数控基准电压源实验报告

设计题目数控基准电压源课程名字电子电路课程设计班级B090609学生姓名罗鹏飞学号B09060929指导老师李旭平开课日期2011年8月29日至9月9日目录第一章课程概述············································1.1整机功能要求··········································1.2电气指标···········································1.3结构要求···········································1.4基本电气框图·······································1.5扩展指标··········································1.6设计条件·········································第二章系统设计············································2.1可逆计数器的选择与设计···························2.1.1工作原理······································2.2数字显示电路设计···································2.2.1工作原理······································2.328C64B码制转换的电路设计··························2.3工作原理·······································2.4D\A转换电路（数模转换器）的设计···················2.4.1DAC0832工作原理······························2.4.2DAC0832芯片主要引脚的名称和作用···············2.4.3DAC0832芯片的特点·····························2.5功放输出电路设计·······································2.6整机电路图·········································2.7整机原件清单········································第三章测试与调整·········································3.1显示电路调测·······································3.2电压输出和比例放大电路输出调测····················3.3扩流输出电路调测··································第四章设计小结··········································4.1设计任务完成情况··································4.2问题及改进·········································4.3心的体会··········································附录参考文献第一章课程概述电子电路课程设计是集中性的实践类教学课程，一般分为2周。这门课要求的前期课程有：数字电路、模拟电路、电子电路实验。开设这门课的目的是：让学生巩固和深化前期电子电路类所学课程的理论，进一步提高电子电路的设计和实践能力。1.1整机功能要求数控基准电压源应具有以数字方式控制其输出电压的功能，通过编码开关选择输出的直流电压值，因输出电压精准度高，故可作为基准电压使用。1.2电气指标1、数控基准电压源范围：0~3.3V;2、步进电压步长：0.1V；3、预置电压值用两位数码管显示；4、输出电压值与显示值之间误差小于2%。5、附加指标：输出电流33mA。1.3基本电气框图1.4结构要求数控基准电压源结构要求如上图，其中步进开关用于用户设置输出电压值，数控电源用于产生标准直流电压，显示电路以数字对显示输出电压值。1.5扩展指标数码管显示值取自“电压放大”电路的输出端。1.6设计条件电源电压+—5V第二章系统设计此数控基准电压源主要包括步进控制、电压预置、计数器、显示电路、D/A转换器和功率放大电路。计数器的内容对应于输出电压，该电压通过锁存译码显示电路显示。计数器的输出量送D/A转换器的输入端。D/A转换结果送入功放输出电路。2.1可逆计数器的选择与设计此部分电路主要用两按钮开关作为电压调整键，一个开关与可逆计数器的10号管脚U/D（加减），另一个与15号管脚时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块CD4029级联而成。CD4029是十进制（BCD码）可逆计数器。2.1.1工作原理CD4029四位可预置可逆计数器，1.pe.2.Q33.P34.P05.CARRYIN6.Q07.CARRYOUT8.VSS接地9.B/D10.UP/DOWN11.Q112.P113.P214.Q215.CL16.VDDQ代表输出由Ci与Co来控制，以提供串级使用U/D=1，B/D=0；则为上数十进计数jam是输入步进预置电路如下图2.2数字显示电路设计2.2.1工作原理数字显示驱动采用两块4511芯片，4511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，驱动数码管子显示数码。此芯片管脚与功能所示。