數(shù)控直流穩(wěn)壓電源課程設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 XXXXX 大學電子課程設計報告題目：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源系 名 專 業(yè) 年 級 姓 名 指導教師 xxxx年x月xx日目 錄1 課程設計的目的32 課程設計題目的描述和要求33 課程設計報告內(nèi)容3 3.1 總體設計方案及總體方框圖3 3.2 單元電路設計及工作原理4 3.3 元件型號及參數(shù)9 3.4 元件清單13 3.5 系統(tǒng)總體電路圖13 3.6 系統(tǒng)的調(diào)試步驟及方法15 3.7 測試結(jié)果15 3.8 調(diào)試過程中的問題及解決辦法16 4 總結(jié)16 參考書目171. 課程設計目的 能夠掌握并實際運用課本知識。能夠利用所學的電子技術(shù)知識正確分析并設計電路，將適當芯片運用

2、到實際電路中，將課本知識轉(zhuǎn)化為實際能力。2.課程設計題目的描述和要求設計一個可以通過數(shù)字量輸入來控制輸出電壓大小的直流穩(wěn)壓電源。其具體指標如下：1輸出電壓范圍為09V，紋波電壓小于10mV。2輸出電流為500mA。3輸出直流電壓能步進調(diào)節(jié)，由“+”、“-”兩鍵控制電壓步進增和減，步進值為1V。4輸出電壓由數(shù)碼管顯示。5包括設計系統(tǒng)工作的輔助電源。3.課程設計報告內(nèi)容3.1 總體設計方案及總體方框圖根據(jù)設計任務要求，數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如下圖所示。主要包括三大部分：數(shù)字控制部分、D/A變換器及可調(diào)穩(wěn)壓電源。數(shù)字控制部分用“+”、“-”按鍵控制一可逆二進制計數(shù)器，二進制計數(shù)器的輸出輸入到

3、D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應的電壓，此電壓經(jīng)過放大到合適的電壓值后，去控制穩(wěn)壓電源的輸出，使穩(wěn)壓電源的輸出電壓以1V的步進值增或減。 3.2 單元電路設計及工作原理3.2.1 數(shù)字控制電路數(shù)字控制電路的核心是一個可逆二進制計數(shù)器，可采用同步、可預置、雙時鐘可逆計數(shù)器74LS192來完成。為了消除按鍵的抖動，避免輸出的誤動作，分別 在 “+”、“-” 按鍵和計數(shù)器之間加入一個74LS123單穩(wěn)觸發(fā)器每按鍵一次時產(chǎn)生一個100mS左右的單脈沖，可控制計數(shù)器在00001001之間計數(shù)，從而控制輸出電壓的變化。3.2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路D/A轉(zhuǎn)換電路是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。在此可采用權(quán)電阻網(wǎng)

4、絡D/A轉(zhuǎn)換電路和電壓可上下偏移的反相器構(gòu)成。運算放大器可采用LM324集成四運算放大器來完成。該電路的輸入信號接四位二進制計數(shù)器的輸出端，設計數(shù)器輸出高電平為UH+5V，輸出低電平UL0V。則輸出電壓表達式為: Uo1=-RfUH/8R·D0+UH/4R·D1+UH/2R·D2+UH/R·D3 =-RfUH/23R23D3+22D2+21D1+20D0設Uo2=-Uo1(UIN).當D3D2D1D0(Q3Q2Q1Q0)=1001時,要求UIN=10V，即： 9=RfUH/23R×9當UH=5V時，Rf=1.6R.取R=10K,Rf由 10K電

5、阻和電阻10K電位器串聯(lián)組成。3.2.3 可調(diào)穩(wěn)壓電路可調(diào)穩(wěn)壓電路是由集成穩(wěn)壓電路LM7805和運算放大器構(gòu)成。為了滿足穩(wěn)壓電源最大輸出電流500mA的要求，可調(diào)穩(wěn)壓電路選用三端集成穩(wěn)壓器CW7805，該穩(wěn)壓器的最大輸出電流可達 1.5A，穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、紋波大小等性能指標均能滿足設計要求。要使穩(wěn)壓電源能在09V之間調(diào)節(jié)，可采用下圖所示電路。 設運算放大器為理想器件，所以UNUP。又因為： UP=（R2/R1+R2）UIN，UN=U0-（R3/R3+R4）×5 所以，輸出電壓滿足關(guān)系式 U0=UNI·（R2·/R1+R2）+（R3/R3+R4）×5

6、令R1=R4=0，R2=R3=1K。則U0=UIN+5。 由此可見，U0與Uin之間成線性關(guān)系，當UIN變化時，輸出電壓也相應改變。若要求輸出電壓步進增或減，UIN步進增或減即可。 3.2.4 譯碼顯示電路譯碼器的作用是將計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果進行二-十進制譯碼，并驅(qū)動數(shù)碼管用十進制符號顯示出來。譯碼器采用BCD輸入的4線-7段鎖存譯碼器CC4511，顯示器用七段共陰極半導體顯示器SM4205，譯碼器和顯示器之間應接限流電阻，防止電流過大燒壞數(shù)碼管。 3.2.5 輸入直流電源產(chǎn)生電路（整流濾波電路）首先確定整流電路結(jié)構(gòu)為橋式電路；濾波選用電容濾波。電路如下圖所示。 仿真電路圖：電路的輸出電壓UI應滿

