《数控直流稳压电源》课程设
计说明书
题 目 数控直流稳压电源设计
课 程 名 称 电子线路综合课程设计 系 院 专 业 班 级
学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师
设计起止时间：2014年11月3日 至2014年11月14日
一、课程设计(论文)题目 数控直流稳压电源 二、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求 一、设计要求： 1、运用数字、模拟电子知识设计电路 2、设计出的直流稳压电源要求输出精度高，步进电压在0. 1V左右，调整方便 3、使用通用器件 4、要求输出电压在0~9.9V 二、技术指标： 1、工作电压：2-6V（典型5V） ２、工作电流：4.5mA（5V时），2.5mA（3V时） ３、输出稳压值：0-9.9V ４、步进电压值：0.1V ５、输出纹波电压值：≤10mV ６、输出电流：5A 三、课 程 设计(论文)工作内容及完成时间 11月3日：讲课设内容,安排任务 11月4日：查资料,确定方案,设计方案论证 11月5日-7日：画出系统方框图，进行原理图设计 11月8日-12日：用PROTEL画出原理图，制作实物 11月13日-14日：整理设计说明书
四 、主 要参考资料 [1] 康华光. 电子技术基础[M]. 第4版.北京:高等教育出版社,1998; [2]唐竞新.数字电子电路[M].第1版.北京:清华大学出版社,2003; [3] 吴立新. 实用电子技术手册[M]. 北京: 机械工业出版社; [4]杨长春.论数字技术[J].《电子报》合订本.成都：四川科学技术出版社，2003.12
学院 专业 班
学生：
日期： 自 2014 年 11月 3 日至 2104 年 11月 14 日
指导教师：
助理指导教师(并指出所负责的部分)：
教研室： 电子工程 教研室主任：
目 录
一、需求分析 ............................................................................................................... 1 二、系统总体设计 ....................................................................................................... 1 三、系统详细设计 ....................................................................................................... 2 四、调试与维护 ........................................................................................................... 4 五、结束语（包括小组任务分工） ........................................................................... 8 六、参考文献 ............................................................................................................... 8 七、指导教师评阅 ....................................................................................................... 9
数控直流稳压电源设计
一.需求分析
1.功能指标：
（1）运用数字、模拟电子知识设计电路
（2）设计的直流稳压电源要求输出精度高，步进电压在0. 1V左右，调整方便 （3）使用通用器件
（4）要求输出电压在0~9.9V 2.技术指标：
（1）工作电压：2-6V（典型5V）
（2）工作电流：4.5mA（5V时），2.5mA（3V时） （3）输出稳压值：0-9.9V （4）步进电压值：0.1V （5）输出纹波电压值：≤10mV （6）输出电流：5A
二．系统总体设计
1.数控直流稳压电源工作原理图如下：
2.经过讨论我们决定采用串联型稳压电路,串联稳压电路原理图如下:
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三.系统详细设计
1.数控直流稳压电源设计的总原理图如下:
2.所需原件清单:
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元件序号 型号 R1，R2,R6 两端电阻 R3,R5 R4 两端电阻 两端电阻 主要参数 1K,1k,1k 500Ω 100Ω 500Ω 10k 4.7k 数量 3 2 1 2 1 1 备注 接按键及输出部分 接NE5534 接NE5534 接DAC0832管脚8 接NE5534 接调整输出部分电路 RV1，RV3 可调电阻 RV2 R7 可调电阻 两端电阻 C1 Q1，Q2 极性电容 100uf 1 2 2 2 2 2 2 2 接调整输出，滤波 接调整输出，放大 计数调整按键 可预置数 驱动数码管 8位数/模转换 高效低噪声运放 七段共阳数码管 三极管NPN SW1，SW2 按键 74LS192 74LS248 DAC0832 NE5534 7SEG
