数控直流稳压电源电源

1 选题背景    2

1．1 指导思想    2

1．2 方案论证    2

1．3基本设计任务    2

1．4 发挥设计任务    3

1．5电路特点    3

2 电路设计    3

2.1 总体方框图    4

2.2 工作原理    5

3 各主要电路及部件工作原理    5

3.1 555单稳态触发电路    5

    3.2置数电路…………………………………………………………………………………..……………………….…6

    3.3输出电压调整电路……………………………………………………………………………………………...6

    3.4稳压电路………………………………………………………………………………………………….….……….6

3.5 NE5532 简要说    7

3.6 DAC0832简要说明    7

3.7 74LS192简要说明    8

4 原理总图    10

5 元器件清单    11

6 调试过程    11

6.1 通电前检查    11

6.2 数电部分调试    11

6.3 模电部分    12

7 小结    12

8 设计体会及今后的改进意见    13

8.1 体会    13

8.2 本方案特点及存在的问题和改进意见    13

参考文献资料    14

正       文

1 选题背景 

数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。无论是在教学环节还是在科技创新竞赛中，数控直流稳压电源经常用于各种电子电路的调试，为我们带来了极大的方便。在电子电路设计及调试中，数控制流稳压电源具有操作性简便，电压稳定度高的特点。并且此设计的制作比较容易，如果自己动手设计、制作，不仅能回顾大量的数模电知识，以后还能在宿舍“足不出户”的调试自己的电路。

1．1指导思想 

根据设计任务要求，数控直流稳压电源主要包括四大部分：数字控制部分、显示部分、数模转换部分及稳压输出部分。首先，通过数字控制部分用“+”、“-”按键控制可逆计数器加减计数，二进制计数器的输出分别输入到显示部分和数模转换部分。显示部分由数码管来显示当前的计数，即要输出的电压值。数模转换部分主要由D/A转换器和运放构成，D/A转换器将输入的数字量以电流的形式转化为模拟量，此模拟量再经运放转化为电压。最后控制稳压部分输出想要的电压。

1．2 方案论证

方案一：此方案用到了大量数模电知识及各种集成芯片。首先“+”、“-”按键为可逆计数器提供加减脉冲，再用数码管做显示部分，显示当前计数（即输出电压的大小）再将计数器连到DAC0832将数字量转化为模拟量，控制功放管的基极来控制电压输出。在此方案中，可通过555单稳态触发器来消除按键抖动使74ls192准确可靠的计数。DAC0832输出的电流信号可经运放转化为电压信号。电路中用到了两片DAC0832，分别输出十位、个位电压，只不过要将个位电压经运放变为原来的0.1倍。再由加法器将十、个位电压相加，最后经稳压电路输出。同时拨码开关可实现计数器任意置数使输出电压从0~9.9V任意可调，从而调节输出电压十分方便。

方案二：此方案可由ATC51单片机作为控制器，单片机的P0口和数模转换器的数据口直接相连并让DA转换器工作在单缓冲方式下。给定合理的基准电压可控制DA转换器的输出，经运放放大及稳压电路可得到所需电压。

综合考虑，我们选择了方案一。因为它囊括了大量数模电知识并且原理简单易懂，同时所设计的电路也符合本次设计的要求。方案二的数字控制部分由单片机实现，简单易行，但需要编程，不符合本次设计的要求。

1．3基本设计任务

设计一个数控直流稳压电源。具体要求如下：  

（1）输出电压：0~9.9V步进可调，调整步距0.1V；

（2） 输出电压值用LED数码管显示； 

（3） 电压调整：由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减； 

1．4 发挥设计任务

输出电压可在0~9.9V范围任意预置。

1．5电路特点

数控直流稳压电源，既有数电的知识，又有模电知识。这个数控稳压电源实际上是用按键让加减计数器变化来控制输出电压的大小。也就是用数电部分的数字量去控制模拟部分的输出。我们用了两片10位加减计数器74ls192,两片数模转换器DAC0832作为数字部分的控制。两片计数器分别于两个模数转换器连接，两片计数器都是从0—9变化，一片作为个位控制，另一片作为十位控制，通过数模转换器后输出为电流信号。通过运放可转换为电压的形式输出。一个运放输出接1K的电阻作为十位，另一个运放接10k的电阻作为个位（即电压变为原来的0.1倍）同时输入到加法器上，这样就转化成了所需要的模拟量，最后通过稳压电路可使电压稳定输出。除此之外，通过拨码开关可实现计数器的任意置数实现输出电压从0~9.9V任意预置，使输出电压更容易调节。

