畢業(yè)設計--簡易數控直流電源設計

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　設計（論文）題目：簡易數控直流電源</p><p><b>　　任務與要求：</b></p><p><b>　　1. 設計任務</b></p><p>　　設計一個有一定輸出電壓范圍和功能的數控電源。其原理示意圖如圖1.1所示。

2、</p><p>　　圖1.1 電路結構總體框圖</p><p><b>　　2. 設計要求</b></p><p>　　（1）輸出電壓：范圍0～＋9.9V，步進0.1V，紋波不大于10mV；</p><p>　?。?）輸出電流：500mA； </p><p>　?。?）輸出電壓值由數碼管顯

3、示；</p><p>　　（4）由“＋”、“－”、“計數”三鍵控制輸出電壓步進增減；</p><p>　?。?）為實現上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出+5V。</p><p>　　畢業(yè)設計(論文)進度計劃表</p><p>　　本表作評定學生平時成績的依據之一。</p><p><b>　　摘 要&

4、lt;/b></p><p>　　隨著時代的發(fā)展，電子技術已經普及到我們生活，工作，科研，各個領域，本文主要研究設計了一個簡易的數控直流電源，主要完成了如下工作：1、電源由穩(wěn)壓電路設計，它采用了LM317作為基本的穩(wěn)壓電路，還在LM317的基礎上附加了電壓調節(jié)電路、數字電壓顯示電路。2、輸入整流濾波電路設計，主要是根據整流二極管的額定電流為輸出電流平均值3~10倍的規(guī)則設計的。3、數顯部分設計，在數顯部分設

5、計中選擇的是共陽極數碼管和74LS47七段字形譯碼器配合使用的。4、防溢出電路設計，為防止加、減溢出設計中用了與非門來檢查。由于要實現的不是高速電路，所以用最基本的二極管邏輯電路來實現的。5、自制穩(wěn)壓直流電源設計是用電源變壓器、整流器、LM7805構成的。</p><p>　　關鍵詞： 數控電源 橋式整流 集成穩(wěn)壓器 數碼顯示 </p><p><b>　　目 錄&l

6、t;/b></p><p>　　一、設計方案比較與確定·····························

7、3;············1</p><p>　　二、集成穩(wěn)壓器的設計··················

8、3;··························1</p><p>　　2.1 基本設計思路····

9、3;····································&#

10、183;····1</p><p>　　2.2 穩(wěn)壓電路設計··························&#

11、183;···················1</p><p>　　2.2.1 穩(wěn)壓電路設計···········

12、······························1</p><p>　　2.2.2 整流濾波電路的設計&

13、#183;··································4</p>

14、<p>　　三、 數控電路設計·································

15、···············5</p><p>　　3.1 電路元件的選擇················

16、;···························5</p><p>　　3.2 計數電路設計····

17、;····································

18、83;····7</p><p>　　3.3 具有防溢出功能的計數電路設計·························&

19、#183;···9</p><p>　　四、輸出電壓值的數碼管顯示電路設計··························

20、···10</p><p>　　五、 整機工作用穩(wěn)壓直流電源設計···························

21、;·······11</p><p>　　結束語·························

22、;·································12</p><p&g

23、t;　　致謝···································

24、3;························13</p><p>　　參考文獻·······

25、83;····································&

26、#183;···········14</p><p><b>　　簡易數控直流電源</b></p><p>　　一、設計方案比較與確定</p><p>　　根據題目的要求，首先想到利用單片機控制，實現穩(wěn)壓電源的輸出電壓調節(jié)?？梢越涍^單片

27、機通過D/A輸出穩(wěn)壓電源的基準電壓，再通過放大器和輸出電壓調整管輸出可調電壓。但是如果按照這個思路，整個電路會變的很復雜，所以我選擇了應用比較簡單方便的集成穩(wěn)壓器來實現，并在集成穩(wěn)壓器的基礎上附加所需要的數控功能。</p><p>　　二、集成穩(wěn)壓器的設計</p><p>　　2.1. 基本設計思路</p><p>　　實現穩(wěn)壓電源最簡單的方式就是采用集成穩(wěn)壓器。如

