1引言 (2)2 单元电路设计 (2)2.1可逆计数器的设计 (2)2.1.1 工作原理 (2)2.1.2元件的选择 (3)2.2 数字显示电路的设计 (4)2.2.1 工作原理 (4)2.2.2元件选择 (5)2.3 D/A 转换电路(数模转换器)的设计 (5)2.3.1 DAC0832 工作原理介绍 (5)2.3.2 DAC0832 芯片的特点 (6)2.4 调整输出的设计 (7)3电路调试 (7)4主要技术指标 (7)5本设计总体图示(见图5) (8)6 总结与体会 (8)7元器件清单 (8)1引言随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,他所给人们带来的方便也是不可否定的。
其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对他要求也越来越高,要为现在人们工作,科研,生活,提供更好的,更方便的设施就要从数字电子技术入手,一切相数字化智能化发展。
本文介绍的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,其电压采用数字显示,主要用于电源要求精度比较高的场合,或科研实验电源使用,并且此设计未用到单片机,使用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。
2 单元电路设计此数控文雅直流电源共六部分,输出电压的调节“+”,“-”,两键操作步进电压精确到0.1V控制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,精确显示当前电压输出值;另一路进入数模转换电路(D\A)数模转换电路将数字按比例转换成模拟电压,然后经过跟随器控制,调整输出级,输出稳定直流电压。
为了实现上述几部分的正常工作,需要15V和5V的直流稳压电源,此下所讲的数控电源主要此组电源进行控制,使输出0~9V的稳定的可调直流电压。
原理方框图如下图2-1所示图2-1 原理方框图2.1可逆计数器的设计此部分电路主要用两按钮开关作为电压调整键,与可逆计数器的加计数器CPU时钟输入端和减计数器CPD始终输入端相连,可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块74LS192是双时钟,可预置数,异步复位,十进制(BCD码)可逆计数器。
于之功能相同的还有其它芯片,比较容易找。
2.1.1 工作原理由于输出电压从0V~9。
9V可以调节,所以74LS192两计数器00000000到10011001即0~99,而74LS192本身为十进制可逆计数器,所以只需要两块这样的芯片级联就可以达到目的,此芯片封装和工作模式表如下图2-1-1。
图2-1-1 芯片引脚及功能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是高电平有效复位端,MR=1时,计数器被复位,所有输出端都为低电平。
CPU是加计数时钟,CPD是减记数时钟,当CPU=CPD=1时,计数器处于保持状态,不计数。
当CPD=1,CPU由0变为1时,计数器的计数值加1;当CPU=1,CPD由0变1时,计数器的计数值减1.TCU十进位输出端,当加计数器达到最大计数值时,即达到9时,TCU 是借位输出端,当减计数器计到零时,TCD在时钟后半个周期(CPD=0)内变成低电平,其他情况下均为高电平。
为实现100进制的计数可把第一块芯片的TCU,TCD分别接后一级的CPU,CPD就可以级联使用,这就达到了0~99的计数。
2.1.2元件的选择74LS192 是双时钟,可预置数,异步复位,十进制(BCD 码)可逆计数器,还可选用54HC192,54HCT192,74HC192,74HCT192 等。
图2-1-2 计数电路2.2 数字显示电路的设计2.2.1 工作原理数字显示驱动采用两块 74LS248 芯片,74LS248 为四线七段译码驱动器,内部输出带上拉电阻它把从计数器传送来的二~十进制码,驱动数码管显示数码。
CD4511,七段译码器,输出高电平有效,适合于共阴极接法的七段数码管使用A3,A2,A1, A0,为8421BCD 码输入,a,b,c,d,e,f,g 为七段数码输出,LT 为试灯输入信号,用来检查,数码管的 好坏,IBR 为灭零输出信号,用来动态灭零,IB/QBR 为灭灯输出信号,如图2-2-1。
显示电路如图2-2-2.CD451112345678169101112131415A0A1RI BI LEI A3A2GNDVC C f g a b c d e图2-2-1 引脚图2-2-2 显示电路2.2.2元件选择与CD4511功能相同的还有,74LS247,74LS248 等。
2.3 D/A 转换电路(数模转换器)的设计2.3.1 DAC0832 工作原理介绍数模转换电路,采用两块DAC0832 集成块,它是一个8 数/模转换电路,这里只使用高4 位数字量输入端。