双时钟 译码器 双缓冲 单路opamp 共阳 3.“+”、“-”键控制的可逆计数器的设计
工作原理：此部分电路主要用两按键开关作为输出电压增和减的调整键，与可逆计数器的加计数 CPU 时钟输入端和减计数 CPD 时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块 74LS192 级联而成。
因为输出电压是从0V 到9.9V可以调节，所以74LS192计数器总计数范围从00000000到10011001（即 0∽99）,而 74LS192 本身为十进制可逆计数器，所以只需两块这样的芯片级联就可以达到目的。PL是低电平有效的预置数允许端，PL=0时，预置数输入端P0~P3上的数据被置入计数器。MR是高电平有效的复位端，MR=1时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。
元件选择：计数器部分采用的是十进制双时钟可预置数异步付维十进制（BCD码）可逆计数器74LS192芯片。与它功能相同的还有其他芯片，比较容易找到。这里采用TTL逻辑电路而不采用CMOS数字电路的原因是TTL逻辑电路的输入阻抗低，具有良好的抗外界电磁干扰的能力，而CMOS数字电路的输入阻抗极高，很容易被外界电磁锁干扰而误动作，这也是电子技
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术基础“数字部分”近30年来一直讲TTL逻辑电路而很少讲CMOS电路的原因。
4.数字显示电路设计
工作原理：在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字直观的显示出来。一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。
数字显示通常由译码器，驱动器和显示器等部分组成。其中的数码显示方式一般有三种：第一种是字型重叠式；第二种是分段式；第三种是点阵式。目前以分段式有用最为普通，主要器件是七段二极管（LED）显示器。它可分为为两种，一时共阳极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上），另一个是共阴极显示器（发光二极管的阴极都接在一个公共点上，使用时公共点接地）。
由于前一级电路采用两级可逆计数器，且其输出仅代表电压值代码而不是具体电压，故而不用考虑与D/A转换间存在的结合问题；而是直接去显示，所以电压显示非常方便，直接采用两块74LS48芯片驱动显示。
元件选择：与74LS48芯片功能相同的还有74LS47芯片。它的引脚排列与74LS48的引脚排列一模一样，两者的功能也差不多。使用时要注意：74LS47芯片内是用来驱动共阳极显示器的，74LS48芯片内部有升压电阻，使用时可以直接与显示器相连，而74LS47芯片为集电极开路输出，使用时要外接电阻。在使用时应注意：74LS48芯片在使用可直接驱动共阴极的LED数码管而不需要外接限流电阻。
74LS48的引脚图
5. D/A 转换电路的设计
工作原理：数模转换电路，采用两块DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路。由于DAC0832不包括运算放大器，所以需要外接一个运算放大器相配，才构成完整的D/A转换
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器，低位DAC输出的模拟量经过9:1分流器分流后与高位DAC输出模拟量想加后送入运放，具体实现由900欧姆和100欧姆的电阻相并联分流实现，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，运放采用的是低噪声的NE5534芯片。
DAC0832芯片主要引脚功能： DI1~DI7：8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； Rfb：内接反馈电阻，Rfb=15KΩ；
IOUT1，IOUT2：输出端，其中 IOUT1 和运放反相输入相连，IOUT2 和运放同相 输入端相连并接地端；
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。 6.调整输出电路的设计
工作原理：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。调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。数控电源各部分工作所需的正负15V和正负5V电源有固定集成稳压管7815,7915，和7805提供，调整管所需的输入电压，经简单整流，滤波可得到。
元件选择：达林顿管就是将两个三极管接在一起，极性和第一支三极管的极性保持一致。
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四．调试与维护
1. 自制稳压电源的调试
