简易数控直流电源课程设计

中国计量学院现代科技学院

电子电路课程设计论文

题目：简易数控直流电源

专业电气工程及其自动化

班级

姓名

学号

同组同学姓名

同组同学学号

指导老师

2010年6月8日

任务书

——简易数控直流电源（0.85）

1.基本功能实现：

（1）可输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV。

（2）可输出电流：500mA。

（3）可输出电压值由数码管显示。

（4）由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减。

（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出输出±15v,+5v。

（6）自拟验收方案：对基本功能实现证明。

2.扩展功能与创新：

（1）输出电压可预置在0～9.9v之间的任意一值。

（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化。

（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。

（4）扩展可输出电流：1000mA。

（5）在扩展的基础上增加新的功能。如与其他组雷同则不加分。

（6）自拟验收方案：对展和创新功能的试验证明。

3.设计报告：

（1）开题报告：包括可行性分析，方案比较，方案的确定，系统方框图，经费预算，组内分工，进程安排等。

（2）理论方案书：具体的原理图，逻辑分析，理论计算，电路仿真结果等。

（3）验证方案及验证结果：包括验证方案的原理，采取的措施，实际验证的结果等

（4）设计总结：包括实践中出现的问题，解决方法，心得体会等。

（5）参考资料：包括采用的芯片，电路，参考书等。

起止日期：2010年5月25日至2010年6月8日

指导教师：施阁

开题报告

1．基本功能实现

输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；

输出电流：500mA；

输出电压值和波形由LCD液晶屏显示；

由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；

自制一稳压直流电源，输出±15v,+5v

2.具体实现电路

3.方案设计选择

（1）采用单片机的简易数控直流电源设计方案

采用单片机作为控制器的简易数控直流数控直流电源，设计方案中采用8031单片机完成整个数控个部分的功能。采用8279作为键盘/显示器接口控制器，不仅简化接口引线，而且减小了软件对键盘/显示器的查询时间，提高了8031单片机的利用率。输出部分采用D/A0832及运算放大器OP07输出电压波形与D/A变换输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出。显示部分采用3位半的数字电压表(DVM)直接对输出电压进行采样并显示输出实际电压值，一旦系统工作异常，出现预置值与输出值偏差过大。

（2）采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案

采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案。系统由数字控制部分、D/A变换部分及可调稳压部分三部分组成。除了上述的三大部分之外，还包括一些附加的功能电路，如电压显示、控制、防止误操作、波形发生器电路等。

系统中数字控制部分用+/-按键控制产生可增加或减少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，或自动连续步进（减），或直接变化到某一设定的电压值。

综合上述与自身掌握的知识，选择第二种方案可行性大。

4.采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计

本次所设计的数控直流电源与传统稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压的大小采用数字显示，整个系统包括：“+”,“-”键控制的可逆计数器的设计，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入D/A转换电路，D/A 转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后禁果跟随器控制调整输出级输出所需的稳定电压。为实现上述几部分电路的正常工作，需要另制“+15v”“-15v”“+5v”的稳压直流电源。

5.经费预算

整个设计的经费控制在60元左右。

理论方案

——简易数控直流电源设计

电路简介

系统组成原理分析与设计

本次所设计的数控直流电源与传统稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压的大小采用数字显示，整个系统包括：“+”,“-”键控制的可逆计数器的设计，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入D/A转换电路，D/A 转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后禁果跟随器控制调整输出级输出所需的稳定电压。为实现上述几部分电路的正常工作，需要另制“+15v”“-15v”“+5v”的稳压直流电源。

1.两按钮开关

两按钮开关作为电压调整键与可逆计数器的加计数和减计数输入端相连，可

逆计数器采用两片四位十进制同步加／减计数集成块74ls32级联而成，把第一块的进位和借位输出端分别接到下一组的加计数端和减计数端。两级计数器总计数范围从00000000至10011001（即0-99）。

2.数字显示电路

本电路由两片74LS192及两片74LS48和两个共阳数码管组成。当按下“+”键时，两片74LS192分别控制高位和低位的计数，当低位片由0计到9时，通过74LS47控制低位数码管显示0到9，同时产生一个进位脉冲，输入到高位片的UP端，使高位片进行加一计数，通过74LS48使数码管的显示加1；当按下“-”键时，两片74LS192分别控制高位和低位的计数，当低位片由9计到0时，通过74LS47控制低位数码管显示9到0，同时产生一个进位脉冲，输入到高位片的DOWN端，使高位片进行减一计数，通过74LS47使数码管的显示减1。

