简易数控直流可变稳压电源的设计

课程名称：电子课程设计
课题名称：简易数控直流可变稳压电源的设计
班级：测控技术与仪器 07级2班
小组成员：谯建辉 2007071066
丁滔 2007071084
使用仪器：直流电源，万用表
学校：成都信息工程学院
课程设计时间：2009年11月19日—12月31日
数控直流可变稳压电源的设计
1.内容摘要：数控直流可变稳压电源由输入电路，稳压输出电路和显示电路组成。

输入电路输入的电
压直接由实验室直流电源提供，提供的直流电压经退耦、滤波后直接输入到三端可调式稳
压器的输入端，通过改变三端可调式稳压器的电阻而得到不同的电压输出，在这里选用8通道数字模拟开关改变三端可调式稳压器可调端的电阻。

通过按键计数状态来控制8通道数字模拟开关的开关状态，计数的状态与三端可调式稳压器的输出电压一致，同时将计数状态在数码管上同步显示输出的电压。

2.设计指标：(1)用集成芯片制作一个2～9V 的直流电源。

(2)最大功率要求10W 以上。

(3)电压的调整步进为1V 并有相应的指示。

(4)具有过压、过流保护。

3.方案选择与系统框图：
方案一：
该数控直流可变稳压电源主要由滤波电路，稳压电路和计数显示电路组成。

方案采用LM317组成数字可调直流稳压电压源，采用7805构成固定输出电压源。

LM317是可调式三端稳压器，能够连续输出可调的稳定的直流电压。

它只允许可调正电压，且该稳压器内部含有过流，过热保护电路；LM317通过一个电阻（R ）和一个可变电位器（Rp ）组成电压输出调节电路，它的输入电压Vi= 15V ，输出电压为 V o=1.25（1+Rp/R ），在该方案中，通过8通道数字控制模拟开关4051芯片改变Rp 的值，从而改变输出的电压值。

7805是固定式三端稳压器，当其输入输出的压差达到要求时，其固定输出+5V ，一般要求7805的输入输出的压差在大于2V 的情况下，才能保证正常输出。

8通道数字控制模拟开关4051的开关的选通，通过其使能端与其选通状态代码控制，而其选通状态代码则通过74LS193加/减计数器的计数输出状态控制。

该方案要求在稳定输出步进为1V 的直流电压输出（2—9V ）的同时，将输出电压在数码管上显示。

在这里，选用驱动共阴极数码显示器的BCD 码四位—七段译码器—4511，将4511的译码输入端直接与74LS193计数器的计数状态输出端，将4511的译码输出端通过适当阻值的电阻，再与共阴极数码管相连接，这样就可以初步实现输出电压与显示同步。

系统框图：
方案二：
利用单片机，D/A 转换器，LM324设计数控可变直流稳压电源。

利用单片机编程实现按键中断后输出不同的代码，经D/A 转换，放大后就可得到期望的模拟电压输出，
同时在连接单片机的显示电路中显示电压值。

4.各单元电路设计，参数计算和元器件选择：
选择方案一：
直流电压源输出的直流电压都有一定程度的纹波，可通过电容滤波来减小或消除纹波对后续电路的影响。

简单电容滤波电路：
图中的发光二极管作为指示灯，选用100uF的电解电容C1起平滑输出的作用，选用0.1uF（104）瓷片电容起消除高频干扰作用，即用C1和C2抑制高频干扰。

容量选择：（1）大电容：负载越重，吸收电流的能力越强，大电容需求的容量就越大。

（2）小电容：一般选104即可。

注意：大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，故可在稳压器输入输出端并入小容量瓷片电容来抵消电感效应，消除高频干扰。

稳压电路：
计数显示电路：显示电路是由计数器，译码器及数码管组成的。

计数器用74LS193，译码器用驱动共阴极数码显示器的BCD码四位—七段译码器—4511。

通过按键产生一个下降沿使74LS193计数，同时用74LS193的计数状态输出端来选通4051的各开关，从而达到输出固定电压输出的目的。

74LS193的功能表
清零预置时钟预置数据输入输出
MR PL CU CD P0 P1 P2 P3 QA QB QC QD
1 ×××××××0 0 0 0
0 0 ××D0 D1 D2 D3 D0 D1 D2 D3
0 1 ↓ 1 ××××加计数
0 1 1 ↓××××减计数
4511译码器的特点：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