工作原理：在达到基本性能指标的前提下，为了更好的体现人性化的思想，同时采用低成本的通用单子元器件来设计制作电路。在这当中，电路应该是简单可靠稳定的。当然，最重要的是它有实用价值，容易在人民日常生活中实现。
由于对文波没有提出很大的要求，所以我们的电路采用常用的三端集成稳压器（78xx和79xx两大系列）作稳压元件，就可以满足电路要求。
2.数显电路的调试
74LS47D是驱动共阳数码管的译码驱动器，我们用逻辑电平开关来代替BCD码；调整开关SW1、SW2、SW3、SW4的状态，可以得到不同的BCD码组合。运行仿真，“拨动开关”数码管的显示结果会随之变化，R1在实际应用电路中是一个较为有用的器件。如果没有这只电阻，数码管极易受损坏。在实际电路中，采用74LS248，分别改变各个开关的状态，观察显示值的变化并记录。
3.控制电路的调试及其仿真
控制电路采用了两个按键，分别为“+”和“-”，用来调节设定电压，可以以0.1V的步进增加或减少。当按下“+”和“-”键，产生的脉冲输入到74LSl92的CP、UP端或DOWN端来控制74LSl92的输出是作加计数还是减计数。
4.数模转换电路的调试
数模转换电路是将数字量按比例，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制，调整输出级，输出稳定直流电压。并且它是运用了四个单刀双掷开关按照二进制自然码顺序开关，使得每个开关都在运算放大器的同相端和反相端间切换，观察输出电压。
5.输出电路的调试及其仿真
输出电路由运放NE5534和调整Q1构成，调整管采用大功率达林顿管2N6038（实际仿真中采用两个三极管来实现），运放和调整管组成射极跟随器，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。通过以上所有的步骤可用Proteus仿真软件，绘制出系统总体
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图。仿真前的图形如下：
6.设计总体图仿真
数控直流稳压电源输出的电压大小尚受，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。 另外，当电路输出为0时，按下“-”健，数码显示为9.9V;当电路输出为9.9V时，按下“+”健，数码显示0V。其仿真后的图形如下：
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五．结束语
经过两个星期的努力，我们终于将这次的实习完成。从一开始像无头苍蝇般东找设
计方案西找设计方案，到最后做什么都仅仅有条。我觉得这无论是在这次课程设计中还是在我们将来的生活中都将会有很大的帮助。在最初组长安排好我们每一个成员的任务后，我们都开始进入一个紧张的学习中。可以说这是在学习了模电，数电后第一次将自己所学的东西派上用场。
对于这次的课程设计，虽然最初的方案不是我提议出来的，但在这之后的每一步过程中，我都有积极参与。这次的课程设计我们主要是采用了电路中所学到的模拟器件和数字器件。如今随着社会的发展，我们都追求数字化的社会。而我们这次课程设计的数控直流稳压电源更是充分的反映了这点。数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数码管显示，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且我们这次的设计没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A 转换器，译码显示等电路，具有控制精度高制作比较容易等优点。
虽说这次的课程设计看起来并不是很复杂，但真正实践起来还是比较困难的。像在查找资料过程中，就发现，有很多资料都是很片面的，不能够找到一个比较全面的答案；焊接时更是如此，每一次的连线都是基于瞄准好几次的基础上，避免把线接茬，影响最后的结果；直到最后的调试过程。虽然每一步都很好的完成了，但是其中的困难不言而喻的。所以说理论和实践还是存在着很大的差异的，因此，这就要求我在以后的学习中，注意到这一点，要学会把从书本上学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我以后的学习就业还是学习来说，都会有很大的帮助的。
同时，通过这一次的课程设计，不但巩固了我之前学习过的专业知识，也很好的考验了我的动手能力。不仅可以从中自我检测，认识到自己的长处与不足，也能够更好地在日后的学习过程中升华自己。
六．参考文献
[1]康华光.《电子技术基础模拟部分（第四版）》.北京.高等教育出版社.1998 [2]阎石.《数字电子技术基础【M】（第四版）》.北京.高等教育出版社.1998.12 [3]唐竞新.《数字电子电路【M】（第1版）》.北京：清华大学出版社，2003. [4]姚福安.《电子电路设计与实践（第1版）》.山东：高等教育出版社,1998.12
[5]《全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编》. 北京：理工大学出版社.2004.8
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七、指导教师评阅（手写）
成绩（百分制）：
指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 9