3.数模转换电路

数模转换电路采用两块DAC0832集成块，它是一个8位数／模转换器，这里只使用高4位数字量输入端。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DAC，低位DAC输出模拟量经9∶1的分流器分流后与高位DAC输出模拟量相加后送入运放，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用具有调零端的低噪声高速率优质运放NE5532。

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转换器内容可用一公共的选通信号选通输出。

4.调整输出

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。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，但要求能提供1A的电流。输出电压的调整，主要是运用射极输出器发射极上所接的100K电位器来完成的，此反馈电阻的主要作用是，把输出电压反馈到NE5532的输入级的反向输入端，当同相输入IN+和反向输入端IN-有差别是，调整输出电压使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。

5．辅助电源设计

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。现选择±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。这部分电路我们采用将由变压器降压的电压通过桥式整流电路进行全波整流，再用荣抗不同的电容进行滤波，从而输出所需要的电压。

为主电路提供电源的电路如下图所示：

6.电路调试

调节步骤如下：

6.1辅助电源的安装调试

在安装元件之前，尤其要注意电容远见的极性，注意三端稳压器的各端子的功能及电路的连接。另外，因为二极管、电容都是对温度比较灵敏的元件，在焊接时要格外小心。检查正确无误后，加入交流电源，测量各输出端直流电压值。

6.2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，用示波器观察输出稳压电压值的变化情况。当存在误差时，我们通过改变电位器来稳定电压输出。

6.3D/A变换器电路调试

这是一个比较成熟的电路。但是在搭接过程中还是遇到了问题。因为模拟电路箱与数据电路箱之间存在差别，我们始终找不到电路不能正常工作的原因，在发现了原因之后，我们终于看到了预期的效果。DAC0832输出了很稳定的直流电压。通过按钮开关的调节，使得数码管显示的数值为9.9，然后调节对应的电位器，测量两个NE5532第一管脚输出的电压值均为9，调节后观察比较器输入端第五只管脚的电压接近9.9。

6.4主要技术指标

设计数控直流电源的电压输出范围为0~9.9V，步进电压值为0.1V，输出纹波电压不大于10mv，输出电流为1000mA。

7.改进措施

本电源输出电压大小尚受限制，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。不能输出相应的方波或三角波，只要对输出波形进行相应的波形转换，设置不同开关控制来控制不同波形的输出。输出电压没有记忆储存功能，比如长此用到一定的电压，只要设置一个定值后，下次操作就不要在去调节了，有默认值就是所要的电压值，在原来的电路中只要增加寄存器来控制电压的输出。

仿真电路

在整个仿真电路中，使用仿真软件Multisim对于要求的电路进行仿真，其中各个环节的仿真电路如下图所示：

1.自制稳压电源电路：为整个电路提供“+15v”“-15v”“+5v”电压。

2.按键、显示、数模转换、调节等电路。

通过电路仿真，参考设计电路，整个仿真电路可以实现设计要求的基本功能和扩展功能。

3．扩展功能部分：脉冲电路，代替人工按键实现电压输出变化。输出产生约0.5s 的周期，来自动改变电压输出。

4.功率放大电路

课程设计心得体会

过本次课程设计，将书本上以及从其他资料里学到的知识应用于实践，学会了一些电子电路仿真设计能力,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。

通过两个星期的学习与实践，使我对电子工艺的理论有了更深的了解。了解到了焊普通元件与电路元件的技巧和数控直流电源的工作原理等。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。

在操作工程中存在的有一下方面的不足：

1.在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

2.在焊接的时候，没有能够充分利用有限的空间，起初布局很乱，最后从新整理布局才使得版面看起来比较整齐。

3.焊接技术不是很熟练，在检测的时候有出现虚焊或没焊，导致线路不通。

通过本次实习培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最主要的是收获颇丰，具体如下：

1.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程，了解电子产品的焊接、调试与维修方法。

2.熟悉了有关multisim仿真的使用，能够熟练使用普通万用表。

3.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，查阅有关的电子器件图书等。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。另外在这次实验中我们遇到了不少的问题，最终一一解决了遇到的问题。在我们遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息。和队友之间相互讨论，明白了团队合作的重要性。这次的制作也让我们感受到，我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学学习相关知识，联系各方面知识，实现整个系统的正常顺利工作运行。