28、果是輸出電壓可調或輸出電壓精確控制，則選用輸出電壓可調的集成穩(wěn)壓器，本文選擇了正電壓輸出的LM317和負電壓輸出的LM337。</p><p>　　在以LM317為基本穩(wěn)壓電路的基礎上，附加電壓調節(jié)電路、數字電壓顯示電路和擴展輸出電壓種類電路。</p><p>　　輸出電壓控制部分選用計數器控制繼電器切換輸出電壓檢測電阻的方式，這樣控制電路部分不僅可以大大簡化，而且也避免了單片機工作對穩(wěn)壓

29、電源造成的電磁干擾。</p><p>　　2.2 穩(wěn)壓電路設計</p><p>　　2.2.1 穩(wěn)壓電路設計</p><p>　　本設計選用了輸出電壓可調的通用集成穩(wěn)壓器LM317，LM317的引腳功能及典型應用電路如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 LM317的引腳功能與典型應用電路</p><p>　

30、　LM317 是可調節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍為1 . 2 伏到37 伏時能夠提供超過1 . 5 安的電流。此穩(wěn)壓器非常易于使用，只需要兩個外部電阻來設置輸出電壓。此外還使用內部限流、熱關斷和安全工作區(qū)補償使之基本能防止燒斷保險絲。 LM317 服務于多種應用場合。該器件可以用來制做一種可編程的輸出穩(wěn)壓器，或者，通過在調整點和輸出之間接一個固定電阻，LM317 可用作一種精密穩(wěn)流器。輸出電流超過1 . 5 安輸出在1 . 2 伏

31、和37 伏之間可調節(jié)內部熱過載保護不隨溫度變化的內部短路電流限制輸出晶體管安全工作區(qū)補償對高壓應用孚空工作表面貼裝形式,和標準3引腳晶體管封裝.避免置備多種固定電壓。LM317的主要技術指標件表2.1</p><p>　　表2.1 LM317的主要技術指標</p><p>　　從表2.1中可以看到，LM317完全可以滿足本設計的穩(wěn)壓性能要求。</p><p>　

32、　本設計擬采用LM317構成的步進為0.1V，輸出電壓范圍為0~9.9V的穩(wěn)壓電源部分電路如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 輸出電壓范圍為0~9.9V的穩(wěn)壓電源部分電路</p><p>　　為了實現輸出電壓從0~9.9V以0.1V步進調節(jié)，輸出電壓調節(jié)網絡可以用8組電阻實現，分別是0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V。</p><

33、;p>　　由于三端穩(wěn)壓芯片LM317和LM337的輸出電壓不能從0V起調，依據輸出公式：Uout=1.25×(1+R2/R1)。當集成穩(wěn)壓器的輸出端與調節(jié)端所連接的電阻值選R1=625（對應500/V）時，0.1V、0.2V、0.4V、0.8V、1V、2V、4V、8V的調節(jié)電阻的阻值分別為50、100、200、400、500、1k、2k、4k。</p><p>　　每組電阻兩端并接小型繼電器或微型

34、繼電器K0.1、K0.2、K0.8、K1、K2、K4、K8（要求繼電器的接觸電阻小于1），繼電器的常閉觸點將各輸出電壓檢測電阻短接，也就是說，所以繼電器的電磁線圈均不得電時，輸出電壓為零。隨著不同繼電器電磁線圈的得電，將得到對應的輸出電壓。</p><p>　　例如，需要輸出電壓為2.5V，對應的BCD碼應該為00100101，即整數電壓位應該是0010，繼電器K2得電，將常閉觸點斷開，切換到常開觸點，使1k電阻

