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:。