099V數(shù)控直流穩(wěn)壓電源

1、數(shù)控直流穩(wěn)壓電源此為我期末的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)-數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，特此拿出來分享一下，希望能對(duì)有需要的朋友提供一些參考。        由于百度對(duì)于文章長度的限制，不得不將文章分為兩部分，如要看完整的文章，請看下部分。摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)字電路技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研等各個(gè)領(lǐng)域。在此將介紹一種數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，同時(shí)分析了數(shù)字電路和模擬電路相互轉(zhuǎn)換的概念。關(guān)鍵詞：數(shù)控，數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換），可逆計(jì)數(shù)。1、          

2、    引言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)很好的典型例子，但人們對(duì)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、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，智能化方向發(fā)展。本文所介紹的數(shù)控制流穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有可操作性，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，主要用于要求電源精度比較高的設(shè)別，或科研試驗(yàn)用電源，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)化器，譯碼顯示等電路，具有控制精度高，制作比較容易等

3、優(yōu)點(diǎn)。2、              單元電路設(shè)計(jì)此數(shù)控直流穩(wěn)壓電源共有六個(gè)部分，輸出電壓的調(diào)節(jié)時(shí)通過+、-兩鍵操作 ，步進(jìn)電壓精確到0.1V，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)過射極跟隨器控制，調(diào)整輸出級(jí)，輸出穩(wěn)定直流電壓。為了實(shí)現(xiàn)上述幾部分的正常工作，需要另制15V和5V的直流穩(wěn)壓電源，

4、以及一組未經(jīng)穩(wěn)壓的12V17V的直流電壓。此下所講的數(shù)控電源就是對(duì)此組電壓進(jìn)行控制，是輸出09V的穩(wěn)定可調(diào)直流電壓。此原理方框圖如下圖1所示2.1、“+”、“-”鍵控制的可逆計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)此部分電路主要用兩個(gè)按鍵開關(guān)作為電壓調(diào)整鍵，與可逆計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù)CPU時(shí)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/減集成塊74LS192級(jí)聯(lián)而成。74LS192是雙時(shí)鐘，可預(yù)置數(shù)，異步復(fù)位，十進(jìn)制（BCD碼）可逆計(jì)數(shù)器。與之功能相同的還有其他芯片，比較容易找到。、工作原理由于輸出電壓從09.9V可以調(diào)節(jié)，所以74LS192兩計(jì)數(shù)器總計(jì)數(shù)范圍從00000000到10011001（即0

5、99），而74LS192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(jí)聯(lián)就可以達(dá)到目的，此芯片封裝和工作模式如下圖2所示.、PL是低電平有效地預(yù)置數(shù)允許端，PL=0時(shí)，預(yù)置數(shù)輸入端P0P3上的數(shù)據(jù)被置入計(jì)數(shù)器。MR是高電平有效復(fù)位端，MR=1時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位，所有輸出端都為低電平。CPU是加計(jì)數(shù)時(shí)鐘，CPD是減計(jì)數(shù)時(shí)鐘，當(dāng)CPU=CPD=1時(shí)，計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)，不計(jì)數(shù)。當(dāng)CPD=1，CPU由0變?yōu)?時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值加1；當(dāng)CPU=1，CPD由0變?yōu)?時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值減1。TCU是進(jìn)位輸出端，當(dāng)加計(jì)數(shù)器達(dá)到最大計(jì)數(shù)值時(shí)，即達(dá)到9時(shí)，TCU在后半個(gè)時(shí)鐘周期（CPU=0）內(nèi)變成低電平，其他情

6、況均為高電平。TCU是借位輸出端，當(dāng)減計(jì)數(shù)器計(jì)到0時(shí)，TCD在時(shí)鐘的后半個(gè)周期（CPD=0）內(nèi)變成低電平，其他情況均為高電平。為實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)可把第一塊芯片的TCU、TCD分別接后一級(jí)CPU、CPD就可以級(jí)聯(lián)使用，這就達(dá)到了099的計(jì)數(shù)。、元件的選擇74LS192是雙時(shí)鐘，可預(yù)置數(shù)，異步復(fù)位，十進(jìn)制（BCD碼）可逆計(jì)數(shù)器，還可選用54HC192，54HCT192，74HC192和74HCT192等。2.2、數(shù)字顯示電路設(shè)計(jì)、工作原理數(shù)字顯示驅(qū)動(dòng)采用兩塊74LS248，74LS248為四線七段譯碼驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部輸出帶上拉電阻，它把從計(jì)數(shù)器傳來的二十進(jìn)制碼，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)碼。具體功能如下圖3

7、真值表所示。74LS248，七段譯碼器，輸出高電平有效，適合于共陰極接法的七段數(shù)碼管使用A3、A2、A1、A0，為8421BCD碼輸入，a、b、c、d、e、f、g為七段數(shù)碼輸出，LT為試燈輸入信號(hào)，用來檢查數(shù)碼管的好壞，IBR為滅燈輸出信號(hào)，用來動(dòng)態(tài)清零，IB/QBR為滅燈輸出信號(hào)，改端既可以作輸入也可以作輸出，具體工作如上真值表所示。、元件的選擇與74LS248功能相同的還有：74LS247、CD4511等等。2.3、D/A轉(zhuǎn)換電路（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）的設(shè)計(jì)、DAC0832工作原理介紹數(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，這里只是用高4數(shù)字量輸入端。由于DAC08

