電子課設(shè)簡易數(shù)控穩(wěn)壓源

目錄1選題背景21.1指導(dǎo)思想21.2方案21.3基本設(shè)計任務(wù)31.4發(fā)揮設(shè)計任務(wù)31.5電路特點(diǎn)32電路設(shè)計32.1總體方框圖32.2直流供電部分43各主要電路及部件工作原理43.174HC192電路43.2CD4511簡要說明53.3DAC0832電路53.4CD4538電路54原理總圖75元器件清單86調(diào)試過程及測試數(shù)據(jù)86.1計數(shù)及顯示部分的調(diào)試86.2模擬電源部分調(diào)試86.3控制部分的調(diào)試96.4整體調(diào)試97小結(jié)108設(shè)計體會及今后的改進(jìn)意見118.1設(shè)計體會118.2存在的問題及改進(jìn)方案12參考文獻(xiàn)131選題背景直流電源的應(yīng)用在生活中非常廣泛。它為許多用電器直接提供能量。特別是電子產(chǎn)品，大多為36V以下的低壓。然而生活中電壓多為220V交流，不能為這些用電器直接供電。數(shù)控直流電源解決了這些問題，給我們帶來了極大的方便。1.1指導(dǎo)思想首先將220V交流電通過變壓器變?yōu)?5V左右的低壓，再通整流橋把交流變?yōu)橹绷?，再?jīng)過大容量的濾波電容加到穩(wěn)壓管的輸入端，穩(wěn)壓管輸出端接一與定值電阻串聯(lián)的電位器，使輸出電壓可調(diào)。這為數(shù)控部分和運(yùn)放提供穩(wěn)定的直流電壓。數(shù)控直流電源的主要部分是控制，用按動開關(guān)為加減計數(shù)器提供脈沖，再用數(shù)碼管做顯示部分，顯示計數(shù)器的當(dāng)前值，（即輸出電壓的大小）再將計數(shù)器連接到DAC0832上把數(shù)字量變?yōu)槟M量，控制功放管的基極來控制輸出電壓。1.2方案方案一：此電源主要有兩部分組成，一部分直流電源供電部分，另一部分為數(shù)字控制部分，直流供電部分將220V交流電通過變壓器變?yōu)?5V左右的低壓，再通整流橋把交流變?yōu)橹绷鳎偻ㄟ^大容量的濾波電容加到穩(wěn)壓管的輸入端，穩(wěn)壓管輸出端接一與定值電阻串聯(lián)的電位器，使輸出電壓可調(diào)。另一部分為數(shù)控部分用按動開關(guān)為加減計數(shù)器提供脈沖，再用數(shù)碼管做顯示部分，顯示計數(shù)器的當(dāng)前值，（即輸出電壓的大?。┰賹⒂嫈?shù)器連接到DAC0832上把數(shù)字量變?yōu)槟M量，控制功放管的基極來控制輸出電壓。這個方案是把DA輸出的電流信號連接到運(yùn)放上變?yōu)殡妷盒盘枺瑑蓚€DA都是如此，只不過十位連接的運(yùn)放電壓輸出大小保持不變，而個位連接運(yùn)放輸出電壓變?yōu)?.1倍。再用一加法器把十位電壓與個位電壓加起來。來控制功放管的基極繼而控制輸出電壓大小。方案二：此電源也主要有兩部分組成，一部分直流電源供電部分，另一部分為數(shù)字控制部分，而它的主要功能由單片機(jī)來實現(xiàn)，數(shù)字控制部分簡單易行，但需要編程。且不符合此次課程實際的要求。我們選擇了方案一，它囊括了數(shù)模電的許多知識，而且從理論上簡單易懂。用到了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器去除電路當(dāng)中抖動，穩(wěn)定輸出數(shù)值，用了加減計數(shù)器是輸出電壓增加或減少，且使輸出電壓以0.1步進(jìn)，數(shù)值大小用數(shù)碼管來顯示。加減計數(shù)器的輸出接到數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832，把數(shù)字變?yōu)槟M量，DA的輸出接到運(yùn)放放大器上，并用求和電路把兩個DA的電壓加起來，（即把個位和十位加起來），用求和后的電壓控制功放管的基極。功放管的集電極接直流供給電源，為電路提供功率。電路基本設(shè)計好，使用時通過兩個按動開關(guān)，控制兩個加減計數(shù)器，加減計數(shù)器輸出幾，數(shù)碼管顯示多少，輸出電壓也對應(yīng)為幾伏。讓我們學(xué)會用理論指導(dǎo)實踐，理論與實踐相結(jié)合，從實踐當(dāng)中升華理論知識。1.3基本設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一個數(shù)控穩(wěn)壓電源。電源設(shè)有“電壓增”（UP）和“電壓減”（DOWN）兩個鍵，按UP時輸出電壓步進(jìn)增加，按DOWN時步進(jìn)減小。具體要求如下：(1)輸出電壓為0~9.9V，步進(jìn)為0.1V；(2)輸出電壓的誤差≤±0.05V；(3)用LED數(shù)碼管顯示輸出電壓的設(shè)定值；(4)最大輸出電流≥1A。1.4發(fā)揮設(shè)計任務(wù)輸出電壓可在0～9.9V范圍任意預(yù)置。1.5電路特點(diǎn)我們選的數(shù)控直流電源這個課題，既涉及數(shù)電的知識，又有模電知識。