电子课程设计 数显可调稳压恒流源

1数显可调稳压恒流源设计简易数控直流稳压电源设计与仿真摘要本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数码管显示，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A转换器，译码显示等电路，具有控制精度高制作比较容易等优点。关键词稳压电源；数控；数模转换；可逆计数第1章绪论随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳2定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，可用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计，没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A转换器，译码显示等电路；具有控制精度高，制作比较容易等优点。第2章电路设计2.1电路设计方案本文介绍的简易数控直流稳压电源共有六部分组成，其中输出电压的调节是通过“+”和“-”两个按键来操作的；步进电压精确到0.1V去控制可逆计数器分别作加，减计数；可逆计数器的二进制数字输出分两路运行，一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路）；数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电压。由于题目是数控稳压电源，并且有精确的步进值，因而不适合采用普通的串并联方式的线性稳压电源。且由于电路结构简单，集成度高，可以很容易的实现精确的递增和递减的功能控制。随着数字器件的发展，构造一个精确的可逆计数器很容易实现。由于所要完成的逻辑功能并不复杂，因而没有采用单片机。可逆计数器的输出是依次递增或递减的数字量，经过D/A转换后变成模拟电压值。由于电压的数值可以把输出的模拟电压经过A/D转换再显示，也可以直接把D/A转换前的数字量直接经译码显示。在前一种方法中，由于要用到复杂的A/D转换及其控制电路，其精确度难以保证从而增加设计难度;在后一种方法中驱动数码管的信号直接由可逆计数器而来，所以不存在A/D转换间的误差问题，所以采用后一种方法。其原理方框图和总体控制电路图如下图所示：图1简易数控直流稳压电源电路原理方框图2.2单元电路设计2.2.1“+”,“-”键控制的可逆计数器的设计AC200V稳压电源可逆计数器D/A转换部分+15V-15V+5V12--18V数字显示部分调整输出“+””-”按键3工作原理：此部分电路主要用两个按钮开关作为输出电压增和减的调整键，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芯片级联而成。由于要求输出电压从0V到9.9V可以调节，所以级联的两个74LS192计数器总计数范围从00000000到10011001（即0～99）。而74LS192芯片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。元件选择：计数器部分采用的是十进制双时钟可预置数异步复位十进制（BCD码）可逆计数器74LS192芯片。与它功能相同的还有其他芯片，比较容易找到。这里采用TTL逻辑电路而不采用CMOS数字电路的原因是TTL逻辑电路的输入阻抗低，具用良好的抗外界电磁干扰能力，而CMOS数字电路的输入阻抗极高，很容易被外界电磁场所干扰而误动作，这也是电子技术基础“数字部分”近30年来一直在讲TTL逻辑电路路而很少讲CMOS电路的原因。2.2.2数字显示电路的设计工作原理：在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的显示出来。一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。其中的数码的显示方式一般有三种：第一种是字型重叠式；第二种是分段式；第三种是点阵式。目前以分段式应用最为普遍，主要器件是七段发光二极管（LED）显示器。它可分为两种，一是共阳极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上），另一是共阴极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上，使用时公共点接地）。由于前一级电路采用两级可逆计数器，且其输出仅代表电压值代码而不是代表具体电压，故而不用考虑与D/A转换间存在的结合问题；而直接去显示，所以电压显示非常方便，直接采用两块74LS48芯片驱动显示。元件选择：与74LS48芯片功能相同的还有74LS47芯片。它的引脚排列与74LS48的引脚排列一模一样，两者的功能也差不多。使用时要注意：74LS47芯片是用来驱动共阳极显示器的，74LS48芯片是用来驱动共阴极的；74LS48芯片内部有升压电阻，使用时可以直接与显示器相连，而74LS47为集电极开路输出，使用时要外接电阻。在使用时应注意：74LS48芯片在使用可直接驱动共阴极的LED数码管而不需外接限流电阻。2.2.3D/A转换电路设计工作原理：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。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输出的模拟量经过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900欧姆和100欧姆的电阻相并联分流实现。运放将其转4换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用的是低噪声的NE5534芯片。