35、起作用；小數位電壓應該是0101，繼電器K04和繼電器K01得電，使繼電器K04和繼電器K01將常閉觸點斷開，切換到常開觸點，使200電阻和50電阻起作用。這時的輸出電壓檢測為1250，是輸出端與調整端并接625的兩倍，輸出端對調整端電壓為1.25V，忽略調整端電流（50A<<2mA）對應的輸出電壓檢測電阻1250的電壓為2.5V。穩(wěn)壓電路對輸出電壓檢測電阻的負端電壓為3.75V。由于輸出電壓檢測電阻的負端對GND的電壓為-

36、1.25V，扣除這個-1.25V，輸出電壓為2.5V，其他數值的輸出電壓以此推類，不再贅述。</p><p>　　如果輸出電壓檢測電阻的參考端接GND，LM317的最低輸出電壓則為1.25V（這時LM317的調節(jié)端GND，正常工作狀態(tài)下，輸出端對參考的電壓為1.25V，也就是輸出端電壓對GND的電壓為1.25V），不能滿足試題的0~+9.9V的要求。因此，為了獲得0V的輸出電壓，輸出電壓檢測電路的參考端應接在-1

37、.25V的電壓基準上，以抵消LM317的輸出端與基準端的1.25V的影響。</p><p>　　當整流濾波電容器遠離穩(wěn)壓電路時，需要在靠近穩(wěn)壓電路特別是集成穩(wěn)壓器的地方，在輸入端和GND端接旁路電容器，旁路電容器的電容量取1F，并要求旁路電容器的等效串聯電阻ESR要小,通常選用陶瓷電容器。</p><p>　　2.2.2 整流濾波電路的設計</p><p>　　因

38、為本設計對穩(wěn)壓電源的效率沒有要求，在設計時可以不考慮如何提高效率的問題，因此，在設計時我僅僅考慮了滿足功能這一點。</p><p>　　根據整流二極管的額定電流應為輸出電流平均值的3~10倍的規(guī)則，整流器可以選擇額定電流為3A的1N5400系列整流二極管，為了簡化整流變壓器，可以選用橋式整流電路。</p><p>　　整流濾波電容器如果選擇25V/1000F或25V/47OF可能會使整流輸

39、出紋波電壓變大，并且一定要將整流變壓器的級次電壓選得比較高才能避免穩(wěn)壓電路的輸出電壓塌波。本設計中濾波電容選擇25V/2200F，這樣可以獲得比較低的整流輸出紋波電壓。</p><p>　　整流變壓器容量為30VA，級次輸出電壓約15V。 輸出整流濾波電路如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 輸入整流濾波電路</p><p><b>　　三、數

40、控電路設計</b></p><p>　　采用數字電路實現輸出電壓的控制，基本思路是：采用加、減計數器，通過加減鍵實現加計數或減計數。將計數器的輸出通過開關管驅動繼電器的電磁線圈，通過繼電器的動作實現電壓檢測電阻的轉換，實現輸出電壓的控制。</p><p>　　3.1 電路元件的選擇</p><p>　　計數器應選擇十進制加減計數器，本設計擬選擇74LS1

41、92。采用TTL邏輯電路而不采用CMOS數字的原因是TTL邏輯電路的輸入阻抗低，具有良好的抗外界電磁場干擾能力，而CMOS數字電路的輸入阻抗極高，很容易被外界電磁場所干擾而誤動作。 </p><p>　　采用兩片74LS192級聯構成兩位十進制計數器，實現0.0~0.9V和1.0~9.0V的切換，由兩片74LS192級聯構成兩位十進制計數器電路。低位計數器輸出Q0、Q1、Q2、Q3分別提供0.1V、0.2V、0.