参考文献

《电路电子技术——模拟电子技术基础》浙江科学技术出版社

《电路电子技术——数字电子技术基础》浙江科学技术出版社

《电路电子实验指导书》中国计量学院自编教材

互联网技术文献

元器件清单

相关芯片、元器件主要用途数量74LS192十进制可逆加减计数器2个

74LS48译码器2个

LM324非门1个

555输出锁存信号1个

MC7815、MC7915、MC7805稳压输出各1个数码显示管显示电压值2个1位（带排针）电桥3n252实现交流变直流1个运算放大器Ne5532放大电压2个100K电位器调节输出电压2个

Dac0832实现D/A转换2个

按键实现加减计数2个降压变压器220v—9v降压1个电阻、电容降压、分压，滤波等等电阻：

1kΩ15个

10KΩ2个

100Ω1个

900Ω1个

电容：

470uf3个

33nf5个

220uf3个

100uf2个

LED

2个（红、绿）

相关芯片介绍

共阴极数码管:

LED显示器是由发光二极管作为为显示字段的数码显示器件，图1为一位LED 显示器的外形和引脚图，其中七只发光二极管(a~g七段)构成字型“8”，另外还有一只发光二极管dp作为小数点。当对应的二极管被点亮时，显示的数值就是需要的值。

数码管外形和引脚：

74LS48：译码器

74LS192：计数器

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。(bcd,二进制)，下面我们介绍74ls192引脚图,74ls192功能表等资料。

◆CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端

◆LD为预置输入控制端，异步预置

◆CR为复位输入端，高电平有效，异步清除

◆CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出

◆BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出

《74ls192引脚图》74ls192功能表：

DAC0832：D/A转换器

DAC0832是一种典型的8位转换器，内部为双缓冲寄存器即输入寄存器和DAC寄存器，WR1/、WR2/、分别为该两寄存器的写信号输出端，ILE为输入锁存使能端，高电平有效，CS/为片选端，XFER/为传输控制端，它和WR2/共同控制DAC寄存器的工作状态。D AC0832有两个接地端AGND（模拟电路接地端）和DGND（数字信号）接地端，一般情况下，这两个地端均并联接地。DAC0832的D/A转换电路为倒T型R-2R电阻网络，故有IO UT1和IOUT2两个电流输出端，根据不同的电路组成，该芯片可以有两种输出模式，一种为电流输出模式，这种模式基准电压加在VREF端，由IOUT1，IOUT2输出的电流经运算放大器相加后输出；另一种为电压输出模式，这种模式基准电压加在IOUT1和IOUT2之间，模拟电压加从VREF端输出。本电路采用后一种模式，其基准电压通过电阻和2.5V稳压管

组成的稳压电路提供，其基准电压为2.5V，最后经过放大器TL082放大到12.5V,作为电路设计的程序设计编码基准电压。由于DAC0832为8位转换器，所以采取把12.5V电压等分256份，得出每0.1V的步进为2.048。即：12.5/256=0.1/ⅹ,ⅹ＝2.048。这样就可以得出DA C0832的Dn的TAB1对应的值。由于采用了2.5V的稳压二极管最为基准电压，所以必须经过放大器放大一定倍数达到12.5V。

DI0~DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2:电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线(+5v~+15v)Vref:基准电压输入线(-10v~+10v)AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.采用ADC0809实现A/D转换。

DAC0832内部框图

NE5532:双集成的运放

极限参数：

参数符号NE5532单位

电源电压Vcc±22V

差分输入电压Vdif±13V

输入电压Vi提供电压V

功耗，T A=25℃PD1100mW

工作温度TOPR0~70℃

LM324：运算放大器

LM324系列运算放大器内含4个独立的高增益、频率补偿的运算放大器，既可接单电源使用(3～30V)，也可接双电源使用(±1.5～±15V)，驱动功耗低。

验收方案

班级：姓名：

指导老师：施阁日期：2010-6-8

功能清单

基本功能实现可输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，

纹波不大于10mV

有可输出电流：500mA有

可输出电压值由数码管显示有

由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进

增减

有为实现上述几部件工作，自制一稳压直流

电源，输出输出±15v,+5v

有

扩展功能与创新输出电压可预置在0~9.9v之间的任意一

值

有

用自动扫描代替人工按键，实现输出电压

变化

有扩展输出电压种类（比如三角波等）无扩展可输出电流：1000mA有