數(shù)控直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　XXXXX 大學(xué)</b></p><p><b>　　電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題目：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　系 名 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) </p>

2、<p>　　年 級(jí) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　xxxx年x月xx日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

3、　　1 課程設(shè)計(jì)的目的…………………………………………………3</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)題目的描述和要求……………………………………3</p><p>　　3 課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容………………………………………………3</p><p>　　3.1 總體設(shè)計(jì)方案及總體方框圖………………………………3</p><p>　　3.2 單元電路設(shè)計(jì)

4、及工作原理…………………………………4</p><p>　　3.3 元件型號(hào)及參數(shù)……………………………………………9</p><p>　　3.4 元件清單……………………………………………………13</p><p>　　3.5 系統(tǒng)總體電路圖……………………………………………13</p><p>　　3.6 系統(tǒng)的調(diào)試步驟及方法………………

5、……………………15</p><p>　　3.7 測(cè)試結(jié)果……………………………………………………15</p><p>　　3.8 調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題及解決辦法……………………………16</p><p>　　4 總結(jié)………………………………………………………………16</p><p>　　參考書(shū)目……………………………………………………………1

6、7</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　能夠掌握并實(shí)際運(yùn)用課本知識(shí)。能夠利用所學(xué)的電子技術(shù)知識(shí)正確分析并設(shè)計(jì)電路，將適當(dāng)芯片運(yùn)用到實(shí)際電路中，將課本知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際能力。</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目的描述和要求</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)可以通過(guò)數(shù)字量輸入來(lái)控制輸出電壓大小的直

7、流穩(wěn)壓電源。其具體指標(biāo)如下：</p><p>　　1．輸出電壓范圍為0~9V，紋波電壓小于10mV。</p><p>　　2．輸出電流為500mA。</p><p>　　3．輸出直流電壓能步進(jìn)調(diào)節(jié)，由“+”、“-”兩鍵控制電壓步進(jìn)增和減，步進(jìn)值為1V。</p><p>　　4．輸出電壓由數(shù)碼管顯示。</p><p>　

8、　5．包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作的輔助電源。</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容</p><p>　　3.1 總體設(shè)計(jì)方案及總體方框圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如下圖所示。主要包括三大部分：數(shù)字控制部分、D/A變換器及可調(diào)穩(wěn)壓電源。數(shù)字控制部分用“+”、“-”按鍵控制一可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出輸入到D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)

9、D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，此電壓經(jīng)過(guò)放大到合適的電壓值后，去控制穩(wěn)壓電源的輸出，使穩(wěn)壓電源的輸出電壓以1V的步進(jìn)值增或減。</p><p>　　3.2 單元電路設(shè)計(jì)及工作原理</p><p>　　3.2.1 數(shù)字控制電路</p><p>　　數(shù)字控制電路的核心是一個(gè)可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可采用同步、可預(yù)置、雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器74LS192來(lái)完成。為了消除按鍵的抖動(dòng)，避

10、免輸出的誤動(dòng)作，分別 在 “+”、“-” 按鍵和計(jì)數(shù)器之間加入一個(gè)74LS123單穩(wěn)觸發(fā)器每按鍵一次時(shí)產(chǎn)生一個(gè)100mS左右的單脈沖，可控制計(jì)數(shù)器在0000~1001之間計(jì)數(shù)，從而控制輸出電壓的變化。</p><p>　　3.2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換電路是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。在此可采用權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路和電壓可上下偏移的反相器構(gòu)成。運(yùn)算放大器可采用LM

11、324集成四運(yùn)算放大器來(lái)完成。</p><p>　　該電路的輸入信號(hào)接四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端，設(shè)計(jì)數(shù)器輸出高電平為UH≈+5V，輸出低電平UL≈0V。則輸出電壓表達(dá)式為:</p><p>　　Uo1=-Rf〔UH/8R·D0+UH/4R·D1+UH/2R·D2+UH/R·D3〕</p><p>　　=-RfUH/23R〔2

12、3D3+22D2+21D1+20D0〕</p><p>　　設(shè)Uo2=-Uo1(UIN).當(dāng)D3D2D1D0(Q3Q2Q1Q0)=1001時(shí),要求UIN=10V，即：</p><p>　　9=RfUH/23R×9</p><p>　　當(dāng)UH=5V時(shí)，Rf=1.6R.取R=10KΩ,Rf由 10KΩ電阻和電阻10KΩ電位器串聯(lián)組成。</p>&