7、足下式：UUomax+（UI-UO）min+UI 式中，Uomax為穩(wěn)壓電源輸出最大值；（UI-UO）min為集成穩(wěn)壓器輸入輸出最小電壓差；URIP為濾波器輸出電壓的紋波電壓值（一般取UO、（UI-UO）min之和的確良10%）；UI為電網(wǎng)波動引起的輸入電壓的變化（一般取UO、（UI-UO）min、URIP之和的10%）。對于集成三端穩(wěn)壓器，當（UI-UO）min=210V時，具有較好的穩(wěn)壓特性。故濾波器輸出電壓值：UI15+3+1.8+1.9822(V),取UI=22V.根據(jù)UI可確定變壓器次級電壓 U2。U2=UI/1.11.2(20V)在橋式整流電路中，變壓器，變壓器次級電流與濾波器輸出

8、電流的關(guān)系為：2=(1.52)II(1.52)IO=1.5×0.5=0.75(A).取變壓器的效率0.8,則變壓器的容量為 P=U2I2/=20×0.75/0.8=18.75(W) 選擇容量為20W的變壓器。因為流過橋式電路中每只整流三極管的電流為 ID=12Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25(A)Error! No bookmark name given.每只整流二極管承受的最大反向電壓為選用三極管IN4001，其參數(shù)為：ID=1A，URM=100V。可見能滿足要求。一般濾波電容的設計原則是，取其放電時間常數(shù)RLC是其充電周期的確25倍。對于橋

9、式整流電路，濾波電容C的充電周期等于交流周期的一半，即RLC（25）T/2=25/2f,由于2f,故RLC(25),取RLC3則C=3/RL其中RL=UI/II，所以濾波電容容量為C3II/2fUI(3×0.5)/ 2×50×220.681×103(F)取C=1000µF。電容耐壓值應考慮電網(wǎng)電壓最高、負載電流最小時的情況。UCmax=1.1×U2max=1.1××2031.1(V)綜合考慮波電容可選擇C=1000µF，50V的電解電容。另外為了濾除高頻干擾和改善電源的動態(tài)特性，一般在濾波電容兩端并聯(lián)一個

10、0.010.1µF的高頻瓷片電容。3.2.6 輔助電源電路設計一個滿足系統(tǒng)工作直流電源電路，提供芯片工作電壓。3.3 元件型號及參數(shù)74LS192主要電特性的典型值型號fcPd74LS19232MHZ95MW74LS192的清除端是異步的。當清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPd、CPu）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74LS192 的預置是異步的。當置入控制端（TL）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（QOQ3）即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（POP3）相一致的狀態(tài)。74LS192的計數(shù)是同步的，靠CPd、CPu同時加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPd、CPu上升沿作用下QOQ3同

11、時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPd或CPu，此時另一個時鐘應為高電平。當計數(shù)上溢出時，進位輸出端（TCU）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPu低電平部分的低電平脈沖；當計數(shù)下溢出時，錯位輸出端（TCD）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPd低電平部分的低電平脈沖。 當把了Cd和了Cu分別連接后一級的CPd、CPu，即可進行級聯(lián)。邏輯圖如圖所示。 74LS192邏輯圖引出端符號見表所示。74LS192引出端符號D錯位輸出端（低電平有效）U進位輸出端（低電平有效）CPd減計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效）CPu加計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效）MR異步清除端P0P

12、3并行數(shù)據(jù)輸入端異步并行置入控制端（低電平有效）7805 系列為3端正穩(wěn)壓電路,TO-220 封裝，能提供多 種固定的輸出電壓，應用范圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保 護電路。帶散熱片時，輸出電流可達 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。 LM324中文資料,LM324應用電路圖,引腳圖（管腳） LM324系列運算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪?，電壓范圍是3.0V-32V或 16V. LM324的特點： 1.短跑保護輸出 2.真差動輸入級 3.可單電源工作：3V-32V 4.低偏置電流：最大100nA（LM324A） 5.每封裝含四個

13、運算放大器。 6.具有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋?7.共模范圍擴展到負電源 8.行業(yè)標準的引腳排列 9.輸入端具有靜電保護功能 LM324引腳圖（管腳圖） SN74123 雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（有清除端）SN74123引腳圖（管腳圖）：引出端符號： CEXT1、CEXT2 外接電容端 Q1、Q2 正脈沖輸出端 /Q1、/Q2 負脈沖輸出端 /CLR1、/CLR2 直接清除端（低電平有效） A1、A2 負觸發(fā)輸入端 B1、B2 正觸發(fā)輸入端3.4 元件清單相關(guān)芯片、元器件主要用途數(shù)量74LS192 十進制可逆加減計數(shù)器1SN74123雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1LM324運算放大器1CW7805穩(wěn)壓輸出11