由于DAC0832 不包含运算放大器,所以需要外接一个运算放大器相配,才构成完整的D/A 转换器,低位DAC 输出模拟量经9:1 分流器分流后与高位DAC 输出模拟量相加后送入运放,具体实现,由900 Ω和100 Ω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,运放采用具有调零的低噪声高速优质运放NE5534。
具体封装图如下图所示。
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=15K Ω;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。
当ILE=1,CS=0,WR=0,输 入数据d7~d0 存入8 位输入寄存器中,当WR2=0,XFER=0 时入寄存器中所存内 容进入8 位DAC 寄存器并进行D/A 转换。
2.3.2 DAC0832 芯片的特点DAC0832 最具特色是输入为双缓冲结构,数字信号在进入D/A 转换前,需经过两个独立控制的 8 位锁存器传送。
其优点是D/A 转换的同时,DAC 寄存器中保留现有的数据,而在输入寄存器中可送入新的数据。
系统中多个D/A 转换器内容可用一公共的选通信号选通输出。
由于DAC0832 输出级没有加集成运放,所以需外加NE5534 相配适用。
NE5534 封装如下图 2-3-2。
IN-为反相输入端,IN+为同相输入端; OUT 为输出端;Balance 为平衡输入端,主要作用是,使内部电路的差动放大电路处于平衡状态;COMp/Bal 的作用为,通过调节外接电阻, 以达到改善放大器的性能和输出电压; VCC-和Vcc+为正负电源供。
BAL IN-IN+VCC+2-3-2 封装图图图2-3-3转换电路2.4 调整输出的设计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15V 和5V 电源由固定集成稳压器7815、7915、和7805 提供,调整管所需输入电压,经简单整流,滤波即可得到,但要求能提供5A 的电流。
输出电压的调整,主要是运用射极输出器发射极上所接的4.7K 电阻来完成的,此反馈电阻的主要作用是,把输出电压反馈到NE5534 的输入级的反向输入端,当同相输入IN+和反向输入端IN-有差别是,调整输出电压使之趋于稳定,从而达到调整输出电压的目的。
3电路调试调节步骤如下:1 输入数字00000000,短接Re1、Re、Rf 调运放调零电位器Rw ,用数字万用表检测,使输出电压Vo=01mV;2 输入数字10011001,调整Re1、Re2、Rf 使输出电压Vo 达到预定的满量程9.9V;4主要技术指标本文所设计数控直流电源的电压输出范围为0~9.9V,步进电压值为0.1V,输出纹波电压不大于 10mv,输出电流为5A。
本电源输出电压大小尚受限制,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。
5本设计总体图示(附录见图5)6 总结与体会为期几周的课程设计,有很多的心得体会,本次课程设计以学生自己设计为主,因此培养了我的学习的积极性,让我能够独立去分析问题、发现问题、解决问题的能力。
它使我对课本以及以前学过的很多知识有了很好的理解,也知道了理论与实践是有很大差距的。
理论只是成功的一半,调试以及故障检查也是非常必要的,而且也是一项很有技巧性的工作,需要在实践中不断地提高。
这次课程设计也增强我与老师同学交流沟通和合作完成任务的能力,在课设的这几周里,遇到无法解决的难题时,老师的经验总是能告诉我们解决的办法,同时,拥有一个好的合作伙伴的作用也是不可忽视的。
做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
在设计中遇到了很多专业知识、实战经验等方面的问题,最后在老师的辛勤指导下,终于迎刃而解。
同时,在老师的身上我也学到了很多有用的知识,在此向给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢。
7元器件清单表8 元器件清单参考文献[1]现代电子学及应用.童诗白、徐振英编.高等教育出版社.1994年[2] 集成电子基础教程.郑家龙、王小海、章安元编.高教出版社.2002年5月[3]电子技术课程设计指导. 彭介华编.高等教育出版社.1997年10月[4] 康华光.电子技术基础(数字部分).第四版.高等教育出版社[5] 彭芥华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社[6] 吴立新.实用电子技术手册.机械工业出版社.2000年[7] 郑家龙、王小海、章安元编.集成电子技术基础教程.高教出版社.2002年5月[8] 彭介华编.电子技术课程设计指导.高等教育出版社.1997年10月[9]模拟电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.2007年8月[10]数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.2008年1月。