13、lt;p>　　3.2.3 可調(diào)穩(wěn)壓電路</p><p>　　可調(diào)穩(wěn)壓電路是由集成穩(wěn)壓電路LM7805和運(yùn)算放大器構(gòu)成。為了滿足穩(wěn)壓電源最大輸出電流500mA的要求，可調(diào)穩(wěn)壓電路選用三端集成穩(wěn)壓器CW7805，該穩(wěn)壓器的最大輸出電流可達(dá) 1.5A，穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、紋波大小等性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。要使穩(wěn)壓電源能在0~9V之間調(diào)節(jié)，可采用下圖所示電路。</p><p>　　設(shè)運(yùn)算放

14、大器為理想器件，所以UN≈UP。又因?yàn)椋?lt;/p><p>　　UP=（R2/R1+R2）UIN，UN=U0-（R3/R3+R4）×5 </p><p>　　所以，輸出電壓滿足關(guān)系式</p><p>　　U0=UNI·（R2·/R1+R2）+（R3/R3+R4）×5</p><p>　　令R1=R4=0，

15、R2=R3=1KΩ。則U0=UIN+5。</p><p>　　由此可見(jiàn)，U0與Uin之間成線性關(guān)系，當(dāng)UIN變化時(shí)，輸出電壓也相應(yīng)改變。若要求輸出電壓步進(jìn)增或減，UIN步進(jìn)增或減即可。 </p><p>　　3.2.4 譯碼顯示電路</p><p>　　譯碼器的作用是將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行二-十進(jìn)制譯碼，并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管用十進(jìn)制符號(hào)顯示出來(lái)。譯碼器采用BCD輸入的4線-

16、7段鎖存譯碼器CC4511，顯示器用七段共陰極半導(dǎo)體顯示器SM4205，譯碼器和顯示器之間應(yīng)接限流電阻，防止電流過(guò)大燒壞數(shù)碼管。</p><p>　　3.2.5 輸入直流電源產(chǎn)生電路（整流濾波電路）</p><p>　　首先確定整流電路結(jié)構(gòu)為橋式電路；濾波選用電容濾波。電路如下圖所示。</p><p><b>　　仿真電路圖：</b></

17、p><p>　　電路的輸出電壓UI應(yīng)滿足下式：U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI </p><p>　　式中，Uomax為穩(wěn)壓電源輸出最大值；（UI-UO）min為集成穩(wěn)壓器輸入輸出最小電壓差；URIP為濾波器輸出電壓的紋波電壓值（一般取UO、（UI-UO）min之和的確良10%）；△UI為電網(wǎng)波動(dòng)引起的輸入電壓的變化（一般取UO、（UI-UO）min、URIP之和的10%）。<

18、;/p><p>　　對(duì)于集成三端穩(wěn)壓器，當(dāng)（UI-UO）min=2~10V時(shí)，具有較好的穩(wěn)壓特性。故濾波器輸出電壓值：UI≥15+3+1.8+1.98≥22(V),取UI=22V.根據(jù)UI可確定變壓器次級(jí)電壓 U2。</p><p>　　U2=UI/　1.1～1.2≈(20V)</p><p>　　在橋式整流電路中，變壓器，變壓器次級(jí)電流與濾波器輸出電流的關(guān)系為：Ｉ2=

19、(1.5～2)II≈(1.5～2)IO=1.5×0.5=0.75(A).取變壓器的效率η＝0.8,則變壓器的容量為</p><p>　　P=U2I2/η=20×0.75/0.8=18.75(W)</p><p>　　選擇容量為20W的變壓器。</p><p>　　因?yàn)榱鬟^(guò)橋式電路中每只整流三極管的電流為</p><p>　

20、　ID=1∕2Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25(A)</p><p>　　每只整流二極管承受的最大反向電壓為</p><p>　　選用三極管IN4001，其參數(shù)為：ID=1A，URM=100V。可見(jiàn)能滿足要求。</p><p>　　一般濾波電容的設(shè)計(jì)原則是，取其放電時(shí)間常數(shù)RLC是其充電周期的確2～5倍。對(duì)于橋式整流電路，濾波電容C的充

21、電周期等于交流周期的一半，即</p><p>　　RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f,</p><p>　　由于ω＝2πf,故ωRLC≥(2～5)π,取ωRLC＝3π則</p><p><b>　　C=3π/ωRL</b></p><p>　　其中RL=UI/II，所以濾波電容容量為</p><p