2 电路设计

2.1 总体方框图

图2—1 总体方框图

2.2 工作原理

此数控直流稳压电源共有五个部分，调节输出电压时可通过“+”、“-”两按键键操作 ，步进电压精确到0.1V，控制可逆计数器分别作加、减计数，也可以通过拨码开关的置数实现0~9.9V任意电压的快捷输出。可逆计数器的二进制输出分两路运行：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由稳压电路输出。

3 各主要电路及部件工作原理

3.1  555单稳态触发电路

图3-1 单稳态触发电路

如图，由公式

        T=1.1RC                            （1-1）

 得到单稳态延迟时间为56ms左右，有足够时间消除按键抖动

3.2 置数电路

调整拨码开关的状态可使74LS192异步置数，使输出电压更易调节

3.3 输出电压调整电路

第一片运放U9可将DAC0832输出的电流信号转化为个位电压，第二片运放可将电流信号转化为十位电压。第三片运放U11构成加法器，将个位十位电压相加输出到稳压电路。分别调节与两片运放相连的电位器可调节输出电压的精度。

3.4 稳压电路

图3.4 稳压电路

个、十位电压经加法器后输入此电路，通过控制功放管的基极，在R14两端得到稳定的输出电压。图中晶体管均为NPN大功率三极管。

3.5 NE5532 简要说明

                      图3-5

如图3-2，图3-3，为NE5534 的引脚图，NE5532集成两片运算放大器，用它可实现电流转化为电压和个位、按十位电压比例相加，外接的电位器可以进行精确度的调节。

3.6 DAC0832简要说明

图3-6 DAC0832引脚排列

DAC0832芯片主要功能引脚的名称和作用如下：

d7～d0：8位二进制数据输入端；

ILE：输入锁存允许，高电平有效；

CS：片选信号，低电平有效；

WR1，WR2：写选通信号，低电平有效；

XFER：转移控制信号，低电平有效；

Rf：内接反馈电阻，Rf=15KΩ；

IOUT1，IOUT2：输出端，其中IOUT1和运放反相输入相连，IOUT2和运放同相输入端相连并接地；

Vcc：电源电压，Vcc的范围为+5V～+15V；

Vref：参考电压，范围在-10V～+10V；

GND：接地端。

DAC0832是一个8位的数模转换器，把输入的数字量转化为所需的模拟量，只要选取合适的参考电压VREF，便可以将将数字量转化为需要的模拟量。

3.7 74LS192简要说明

图3-7 74ls192引脚排列

如图3-5，其引脚功能如下：

D0-D3 ：置数输入

Q0-Q3：计数输出

PL：置数

MR：清零

Tcu：加法输入

Tcd：减法输入

Vcc：电源电压，Vcc的范围为+5V～+15V；

GND：接地端。

4 原理总图

5 元器件清单

6 调试过程  

6.1 通电前检查

电路安装完毕后，用万用表短路档检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件引脚无接错现象。

6.2 数电部分调试

1.检查线路是否正确，有没有焊点连在一起，是否有虚焊，检查无误后，接通电源。测试主电源输出电压是否正确，检测主控电路、显示电路等的供电情况。

2.检测555单稳态触发器输出电压是否理想，按键未按下时3脚输出低电平，按下按键产生高电平，持续时间50ms左右。

3.检测74LS192输出电压是否正确，可通过一个具体的数，看输出电压的高低情况。

4.检查七段数码管是否正确显示，有无坏损。

5.检测按键抖动是否消除。在192、数码管均正常工作的情况下，按下按键数码管显示的数值应连续变化不应有跳变，若抖动未消除可增大单稳态触发电路的R*C的值。

5.检查清零（复位）和置数的正确性，如果一切都好，计数应从00开始，按“+” 数码管可以加法计数显示，按 “-” 数码管可以减法计数显示。随时按下复位键可以迅速清零，调整拨码开关，选定自己需要的数字后按下置数键后即可显示结果。