4511，七段译码器，输出高电平有效，适合于共阴极接法的七段数码管用A3，A2，A1，A0，为8421BCD码输入，abcdefg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，具体工作如下真值表所示。BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g14说明：叉代表任意输入高低电平均可2.328C64B码制转换的电路设计2.3工作原理用存储器作为十翻二实现较简单，即以十进制BCD码作为寻址，对应二进制码存储并输出即可完成码制转换其中程序是依次写入0、5、10、15到165的十六进制数00-----00H05------05H10-----0AH15-----0FH20------14H25-----19H30-----1EH35------23H40-----28H45-----2DH50------32H55-----37H60------3CH65------41H70------46H75-----4BH80------50H85-------55H90------5AH95------5FH100-----64H105-----69H110-----6EH115----73H120-----78H125-----7DH130-----82H135----87H140------8CH145----91H150-----96H155----9BH160------A0H165-----A5H个人对每5递增的理解是：既然要求步长为0.1V,而对于DAC0832它的变化的最小单位是Vref/2^8,而我Vref取得是+5V，那么这个变化的最小单位约等于0.02V，那么每5个数据写一个代码，就相当于步长变成了0.02*50.1V。2.4D\A转换电路（数模转换器）的设计2.4.1DAC0832工作原理数模转换电路，采用一块DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路，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。2.4.2DAC0832芯片主要引脚的名称和作用DI7~DIO为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。当ILE=1,CS=0,WR=0，输入数据DI7~DIO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。当DAC0832外接运放A构成D/A转换电路时，电路输出量V0和输入DI7~DIO的关系式为:Vo=Vref×Rf(DI7×27+...+DI0×20)/(28×R)2.4.3DAC0832芯片的特点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转换器内可用一公共的选通信号选通输出。由于DAC0832输出端没有加集成运放，所以需外加LT084相配适用。2.5功放输出电路设计TL084引脚功能与LM324一样的。TL084放大倍数比LM324要大些。两者都可以用来做放大，电压比较器等等。整机电路图里用到了三个运放，作用分别如下，第一个运放是把输出的电流信号转变成电压信号，第二个是反向比例放大器，具体放大倍数通过电位器调节，第三个是扩流输出。2.6整机电路图见图纸2.7整机原件清单7400×1CD4029×27448×2C392(数码管)×2DAC0832×1TL084×128C64B×19013×1（D313）按键开关×210K电位器×110uf电容×2，不同阻值的电阻若干第三章测试与调整3.1显示电路调测调整电源电压至5V左右，给面包板上电后，数码管显示结果为0.0，按步进开关每按一下数值逐步增大，再按下增减按键，再按步进开关，数码逐次减小。一下是我测试的所记录的一组数据：0.0V009V0.18V0.27V0.36V0.47V0.56V0.65V0.74V0.82V0.91V1.02V1.12V1.01V0.92V0.81V0.73V0.64V0.55V0.44V0.34V0.23V0.17V0.08V0.0V3.2电压输出和比例放大电路输出调测将双电源，一个电源的负极和另一个电源的正极相连，前者的正极为+5V，后者的负极为—5V接运放的11脚，相连的两个极为地，接好电源以后，将万用表调至电压20V挡，将红表笔接第一个运放的输出，黑表笔接地，观测到电压读数随按键的按动在大约—3.4至0之间变化，当数码管示数大于一定值时，电压表读数基本不变，读数始终为负。当把红表笔接第二个运放的输出时，因为它是一个反向比例放大器，所以观测到电压读数始终为正，电压也在一定的范围变化，具体范围视电位器的调整而定，电位器的阻值决定放大倍数。3.3扩流输出电路调测电源依旧如上连接，把万用表的红表笔从vn孔拔出插入20mA孔，调至电流档，把红表笔接9013三极管的发射极，黑表笔接地，观测到电流读数随按键的变化依次变化，但达到一定范围时也停止变化。第四章设计小结4.1设计任务完成情况1.8月29号，在实验室，半天，老师对我们说明了设计要求和进行了提示，8月29号下午至31号查阅资料、设计电路。2.8月31号上午老师给我们讲述装配方法和调测要求。3.8月31号至9月2号调测成功，所有指标都达成，虽然精度不是很高。4.9月25号验收。5.9月5号下午开始撰写报告。4.2问题及改进问题1：步进开关，犹豫面包板一列是相连的的，所以不可能实现双刀双掷，只能采用单刀双掷，一个开关控制计数脉冲一个控制选择加还是减。问题2：数码管有时候感觉比较热，是由于其中电流过大，可以接个限流电阻保护电路，或者调低电压，但个