22、>　　C＝3πII/2πfUI＝(3π×0.5)/ 2π×50×22＝0.681×103(μF)</p><p>　　取C=1000µF。電容耐壓值應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓最高、負(fù)載電流最小時(shí)的情況。</p><p>　　UCmax=1.1×U2max=1.1××20≈31.1(V)</p><

23、p>　　綜合考慮波電容可選擇C=1000µF，50V的電解電容。另外為了濾除高頻干擾和改善電源的動(dòng)態(tài)特性，一般在濾波電容兩端并聯(lián)一個(gè)0.01～0.1µF的高頻瓷片電容。</p><p>　　3.2.6 輔助電源電路</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)滿足系統(tǒng)工作直流電源電路，提供芯片工作電壓。</p><p>　　3.3 元件型號(hào)及參數(shù)</

24、p><p>　　74LS192主要電特性的典型值</p><p>　　74LS192的清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPd、CPu）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74LS192 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（TL）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（QO~Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（PO~P3）相一致的狀態(tài)。</p><p>　　74L

25、S192的計(jì)數(shù)是同步的，靠CPd、CPu同時(shí)加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPd、CPu上升沿作用下QO~Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPd或CPu，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TCU）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPu低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端（TCD）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPd低電平部分的低電平脈沖。</p>

26、<p>　　當(dāng)把了Cd和了Cu分別連接后一級(jí)的CPd、CPu，即可進(jìn)行級(jí)聯(lián)。邏輯圖如圖所示。</p><p>　　74LS192邏輯圖</p><p>　　引出端符號(hào)見(jiàn)表所示。</p><p>　　74LS192引出端符號(hào)</p><p>　　7805 系列為3端正穩(wěn)壓電路,TO-220 封裝，能提供多 種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣

27、。內(nèi)含過(guò)流、過(guò)熱和過(guò)載保 護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。</p><p>　　LM324中文資料,LM324應(yīng)用電路圖,引腳圖（管腳） </p><p>　　LM324系列運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪?，電壓范圍是3.0V-32V或 16V. </p><p>

28、;　　LM324的特點(diǎn)： </p><p><b>　　1.短跑保護(hù)輸出 </b></p><p><b>　　2.真差動(dòng)輸入級(jí) </b></p><p>　　3.可單電源工作：3V-32V </p><p>　　4.低偏置電流：最大100nA（LM324A） </p><p&g

29、t;　　5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。 </p><p>　　6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?</p><p>　　7.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 </p><p>　　8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 </p><p>　　9.輸入端具有靜電保護(hù)功能 </p><p>　　LM324引腳圖（管腳圖）</p><p>

30、　　SN74123 雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（有清除端）</p><p>　　SN74123引腳圖（管腳圖）：</p><p>　　引出端符號(hào)： CEXT1、CEXT2 外接電容端 Q1、Q2 正脈沖輸出端 /Q1、/Q2 負(fù)脈沖輸出端 /CLR1、/CLR2 直接清除端（低電平有效） A1、A2 負(fù)觸發(fā)輸入端 B1、B2 正觸發(fā)輸入端</p><p><b&g

31、t;　　3.4 元件清單</b></p><p>　　3.5 系統(tǒng)總體電路圖</p><p>　　3.6 系統(tǒng)的調(diào)試步驟及方法</p><p>　　1．輔助電源的安裝調(diào)試</p><p>　　在安裝元件之前，尤其要注意電容元件的極性，注意三端穩(wěn)壓器的各端子的功能及電路的連接。檢查正確無(wú)誤后，加入交流電源，測(cè)量各輸出端直流電壓值。&

32、lt;/p><p>　　2．單脈沖及計(jì)數(shù)器調(diào)試</p><p>　　加入5V電源，用萬(wàn)用表測(cè)量計(jì)數(shù)器輸出端子，分別按動(dòng)“+”鍵和“-”鍵，觀察計(jì)數(shù)器的狀態(tài)變化。</p><p>　　3．D/A變換器電路調(diào)試、</p><p>　　將計(jì)數(shù)器的輸出端Q3～Q0分別接到D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端D3～D0，將電壓表一端接LM324的1腳，按動(dòng)開(kāi)把數(shù)碼管顯