2.2.4调整输出电路设计工作原理：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。调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。数控电源各部分工作所需的±15V和+5V电源由固定集成稳压器7815，7915，和7805提供，调整管所需输入电压，经简单整流，滤波即可得到.元件选择：达林顿管就是将两个三极管接在一起，极性和第一只三极管的极性保持一致。2.2.5稳压电源电路设计工作原理：在达到基本性能指标的前提下，为了更好的体现人性化的思想，同时采用低成本的通用电子元器件来设计制作电路。在这当中，电路应该是简单可靠稳定的，当然，最重要的是它有实用价值，容易在人民日常生活中实现。由于对纹波没有提出很大的要求，所以我们的电路采用常用的三端集成稳压器（78××和79××两大系列）作稳压元件，就可以可满足电路要求。第3章电路仿真与调试3.1电路仿真打开仿真软件Proteus，绘制控制电路图如下图所示：D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U174LS192A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS248VREF8GND3VCC20CS1WR12DI34DI25DI16DI07RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE(BY1/BY2)19U3DAC0832VREF8GND3VCC20CS1WR12DI34DI25DI16DI07RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE(BY1/BY2)19U4DAC0832D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U574LS192A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U674LS24832746185U7NE553432746185U8NE5534R10.1kR20.9kR34.7kR60.2kRF0.5kQ13DD15DQ23DD15DC11000uVCCVCC+15V-15V+15V-15VD1小数点+88.8Volts+18VRV10.5kRV310kRV20.5k实验电压+18V输出显示（数字万用表）调整输出部分可逆记数部分数码显示部分D/A转换部分5图2仿真前的控制电路图下图所示的是仿真后的结果：D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U174LS192A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS248VREF8GND3VCC20CS1WR12DI34DI25DI16DI07RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE(BY1/BY2)19U3DAC0832VREF8GND3VCC20CS1WR12DI34DI25DI16DI07RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE(BY1/BY2)19U4DAC0832D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U574LS192A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U674LS24832746185U7NE553432746185U8NE5534R10.1kR20.9kR34.7kR60.2kRF0.5kQ13DD15DQ23DD15DC11000uVCCVCC+15V-15V+15V-15VD1小数点Volts0.00+18VRV10.5kRV310kRV20.5k实验电压+18V输出显示（数字万用表）调整输出部分可逆记数部分数码显示部分D/A转换部分图3仿真后的控制电路图3.2电路调试电路的调试采用分模块的调试方式。即按照原理方框图一一进行调试，然后再通调。由于数字电路部分只要设计和接线正确，一般不会出现问题；所以调试主要集中在模拟电路部分。第4章结论本文介绍的数控直流稳压电源输出的电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进电压值）前提下，只要增加计数器的级联数和相应D/A转换器的个数，扩大数显指示范围，配合选用高电压输出运放，就能轻易地满足要求。当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电源，对D/A转换器及调整输出电路稍作改动即可达到目的。另外，当电路输出为0时，按下“-”健，数码显示为9.9V;当电路输出为9.9V时，按下“+”健，数码显示0V,由于时间关系，这个问题期待在今后的学习中加以解决，使整个电路更加完善。在本次设计过程中,对输出电压的纹波没有提出严格要求,所以常用的稳压集成电路就可以满足电路设计的要求。在电路中采用了模拟器件和数字器件，所以需要+5V、和±15V电源供电。参考文献【1】彭介华.电子技术课程设计指导.第1版.北京.清华大学出版社.2003【2】康华光电子技术基础.模拟部分第4版.北京高等教育出版社.1998【3】]阎石数字电子技术基础[M].第四版.北京高等教育出版社.1998.126【4】姚福安电子电路设计与实践.第一版.山东.科学技术出版社.2005.2【5】全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编.北京.北京理工大学出版社2004.8