其功能介绍如下：
BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A、B、C、D、为8421BCD码输入端。

A、B、C、D、E、F、G：为译码输出端，输出为高电平1有效。

5.完整电路图及其工作原理：
数控直流可变稳压电源的工作原理：
直流电压源输出的电压经耦合，滤波后作用到固定式三端稳压器7805和可调式三端稳压器LM317，7805稳定输出的+5V直接为74LS193，74 LS00，译码器4511提供电源电压。

根据公式：Vo=1.25（1+Rp/R），改变连接LM317的1脚上的电阻阻值，就可在其输出端得到不同的电压值。

LM317的1脚上电阻阻值的改变是通过8通道数字控制模拟开关芯片4051实现的。

因为当INH为低电平时，4051的输入端 C B A 的不同状态输入，可选通对应的开关，即可改变LM317的1脚上电阻阻值，从而控制LM317的输出电压值。

4051的输入端 C B A的状态，则通过74LS193(四位二进制加/减计数器)的计数输出状态来控制，即将74LS193的四个计数输出端的低三位分别与4051的输入端 C B A相连接。

同时将74LS193的四个计数输出端与驱动共阴极数码显示器的BCD码四位—七段译码器—4511的四位输入端相连接，通过4511译码后驱动共阴极数码管显示相应的电压值，实现电压输出与显示值同步。

6.组装调试：
组装调试过程中，使用的主要仪器，仪表及工具包括：直流电压源，万用表，烙铁等。

组装时，应注意的方面：检查电路板上的铜线是否存在断线和短路问题，若存在应及时解决，可用焊锡对断线进行修补，如果断线很严重可用搭连导线解决。

在焊接的时候烙铁的温度不要太高，这样于焊接不利。

调试部分：
（1）调试时，要注意各芯片的安装是否正确。

连通电源，输入+12V直流电压，用万用表测量各芯片的电源电压VCC的电压值。

该实验调试中，测得7805的输入输出端电压分别为+8.1V和+4.9V，LM317的输入输出端电压分别为+12V和3.3V。

4051的电源电压VCC为+11.9V，74LS193，74LS00，4511的电源电压均近似为+4.9V。

（2）接下来逐一排查各芯片工作是否正常。

接通电源，数码管显示数字为2，用万用表表笔测量74LS193的计数输出的高低电平的状态（一般电压值小于0.17V左右为低电平，电压值大于2.7V为高电平），经测量74LS193的计数状态输出端QD QC QB QA的电压值分别为0V，0V，4.3V，0V，这与显示值是对应的。

（3）将4051芯片拔出，开通电源，用导线分别代替各开关，调节变阻器，观察LM317的电压输出值的变化。

若输出电压值随变阻器阻值的变化而变化，且用万用表测得4051插槽的各引脚的高低电平状态与原理图上对应的预期的理论值接近，则说明连接4051各管脚的铜线无断线，短线现象。

（4）在调试显示电路中，遇到按下一次按键，数码管上显示多次计数现象和显示计数到9时，再按一次按键则出现消隐，再按键几次后，数码管显示0，1，2，…。

这显然与设计要求不符。

经过仔细排查发现计数到10时，经与非门反馈到计数器置数的管脚之间的铜线存在断路，经用焊锡修补后，计数状态输出值能正常显示2到9。

在数码管显示2到9时，可以用万用表检测74LS193的计数状态输出端对应的二进制代码与数码管显示的数字是否相符。

而对于按下一次按键，在数码管上显示多次计数现象，是由按键产生的脉冲抖动引起的，可以利用电容电压不能突变的特性，对按键进行消抖（可选用10pF 的瓷片电容对按键进行消抖处理）。

当然，要想消除抖动，可以用555定时器实现，实现按键按下一次后只产生一个一定宽度的脉冲，即按下一次按键，只产生一个下降沿作用于计数脉冲输入端。

7.元器件清单：。