6.3 模电部分

1.检测DAC0832的供电电压和参考电压是否正确，即参考电压应该为12V。

2.检测NE5532的供电情况，并测两个输入和输出电压是否正确。

3.调节第一片DAC0832的Rf端口的电位器，使个位电压与数码管个位显示的数值基本相等。

4.调节第二片DAC0832的Rf端口的电位器，使十位电压与数码管十位显示的数值基本相等。

5.综合调节两片DAC0832的电位器，使总输出端的电压幅值尽可能与所需电压相等。

通电后置数到00，查看输出电压是否为零伏，在置数到99，观察结果，根据电位器的设置先调至9V将十位调准，再调至9.9V调整个位为0.9V，可选多个值不断调节使平均误差最小，至此从00至99即可观察结果了。

7 小结

本次课程设计遇到了很多问题，从稳定脉冲的产生到最后电压的输出。但是只要与同学、与老师多交流，静下心来反复琢磨、思考便可以达到事半功倍的效果。

在焊接电路板的时，我认识到自己平时练习的太少，观察的不够仔细，出现了短路问题。但反过来一想，有问题也是件好事儿，它促使我有耐心有条理的检测。而不是像以前一样慌乱的不知所措，总想把板子扔到一边重焊。俗话说“磨刀不误砍柴工”，前期充足的准备至关重要，无论是在理论仿真还是实物制作。同时我也深刻的体会到：仿真成功不代表实际制作也能成功。毕竟仿真还停留在理论阶段，是在理想情况下完成的，而实际存在各种各样的问题比如外界干扰、电路板虚焊等。这就要求我们考虑的更多，并且在知道原理的基础上还得会分析。只有这样才能在出现错误的时候，尽快找到问题的来源。

课程设计完之后，我体会到一个人无论他多么优秀，总是有他的局限性，很难把问题的方方面面都考虑到，必须相互交流互相协作才能更好的解决问题。这次课程设计耗费了我大量时间，从仿真到实物制作，各种意想不到的问题都冒了出来。但是我真的学到很多东西，不仅仅是对所用元件的了解，还有设计以及查错的方法。

过程越是艰辛，成功的结果越让人欣慰。理论设计时不能说没有头绪，但思路很模糊，在查了各方面资料后才渐渐清晰起来。但仿真时还是碰到了问题，一是对仿真软件的不熟悉，二是有些原理没真正明白。实物制作时也遇到了几个小问题，比如不知道电路板最外围两圈是连接着的，而造成短路。还有数码管端的限流电阻本想接470Ω但接成了470kΩ导致数码管无显示还有一些引脚漏连。在焊接电路板时，应做好规划，合理布线这样会省去很多麻烦，查错时也方便。虽然这都是些小问题但造成的后果却是大问题，这都耗费了我大量时间。但是当实物调试成功后，所有的一切都是值得的。

8 设计体会及今后的改进意见

8.1 体会

很多时候，人不是错在很难的问题上面而是错在让自己觉得很简单的问题上面。正是因此产生的错误让自己很难找到问题究竟出在何处。实践出真知，这次课程设计我深刻体会到“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的道理。经过这次课设，我有以下几点体会

（1）在自己设计的同时，要多向周围的同学请教询问，这样可以避免、解决很多问题。有时自己冥思苦想了很久的问题，可能同学的一两句话就能廓清，让自己茅塞顿开；

（2）在实践之中才知道很多的理论知识掌握得并不熟练，经常要翻书。只有当理论融于实践的时候，自己才能完全吸收。

（3）细节决定成败，在实验的时候，往往由于个别地方短路，或虚焊断路而导致调试失败，所以需要认真分析现象。

（4）应做到分模块焊接分模块调试，要在正确的基础上继续，而不是错的越来越离谱。

8.2 本方案特点及存在的问题和改进意见

本方案用到了很多芯片，可以实现置数、清零，但没有做PCB板。选用的电子元器件，有些精度不够高，这样噪声比较大。对此，可以采用了以下改进措施：

（1）运放全部采用NE5534，NE5534有调零端，这样输出可以更加精确，简化了线路，可以减少干扰。

（2）用单片机代替74HC192和CD4511这一部分，可简化线路和芯片数量减少干扰。

（3）适当采用军品器件，提高精度。

参考文献资料

【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006

【2】康华光.电子技术基础（模拟部分）.华中科技大学. 高等教育出版社.2006 

【3】马全喜.电子元器件与电子实习.机械工业出版社.2006

【4】何杜成、袁跃进.电机-光电显示-改进应用电路.山东科学技术出版社.2007

【5】李志健. 数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.2007