33、示器上調(diào)到0—9，調(diào)節(jié)10k的滑動(dòng)變阻器，使電壓表顯示0~ -9v, 同理，將電壓表接到LM324的7腳，調(diào)節(jié)100k的滑動(dòng)變阻器，使電壓表顯示-5v~4v ，</p><p>　　4．可調(diào)穩(wěn)壓電源部分調(diào)試</p><p>　　將電路聯(lián)接好，將電壓表接到輸出端，調(diào)節(jié)100k的滑動(dòng)變阻器，使電壓表顯示0v~9v。</p><p>　　將上述各部分電路調(diào)節(jié)器試好后，將

34、整個(gè)系統(tǒng)連接起來(lái)進(jìn)行通調(diào)。</p><p><b>　　3.7 測(cè)試結(jié)果</b></p><p>　　3.8 調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題及解決方法</p><p>　　（1）在連接電路的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)忘記將芯片供給工作電壓，使芯片不能正常工作，導(dǎo)致電路不正常，將芯片通電后電路恢復(fù)正常。</p><p>　?。?）芯片74LS192

35、與LM324之間將連接的電阻10k和9.1k進(jìn)行比較，最后使用9.1k時(shí)電路輸出電壓相對(duì)更為精確。</p><p>　　（3）調(diào)試輸出電壓時(shí)，輸出結(jié)果偏差較大，最終調(diào)解可變電阻，使輸出電壓在4V-9V時(shí)相對(duì)較準(zhǔn)確。</p><p>　　（4）在實(shí)驗(yàn)連接線路過(guò)程中，導(dǎo)線要盡量少，盡量短，這樣在檢查電路時(shí)比較方便，易于尋找錯(cuò)誤。</p><p><b>　　4

36、.總結(jié)</b></p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高，數(shù)字化控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是一個(gè)很好的例子，但人們對(duì)它的要求也越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的、更方便的設(shè)施就需要從電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展。</p><p>　　數(shù)控直流穩(wěn)壓電源操作方便，電壓穩(wěn)定度高，其輸出電壓大小

37、采用數(shù)字顯示，便于觀察選擇。該數(shù)控直流穩(wěn)壓電源只用到了數(shù)字技術(shù)中的4位十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，BCD十進(jìn)制譯碼器，數(shù)碼管和譯碼器等電路，具有控制簡(jiǎn)便，制作比較容易等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　雖然，搭接電路過(guò)程不太順利，連接的電路也不是很美觀簡(jiǎn)潔，這也是遺憾的地方。然而，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我明白了書(shū)本知識(shí)不等于實(shí)踐能力，書(shū)本知識(shí)是基礎(chǔ)，需要靠親手操作運(yùn)用到實(shí)際中才能真正理解和掌握。在實(shí)際操作過(guò)程中需要統(tǒng)籌規(guī)劃，按步驟按順

38、序完成相應(yīng)的任務(wù)，同時(shí)在搭接電路時(shí)要仔細(xì)認(rèn)真，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)的正確才能使整個(gè)電路正常工作。</p><p>　　此外，要感謝在此前的專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)上老師們的精彩透徹耐心的講解分析。本次課程設(shè)計(jì)的成功離不開(kāi)這兩年大學(xué)生活的知識(shí)積累。該課程設(shè)計(jì)用到了電路分析基礎(chǔ)、電子線路基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯電路等課程中的大量知識(shí)，也離不開(kāi)在以前諸如電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（模擬部分）、數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)課程中老師對(duì)我們動(dòng)手能力的塑造

39、培養(yǎng)。感謝老師在Multisim10.0仿真軟件使用方面對(duì)我的輔導(dǎo)，使我能夠成功運(yùn)用仿真軟件做仿真電路。在此，特別感謝xxx老師在這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中給予我的極大幫助，正因?yàn)樗J(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和細(xì)微全面的講解才使我能夠比較順利地完成本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。</p><p><b>　　參考書(shū)目:</b></p><p>　　謝嘉奎，《電子線路線性部分（第四版）》，高等教育出版社

40、，1999.6</p><p>　　李瀚蓀，《電路分析基礎(chǔ)（第4版）》，高等教育出版社，2006.5</p><p>　　劉常澍，《數(shù)字邏輯電路》，高等教育出版社，2008.2</p><p>　　閻石，數(shù)字電子技術(shù)基本教程，清華大學(xué)出版社，2007.8</p><p>　　康光華，《電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第五版）》，高等教育出版社，20