8、32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輸出模擬經(jīng)9：1分流器分流后于高位DAC輸出模擬量相加后送入運(yùn)放，具體實(shí)現(xiàn)，有900和100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)放采用具體有調(diào)零的低噪聲高速優(yōu)質(zhì)運(yùn)放NE5534.具體封裝圖如下圖4所示。DAC0832芯片主要功能引腳的名稱和作用如下：d7d0：8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端；ILE：輸入鎖存允許，高電平有效；CS：片選信號(hào)，低電平有效；WR1，WR2：寫選通信號(hào)，低電平有效；XFER：轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，低電平有效；Rf：內(nèi)接反饋電阻，Rf=15K；IOUT1，I

9、OUT2：輸出端，其中IOUT1和運(yùn)放反相輸入相連，IOUT2和運(yùn)放同相輸入端相連并接地；Vcc：電源電壓，Vcc的范圍為+5V+15V；Vref：參考電壓，范圍在-10V+10V；GND：接地端。當(dāng)ILE=1，CS=0，WR=0，輸入數(shù)據(jù)d7d0存入8為輸入寄存器中，當(dāng)WR=2，XFER=0，輸入寄存器中所存內(nèi)容進(jìn)入8位DAC寄存器并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。當(dāng)DAC0832外接運(yùn)放A構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路時(shí)，電路輸入量V0和輸入d7d0的關(guān)系式為：、DAC0832芯片的特點(diǎn)DAC0832最具特色是輸入為雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)字信號(hào)在進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換前，需經(jīng)過兩個(gè)獨(dú)立控制的8位鎖存器傳送。其優(yōu)點(diǎn)是D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，

10、DAC寄存器中保留現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，而在輸入寄存器中可送入新的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)容可用一公共的選通信號(hào)選通輸出。由于DAC0832輸出級(jí)沒有加集成運(yùn)放，所以需外加NE5534相配使用。NE5534封裝如下圖5所示。IN-為反相輸入端，IN+為同相輸入端；OUT為輸出端；Balance為平衡輸入端，主要作用是是內(nèi)部電路的差動(dòng)放大器處于平衡狀態(tài)；COMp/Bal的作用為，通過調(diào)節(jié)外接電阻，已達(dá)到改善放大器的性能和輸出電壓；Vcc-和Vcc+為正負(fù)電源提供；2.4、調(diào)整輸出的設(shè)計(jì)調(diào)整輸出級(jí)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

11、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電源有固定集成穩(wěn)壓器7815、1915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，但要求能提供5A的電流。輸出電壓的調(diào)整，主要是運(yùn)用射極輸出器發(fā)射極上所接的4.7K電阻來完成的，此反饋電阻的主要作用是，把輸出電壓反饋到NE5534的輸入級(jí)的反方向輸入端，當(dāng)同相輸入IN+和反相輸入端IN-有差別時(shí)，調(diào)整輸出電壓使之趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。2.5、電路調(diào)試調(diào)節(jié)步驟如下：、輸入數(shù)字00000000，短接Rel、Re、Rf調(diào)運(yùn)放調(diào)零電位器Rw，用數(shù)字萬用表檢測，是輸出電壓Vo=0。、輸入數(shù)字100110

12、01，調(diào)整Rel、Re2、Rf是輸出電壓Vo達(dá)到預(yù)定的滿量程9.9V。、主要技術(shù)指標(biāo)本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控制流電源的電壓輸出范圍為09.9V，步進(jìn)電壓為0.1V，輸出紋波電壓不大于10mv，輸出電流為5A。2.6、改進(jìn)措施本電源輸出電壓大小尚受限制，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(jí)聯(lián)數(shù)和相應(yīng)的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，就能輕松地滿足要求。當(dāng)需要正負(fù)對(duì)稱輸出電壓時(shí)，只要另增一組電源，對(duì)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。2.7、本設(shè)計(jì)總體圖示、控制電路如圖6：、本設(shè)計(jì)主要電源供給電路如圖7：3 、總結(jié)與體會(huì)

13、在本次設(shè)計(jì)過程中，對(duì)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。本設(shè)計(jì)輸出的電壓穩(wěn)壓精度高，可以用在對(duì)直流電壓要求較高的設(shè)別上，或在科研實(shí)驗(yàn)室中當(dāng)做試驗(yàn)電源使用。對(duì)于這次的課程設(shè)計(jì)，我之所以選了數(shù)控直流穩(wěn)壓電源這個(gè)題目，一是因?yàn)榻衲?月份要參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，這個(gè)比賽需要用到電源，而借這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，正好可以學(xué)習(xí)研究一些制作電源的技術(shù)方法。二是因?yàn)槲夷壳罢诖蛩阒谱饕豢钸m合宿舍停電時(shí)使用的多功能供電設(shè)別，這也與這個(gè)課程設(shè)計(jì)有一定得關(guān)聯(lián)，也由此對(duì)我的項(xiàng)目做個(gè)準(zhǔn)備。所以選擇數(shù)控直流穩(wěn)壓電源這個(gè)題目作為課

14、程設(shè)計(jì)，可謂是一箭三雕。在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多問題，給我的感覺感覺很簡單，但實(shí)際上很難 ，看似很簡單的電路，要?jiǎng)邮职阉o設(shè)計(jì)出來，是很難的一件事，主要原因是我沒有經(jīng)常動(dòng)手設(shè)計(jì)過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點(diǎn)，更重要的是我們要學(xué)會(huì)把從書本上學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際的電路聯(lián)系起來，這不論是對(duì)我以后的學(xué)習(xí)就業(yè)還是學(xué)習(xí)來說，都會(huì)有幫助的。我相信，通過這次的課程設(shè)計(jì)，對(duì)我另外的兩個(gè)目的有益處的。同時(shí)，通過本次課程設(shè)計(jì)，鞏固了我的學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識(shí)，也是得我把理論與實(shí)踐從真正意義上結(jié)合起來；考驗(yàn)了我借助互聯(lián)網(wǎng)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和組織材料的綜合能力；從中可以自我檢測，