42、4V、0.8V的控制信號；高位計數器輸出Q0、Q1、Q2、Q3分別提供1V、2V、4V、8V的控制信號。采用按鍵作為步進加、步進減的控制按鈕；為了防止按鈕過程中出現振鈴現象，在計數器加計數、減計數時鐘脈沖端與加、減計數按鈕之間接入施密特觸發(fā)器74LS14，可以消除振鈴現象。</p><p>　　74LS192 為可預置的十進制同步加／減計數器，其主要電特性的典型值如表3.1所示。</p><p

43、>　　表3.1 74LS192主要電特性的典型值</p><p>　　74LS192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（QO~Q3）即可預置成與數據輸入端（PO~P3）相一致的狀態(tài)。</p><p>　　74LS192的

44、計數是同步的，靠CPD、CPu同時加在4個觸發(fā)器上而實現。在CPD、CPu上升沿作用下QO~Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。當進行加計數或減計數時可分別利用CPD或CPu，此時另一個時鐘應為高電平。當計數上溢出時，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。</p><p

45、>　　當把了CD和了Cu分別連接后一級的CPD、CPu，即可進行級聯。邏輯圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 74LS192邏輯圖</p><p>　　引出端符號見表3.2所示。</p><p>　　表3.2 74LS192引出端符號</p><p>　　3.2 計數電路設計</p><p>

46、;　　采用兩個74LS192級聯構成的兩位十進制計數器電路如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 采用兩個74LS192級聯構成的兩位十進制計數器電路</p><p>　　圖3.2中1V以下計數器74LS192的時鐘可以由“+”、“-”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減，1V以上計數器74LS192的加、減計數時鐘則由低位的進、借位輸出提供，上圖中左邊的集成電路選用了74LS14有施密

47、特觸發(fā)器，其主要電特性的典型值如表3.3。</p><p>　　表3.3主要電特性的典型值</p><p>　　為了防止加、減計數的溢出，需要設置防止加、減計數溢出電路?；舅悸肥且坏┯嫈灯鬏敵鰹?001 1001，應禁止繼續(xù)加計數；同樣，計數器一旦出現0000 0000，應禁止繼續(xù)減計數。按這個思路可以利用“與門”也可以是“與非門”檢測1001 1001和0000 0000。由于要實現的

48、電路不是高速電路，所以選用最基礎的二極管邏輯電路實現，其電路如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3（a）為防止減計數溢出控制電路。當計數器輸出為0000 0000，防止減計數溢出控制電路的全部輸入為0000 0000。經相反器后，在二極管邏輯電路的二極管輸入端為高電位，8個二極管全部“關斷”。為了提高輸出驅動能力，降低對前級的負載效應，二極管邏輯輸出接晶體管射極跟隨器。當跟隨器輸出高電位時，經過反相器轉換

49、為低電位送到減計數器控制邏輯控制的“與非門”，封鎖減計數控制邏輯控制的“與非門”，實現減計數溢出的防止。圖3.3“b”為防止加計數溢出控制電路。當計數器輸出為1001 1001時，防止加計數溢出控制電路的全部輸入為1001 1001。其中0.2、0.4、2、4直接送到二極管邏輯電路的輸入，其余的0.1、0.8、1、8經過反相器后，在二極管邏輯電路二極管輸入端為高電位，8個二極管全部“關斷”。為了提高輸出驅動能力，降低對前級的負載效應，二

50、極管邏輯輸出接晶體管射極跟隨器。當跟隨器輸出高電位時，經過反相器轉換為低電位送到加計數控制邏輯控制的“與非門”，封鎖加計數控制邏輯控制的“與非門”，實現加計數溢出的防止。</p><p>　　（a） （b）</p><p>　　圖3.3 二極管邏輯電路</p><p>　　3.3 具有防溢出功能的計數

51、電路設計</p><p>　　在圖3.4中，僅需要一鍵就可以實現掃描功能，將加、減計數控制按鍵設置在U3、U4上，來獲得加減計數功能，這樣就獲得了具有完整的穩(wěn)壓電源和切換功能的單鍵加、減計數電路，如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 具有完整的穩(wěn)壓電源和切換功能的單鍵加、減計數電路</p><p>　　圖3.4電路中的K0.1、K0.2、K0.4、K0.