14、N4001構(gòu)成電橋, 實現(xiàn)交流變直流4100K電位器調(diào)節(jié)輸出電壓110K電位器調(diào)節(jié)輸出電壓1按鍵 實現(xiàn)加減計數(shù)2 降壓變壓器220v20v降壓 1數(shù)碼顯示管顯示電壓值 1電阻、電容降壓、分壓，濾波等等電 阻：1k 3個 10K 8 個9.1K 1 個16K 1個20k 1 個39k 1個82k 1個電容：0.1uf 3個1mf 1個3.5 系統(tǒng)總體電路圖3.6 系統(tǒng)的調(diào)試步驟及方法1輔助電源的安裝調(diào)試在安裝元件之前，尤其要注意電容元件的極性，注意三端穩(wěn)壓器的各端子的功能及電路的連接。檢查正確無誤后，加入交流電源，測量各輸出端直流電壓值。2單脈沖及計數(shù)器調(diào)試加入5V電源，用萬用表測量計數(shù)器輸出端

15、子，分別按動“+”鍵和“-”鍵，觀察計數(shù)器的狀態(tài)變化。3D/A變換器電路調(diào)試、 將計數(shù)器的輸出端Q3Q0分別接到D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端D3D0，將電 壓表一端接LM324的1腳，按動開把數(shù)碼管顯示器上調(diào)到09，調(diào)節(jié)10k的 滑動變阻器，使電壓表顯示0 -9v, 同理，將電壓表接到LM324的7腳，調(diào) 節(jié)100k的滑動變阻器，使電壓表顯示-5v4v ，4可調(diào)穩(wěn) 壓電源部分調(diào)試 將電路 聯(lián)接好，將電壓表接到輸 出端，調(diào)節(jié)100k的滑動變阻器，使電壓表顯示0v 9v。 將上 述 各部分電路調(diào)節(jié)器試好后，將整個系統(tǒng)連接起來進行通調(diào)。 3.7 測試結(jié)果 數(shù)碼顯 示 D/A轉(zhuǎn)換電壓反相器輸出電壓輸出電壓

16、0 -0. 725-4.3470.7741 - 1.681-3.3801.7272 -2.799-2.2542.8413 -3.755-1.2893.7914 -4.141-0.8964.1665 -5.0920.0635.0996 -6.2131.1916.6247 -7.1732.1617.1908 -8.0493.0448.025 9 -9.0034.009 8.9693.8 調(diào)試過 程中的問題及解決方法 （1）在 連接電路的過程中，經(jīng)常會忘記將芯片供給工作電壓，使芯片不能正常工作，導致電路不正常，將芯片通電后電路恢復正常。 （2）芯片74LS192與LM324之間將連接的電阻10k和9

17、.1k進行比較，最后使用9.1k時電路輸出電壓相對更為精確。（3）調(diào)試輸出電壓時，輸出結(jié)果偏差較大，最終調(diào)解可變電阻，使輸出電壓在4V-9V時相對較準確。（4）在實驗連接線路過程中，導線要盡量少，盡量短，這樣在檢查電路時比較方便，易于尋找錯誤。4.總結(jié)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之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是一個很好的例子，但人們對它的要求也越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的、更方便的設施就需要從電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展。數(shù)控直流穩(wěn)壓電源操作方便，電壓穩(wěn)定度高，其輸出電壓大小采用數(shù)字顯示，便于觀察選擇

18、。該數(shù)控直流穩(wěn)壓電源只用到了數(shù)字技術(shù)中的4位十進制可逆計數(shù)器，BCD十進制譯碼器，數(shù)碼管和譯碼器等電路，具有控制簡便，制作比較容易等優(yōu)點。雖然，搭接電路過程不太順利，連接的電路也不是很美觀簡潔，這也是遺憾的地方。然而，通過本次課程設計我明白了書本知識不等于實踐能力，書本知識是基礎，需要靠親手操作運用到實際中才能真正理解和掌握。在實際操作過程中需要統(tǒng)籌規(guī)劃，按步驟按順序完成相應的任務，同時在搭接電路時要仔細認真，確保每一個環(huán)節(jié)的正確才能使整個電路正常工作。此外，要感謝在此前的專業(yè)課學習上老師們的精彩透徹耐心的講解分析。本次課程設計的成功離不開這兩年大學生活的知識積累。該課程設計用到了電路分析基礎、電子線路基礎、數(shù)字邏輯電路等課程中的大量知識，也離不開在以前諸如電工基礎實驗、電子技術(shù)基礎實驗（模擬部分）、數(shù)字邏輯電路實驗等實驗課程中老師對我們動手能力的塑造培養(yǎng)。感謝老師在M