课程设计--数控直流稳压电源设计

目录

1课程设计任务 ................................................................................................................................ 2

1.1设计要求 ............................................................................................................................. 2

1.2发挥部分： ........................................................................................................................ 2

2本设计方案思路 ............................................................................................................................ 2

2.1稳压源的技术指标与要求： ....................................................................................... 3

2.2总体方框图 ........................................................................................................................ 3

2.3电路原理图 ........................................................................................................................ 4

2.4电路特点 ............................................................................................................................. 4

2.4.1 “+”, “-”键控制的可逆计数器的设计 .......................................... 5

2.4.2操作方式： ........................................................................................................... 6

2.4.3数字显示电路的设计： ................................................................................... 6

CD4511 ............................................................................................................................. 8

3制作与调试 ..................................................................................................................................... 9

3.1 硬件电路的布线与焊接元器件的焊接： ............................................................. 9

3.2 电路组装和调试 ............................................................................................................ 9

3.3计数及显示部分的调试 .............................................................................................. 10

4.改进措施 ....................................................................................................................................... 10

心得体会 ............................................................................................................................................ 10

参考文献 ............................................................................................................................................ 11

1课程设计任务

设计并制作一个输出电压步进可调的直流稳压电源。电源有“电压增”（UP）和“电压减”（DOWN）两个键，按UP时输出电压步进增加，按DOWN时输出电压步进减小。

1.1设计要求

具体要求如下：

（1）输出电压范围为5~12V，步进为1V；

（2）输出电压的误差≤±0.1V；

（3）最大输出电流≥1A。

发挥部分：显示设定电压值；

说明：（1）分别测试输出电压为5V、6V、7V、…11V和12V的电压值；

（2）最大输出电流通过设计方案预以保证。

主要参考元器件：74HC191/193，74HC138， LM317，CD4511，S8050/8550，DAC0832，NE5532/TL082，TIP41或2N3055/3DD15。

1.2发挥部分：

输出电压可在0~9.9V范围可以任意预置。

2本设计方案思路

根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分：数字控制部分、模拟/数字转换部分（D/A变换器）及可调稳压电源。数字控制部分用+、- 开关按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后，去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以1V的步进值增或减。

2.1稳压源的技术指标与要求：

设计指导：

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,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展.本文所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，其输出电压大小采用数字显示，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，并且此设计，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。通过设计巩固学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；通过使用电路CAD 软件Protel ,了解到计算机辅助设计(CAD)的智能化。

此数控直流稳压电源共有六部分，步进电压精确到0.1V 控制可逆计数器分别作加，减计数，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：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，然后经过射极跟随器控制,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，需要另制±12V，和±5V 的直流稳压电源。此下所讲的数控电源主要就是对此组电压进行控制，使输出0~9.9V 的稳定的可调直流电压。

2.2总体方框图

2.3电路原理图

2.4电路特点

电路特点,既设计数电知识,又有模电知识,这个数控稳压原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取控制模拟部分的输出量.我用了两片十位加减计数器,一片DAC0832作为数字部分的控

制,两片计数器都是从0-9.9变化,一个作为个位数控制,一个作为10位数控制,通过数模转换器后输出电流量,再通过运放转换为电压的形式输出,数码管显示输出的量,实现数字量控制模拟量。

2.4.1 “+”, “-”键控制的可逆计数器的设计

protel设计电路如下：

此部分电路主要用两个按钮开关为电压调整键，与可逆计数器的加计数输入端和减计数输入端相连，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。最上方计数器为产生脉冲的作用。74LS192 是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD 码）可逆计数器。

由于输出电压从0V 到9.9V 可以调节，所以74LS192 两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。CPU 是加计数时钟，CPD 是减计数时钟，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 是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到9 时，TCU 在后半个时钟周期（CPU=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。TCU 是借位输出端，当减计数器计到零时，

TCD在时钟的后半个周期（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。

2.4.2操作方式：

点击电路左方按钮时控制加的开关按下，计数器为加计数器，即开始计数； 点击电路左方按钮时控制减的开关按下，计数器为减计数器，即开始计数。

2.4.3数字显示电路的设计：

由于在protel中四输入的七段显示器已经带有译码器功能，所以在本部分电路设计中，直接将计数器连接到显示器上，省去了译码器的加入。高位连接计数器的高位，低位连接计数器的地位。

protel仿真如下

:

40192

数字控制部分由40192控制,使双时钟可预置十进制同步加减计数器

D/A 转换电路（数模转换器）的设计

protel仿真如下：

CD4511

显示部分比较简单，主要是由两个数码管和CD4511组成，两个数码管分别显示电压的个位和十分位

输出电压示数：

3制作与调试

3.1 硬件电路的布线与焊接元器件的焊接：

（1）焊件必须具有良好的可焊性.不是所有的金属都就有良好的可焊性.焊接时,由于高温是焊件的表面产生氧化膜,影响焊件的可焊性.为了提高焊件的可焊性,一般采用表面镀锡,镀银等措施来防御表面的氧化。

（2）为了使焊件和焊锡之间有良好的接触,焊件表面必须保持清洁.在焊接前必须把氧化膜清除干净,否则将无法保证焊接质量。

（3）要使用合适的助焊剂.不同的焊接工艺应使用不同的助焊剂.在焊接电子线路板等精密电子产品的时候,用焊锡焊接可靠稳定,通常采用松香助焊剂.

（4）焊件加热到适当的温度.需要强调的是,需要强调的是,不但焊锡要加热到熔化,而且应当同时将焊件加热到能够熔化焊锡的温度。

3.2 电路组装和调试

在电路组装过程中，遇到的最大问题是，起初考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多"特长线"。影响布线的格局,同时线路越来越复杂，而且也会给后来的调试带来不必要的麻烦。于是重新排版,重新焊接,和连线；此外，在焊接的过程中由于没有将电路看清楚导致刚开始有几个器件放错了位置，焊接出现了失误。

在调试过程中，由于连线比较多刚开始就遇了实验板上有线路不通的情况，导致芯片不能正常工作。为了能够是电路连通又用很多的时间检查线路；在重新

检查后电路连通了，对每个部分进行了测试分析，检查其是否能够达到预期的要求。

3.3计数及显示部分的调试

进行电路仿真的时候没有什么问题，当按下“+”的时候数码管上的数字加1，当按下“-”的时候数码管上的数字加1，电压可以实现从0到9.9变化，而且观察电压指针上的示数时，按动一次开关示数会发生变化，每次都是0.09到0.11之间；从以上调试结果可以看出, “+” “–”键每按动一次,显示部分的步距为0.1,这说明计数及显示部分基本满足要求。

4.改进措施

刚开始的时候当电压为0或9.9时按动“-”或“+”时数码管和电压指针的示数还会发生变化不满足设计的要求；需要重新对电路进行修改。之后数码管和电压指针的示数只能在0到9.9之间变化；0时按动“-”按钮实属不发生变化，9.9时也是如此，符合要求。这个电源的输出电压大小还受很多限制，还需进行跟多的改进。

心得体会

本次课程设计主要是对之前所学的知识进行一次实践检验，也是多我们动手能力的检测。在完成课程设计的过程中我们遇到了很多的问题；刚开始看到题目时有点不知所措的感觉，只要是不知道从何下手，也是之前很少动手实践的原因。所以这次课程设计很有必要也让我们知道了自己的不足，此外也巩固了以前所学的知识。再开始做的过程中除了自己查阅资料外，还与同组的同学一起讨论，上网查找资料；电路图没有问题之后，就是做实物了。和同学一起买到所要用到的期间后在科协用了一个晚上的时间去焊接，一个晚上的时间有点紧张只能够把主要的部分焊接好，还剩下一小部分没有焊接，自己买个电烙铁在宿舍慢慢的做。 通过这次的课程设计也学到了一些其他的知识，比如对一些仿真软件的应用，如

protel软件。此外在这个过程中也有其他的收获，尽管自己做的东西还有很多的缺点，我觉得只要是自己动手做的就好了，缺点可以逐渐的改进；主要是我们经历了这个过程，在过程中有所感悟。这次课程设计我们还学会了如何与同学团结合作，知道了遇到问题应该如何解决，这将在我们以后的学习和工作中起着重要的作用。

参考文献

《电子电路实验及仿真》 北方交通大学出版社

《电子技术基础》 第4版 高等教育出版社

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ymtq.html