52、8、K1、K2、K4、K8分別為繼電器K0.1、K0.2、K0.4、K0.8、K1、K2、K4、K8的電磁線圈?？刂评^電器電磁線圈的晶體管選取9014，所有電阻選擇3.3，并接在繼電器電磁線圈的二極管選取1N4007.電路的電源電壓為5V。</p><p>　　四、輸出電壓值的數碼管顯示電路設計</p><p>　　本設計所選用的是共陽極半導體數碼管，是用發(fā)光二極管（簡稱LED）組成的字形

53、來顯示數字，七個條形發(fā)光二極管排列成七段組合字形，便構成了半導體數碼管。共陽極數碼管需要輸出低電平有效的譯碼器去驅動。</p><p>　　74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用，共陽極接法。</p><p>　　數碼管的連接方式如圖4.1所示，其電路如圖4.2所示</p><p>　　圖4.1 數碼管的連接方式</p>

54、<p>　　圖4.2 數碼管的連接電路</p><p>　　五、整機工作用穩(wěn)壓直流電源設計</p><p>　　輸出電壓為+5V?？梢杂秒娫醋儔浩?、整流器、LM7805構成，其電路如圖5.1所示。</p><p>　　圖 5.1 穩(wěn)壓直流電源</p><p><b>　　結束語</b></p>

55、;<p>　　設計終于完成了，該對設計做個終結的時候了。根據設計題目首先想到利用單片機控制，來實現穩(wěn)壓電源的輸出電壓調節(jié)。如按這個思路，整個電路將變的很復雜。對于我自學過電子技術基礎模擬部分，做起來會很困難。為使設計能順利完成，我將穩(wěn)壓電源和電源都采用了應用及其方便的集成穩(wěn)壓器實現。并在集成穩(wěn)壓器的上增加數控功能。在實際穩(wěn)壓電路設計中，我選用輸出電源可調的通用集成穩(wěn)壓器LM317。輸出整流濾波電路的設計，因為對穩(wěn)壓電源的效

56、率沒有要求，所以在設計時沒有考慮如何提高效率的問題。如果用自動掃描代替人工按鍵，實現輸出電壓變化，實現輸出電壓變化將原有的兩位十進制計數器通過修改成為可循環(huán)計數器，利用邏輯電路控制加、減計數工作方式，僅需要一個按鍵就可以實現掃描功能，這會使我的電路設計更加具有實用性。</p><p>　　在這次設計中我學的了很多東西，如對設計中用到的一些簡捷元器件的應用和數碼管與譯碼器連接顯示方式等。本設計不足之處是穩(wěn)壓電路比較

57、簡單，數字控制電路的實際運行速度非常低；沒有采用單片機電路，使輸出電壓的精度不高；采用繼電器實現8421碼的轉換，因而機械噪聲比較大，故障率也會很高。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　兩年的大學生活一轉眼就要結束了，在這段難忘的生活中，有許多美好的回憶。在這份大學的最后一頁里，我要感謝的人很多，首先要感謝培養(yǎng)我的學校，感謝在這兩年里辛

58、勤教我的老師們，還有感謝我的設計論文指導老師</p><p>　　現在我即將揮別我的學校，老師，同學，還有我大學生活，雖依依不舍，但對明天的路，我充滿信心。</p><p>　　總之，此次論文的寫作過程，我收獲了很多，既為大學生活劃上了一個完美的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。</p><p>　　再次感謝我的大學和所有幫助過我并給我鼓勵的老師，同學和

59、朋友，謝謝你們！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 《全國大學生電子設計競賽訓練教程》 黃智偉主編 2008</p><p>　　[2] 《電子技術基礎》(數字部分) 第四版 康華先 高等教育出版社.</p><p>　　[3] 《 中外集成電路簡明速查手冊》 TTL、CMOS

60、 電路 電子工業(yè)出版社</p><p>　　[4] 《電子技術實驗與課程設計》 畢滿清等 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 《電工技能》 張帆主編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[6] 《穩(wěn)壓電源電路的設計和應用》 何希才主編 中國電力出版社   </p><p>　　[7] 《電子技術課程設計指導》