了能完成所需的功能，3、13脚清零端CD始终接高电平，既电源。
Inputs
Outputs
Clear
A
B
Q
Q
L
X
X
L
H
X
H
X
L
H
X
X
L
L
H
H
L
↓
H
↑
H
H=HighLevel
L=LowLevel
↑=TransitionfrowLowtoHigh
↓=TransitionfrowHightoLow
=OneHighLevelPulse
=OneLowLevelPulse
X=Irrelevant
图6.CD4538真值表
图7CD4538引脚图
查阅资料可得，CD4538的脉冲时间τ=100mS
2.1.2计数部分
电路如图8.所示，两片可预置十进制同步可加/减计数器74LSl92构成2位十进制加法计数器，电路采用串行进位方式级联。
当个位计数器由9复位到0时，其发出一个正脉冲作十位计数器加计数的时钟信号。
使十位计数器加1计数。
74LS192其管脚图如下：
图8.计数部分电路
图9.74LS192引脚图
由图可得：
16脚VCC接电源（5V）；8脚接地；当清除端14（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，所以14脚接地；11脚
为为置入控制端，且低电平有效，所以要有置数功能，两块74LS192的11脚均接地；12脚
为进位输出端，13脚
为错位输出端，进行级联时，把前一级的
和
分别接入后一级的CPU、CPD。
两片74LS192的置入控制端11脚
分别外接上拉电阻R4、R7（取
）和按钮开关，即可通过按钮开关控制来实现预置数功能，当按钮开关按下时，便可实现预置数功能。
两片74LS192的输入端P0~P3分别外接4个上拉电阻，R8=R9=R10=R11=R12=R17=R18=R19=
，并通过普通开关与电源连接。
开关闭合表示输入为“1”，断开为“0”。
2.1.3显示部分
电路如图10.所示，这里采用数码显示输出电压大小，用74LS248为驱动器。
其中，因为74LS47可用来驱动共阳极的发光二极管显示器；而74LS248则用来驱动共阴极的发光二极管显示器。
74LS47为集电极开路输出，使用时要外接电阻，而74LS248的部有升压电阻，可以直接与显示器相连接。
由于电路采用了两级BCD码计数器，而且计数器输出仅仅代表电压值的代码，而不代表具体电压，因此不必考虑与D／A接口的问题。
故直接采用两片74LS248作为静态显示即可。
因为显示器的公共端接高电平，需要接一上拉电阻，故取R8=R12=1K，
而小数点接电源而使其常亮。
图10.显示部分电路
2.2D/A变换部分
图11.D/A变换部分
为了降低成本，使用分立的变形权电阻及运算放大器构成D/A变换。
D/A变换是运放的求和运算。
如图11.所示。
此电路将计数器中的数字信号转变为模拟信号，就是将输入二进制中为1的每一位代码按其权的大小，转换成模拟量，然后将这些模拟量相加，相加的结果就是数字量成正比的模拟量。
由[1]得，令
=0，
其中k=0.1，当U1，U2，U3，U4，U5,U6,U7,U8均为零时，R5,R7,R15,R32,R33,D2,D3,D4,D5构成清零功能，使输出UIN=0。
2.3可调稳压部分
图13.可调稳压部分
为了满足稳压电源最大输出电流500mA的要求，可调稳压电路选用了集成三端稳压块CW7805组成，该稳压器的最大输出电流可达1.5A，稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。
且CW7805原本是输出固定电压5V的集成稳压块，但可以外接电阻来改变输出电压值。
要使稳压电源能在0.0—9.9V之间调节，可采用如图13.所电路。
设运放为理想元件，则有
由此可见，UI与UIN之间成线性关系，当UIN变化时，输出电压也相应改变.若要求输出电压步进增或减，UIN步进增或减即可。
所以，当
结合D/A转换部分和可调稳压电源，可得：
2.4辅助电源部分
图14.辅助电源部分
本部分电路主要提供给稳压调节电路及各部分集成电路（包括运放和数字击集成电路）的供电电源。
要完成D/A转换及可调稳压器的正常工作，运算放大器LM324必须要求正、负双电源供电.先选择±15V供电电源。
数字控制电路要求5V电源，可选择由CW7805集成三端稳压器组成的电源实现。
其中包括变压器降压、桥式整流、电容滤波、三端稳压集成电路稳压环节。
如图9.所示。
滤波电路的输出电压应满足下式:
式中，
—稳压电源输出最大值;
—集成稳压器输入输出最小电压差;
—滤波器输出电压的纹波电压值（一般取
，
之和的10%）;
之和的10%）。
对于集成稳压器，当
=2V~10V时，具有较好的稳压输出特性，故滤波器输出电压值
取
=20V。
根据
可确定变压器次级电压
，
在桥式整流电路中，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：
，
取变压器的效率
，则变压器的容量为
，故选择容量为20W的变压器。
因为流过桥式电路的每只二极管的电流为
每只整流二极管承受的最大反向电压为
，故选用二极管1N4001，其参数为：
ID=1A,URM=100V。
可见能满足要求。
一般滤波电路的设计原则是，取其放电时间常数RLC是其充电时间常数的2~5倍。
对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流电源周期的一半，即
取C1=C2=470uF,同理C5=C6=220uF。
因为C3,C4,C7,C8是为了防止产生自激振荡而用于改善波形的，故一般取用C3=C4=C7=C8=0.1uF。
C9是用于改善负载的瞬态响应的，故选用100uF，耐压值为25V的铝电解电容。
3在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法
3.1辅助电源的安装调试
在安装元件之前，尤其要注意电容元件的极性，注意三端稳压器各端子的功能及电路的连接.检查无误后，加入交流电源，测量各输出端直流电压值。
在实际调试过程中，发现7805的输出端和地端接反，故采取使之旋转90度，交换输出端和低端的方法解决该问题。
3.2单脉冲及计数器调试
加入5V电源，用万用表测量计数器输出端子，分别按动“+”、“-”键，观察计数器的状态变化。
调试过程中能够输出脉冲，工作正常，但发现计数器74LS192的清零端误接为VCC，导致清零端始终清零，无法计数，故将清零端改为接地，从而解决该问题，加减正常，同时预置数也正常。
3.3D/A变换器电路调试
将计数器的输出端分别连接到D/A转换器的数字输入端，在
=0000，
=0000，调节
，
，使运算放大器输出
=0V。
在调试过程中发现R22取值偏小，放大倍数不够，导致无法调零，故在R22端串联一支50K的微调电阻，使之能够正常调零。
另外，由于R24-R31所需为非标电阻，无法满足，之能用标准电阻串并联构成，故使步进值不能精确地达到0.1V。
3.4可调稳压电源部分调试
将电路连接好，在运算放大器同相输入端加入一0-10V的直流电压，观察输出稳压电压值的变化情况。
将上述各部分电路调试好后，将整个系统连接起来进行通调。
3.5调试中发现的其他问题
除上述提到的问题外，在调试过程中，还发现由于焊接工艺较差造成部分焊点虚焊后漏焊，问题发现后，一一解决。
3.6调试中原始数据记录
参数
测试次数
输出电压
（V）
输出纹波
（V）
输出电流（mA）
显示电压
（V）
步进值
（V）
1
2
3
4
5
升级会员 