這個數(shù)控穩(wěn)壓電源實際上是用按鍵讓加減計數(shù)器變化來控制輸出電壓的大小。也就是用數(shù)電部分的數(shù)字量去控制模擬部分的輸出量。我們用了兩片10位加減計數(shù)器74HC192,兩片數(shù)模轉(zhuǎn)換器即DAC0832作為數(shù)字部分的控制。兩片計數(shù)器分別于兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，兩片計數(shù)器都是從0——9變化，一片作為個位控制，另一片作為十位控制，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器后輸出為電流量。再通過運(yùn)放轉(zhuǎn)換為電壓的形式輸出。一個運(yùn)放輸出接1K的電阻，另一個運(yùn)放接10K的電阻同時接到加法器上，加法器上的反饋電阻位1K.再通過功放管。就這樣轉(zhuǎn)化成了所需要的模擬量。又用數(shù)碼管作為顯示部分。數(shù)碼管上顯示輸出的量。就這樣很容易的做成了數(shù)控直流電源，實現(xiàn)數(shù)字量控制模擬量。2電路設(shè)計2.1總體方框圖數(shù)字顯示電路“數(shù)字顯示電路“+”、“-”AC220V+12V輸出電壓直流穩(wěn)壓電源調(diào)整輸出DA轉(zhuǎn)換可逆計數(shù)器AC220V+12V輸出電壓直流穩(wěn)壓電源調(diào)整輸出DA轉(zhuǎn)換可逆計數(shù)器圖2-1數(shù)控直流穩(wěn)壓電源框圖圖2-1數(shù)控直流穩(wěn)壓電源框圖2.2直流供電部分直流供電部分將220V交流電通過變壓器變?yōu)?5V左右的低壓，再通整流橋把交流變?yōu)橹绷鳎偻ㄟ^大容量的濾波電容加到穩(wěn)壓管的輸入端，穩(wěn)壓管輸出端接一與定值電阻串聯(lián)的電位器，使輸出電壓可調(diào)。另一部分為數(shù)控部分用按動開關(guān)為加減計數(shù)器提供脈沖，再用數(shù)碼管做顯示部分，顯示計數(shù)器的當(dāng)前值，（即輸出電壓的大?。┰賹⒂嫈?shù)器連接到DAC0832上把數(shù)字量變?yōu)槟M量，通過DAC的轉(zhuǎn)換公式選取合適的參考電壓。輸出即為所需的量。兩片數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832作為數(shù)字部分的控制。兩片計數(shù)器分別于兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，兩片計數(shù)器都是從0——9變化，一片作為個位控制，另一片作為十位控制，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器后輸出為電流量。再通過運(yùn)放轉(zhuǎn)換為電壓的形式輸出。一個運(yùn)放輸出接1K的電阻，另一個運(yùn)放接10K的電阻同時接到加法器上，加法器上的反饋電阻位1K.再通過功放管?？刂乒Ψ殴艿幕鶚O來控制輸出電壓。就這樣轉(zhuǎn)化成了所需要的模擬量。這個方案是把DA輸出的電流信號連接到運(yùn)放上變?yōu)殡妷盒盘枺瑑蓚€DA都是如此，只不過十位連接的運(yùn)放電壓輸出大小保持不變，而個位連接運(yùn)放輸出電壓變?yōu)?.1倍。再用一加法器把十位電壓與個位電壓加起來。來控制功放管的基極繼而控制輸出電壓大小。3各主要電路及部件工作原理3.174HC192電路74HC192是一個十進(jìn)制的加減計數(shù)器，用兩個按鍵連到192的加減脈沖輸入端。通過按動按鍵作為輸入脈沖。圖圖3-174HC192引腳圖3.2CD4511簡要說明CD4511作為數(shù)碼管的譯碼器，內(nèi)部接有上拉電阻，譯碼器在較低工作電壓情況下，如果數(shù)碼管工作電流允許，可將譯碼器輸出直接連到數(shù)碼管上。圖圖3-2CD4511引腳圖3.3DAC0832電路DAC0832是一個8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，把輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為所需的模擬量，只要選取合適的參考電壓VREF。也是此設(shè)計方案中非常重要的一個芯片，將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量。圖圖3-3DAC0832引腳圖3.4CD4538電路圖圖3-4.1CD4538引腳圖圖圖3-4.2CD4538接線圖CD4538芯片內(nèi)部有兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。用于按鍵的抖動消除，以免抖動帶來的誤操作，而造成顯示不穩(wěn)定，或者數(shù)字發(fā)生條約。也是此電路準(zhǔn)確輸出電壓的較為重要的原件。4原理總圖圖4-1圖4-1數(shù)控部分電流圖(詳附頁)圖4-2圖4-2電源電路圖5元器件清單表5-1元器件名稱數(shù)量（單位：個）元器件名稱數(shù)量（單位：個）DAC08322電位器20K4CD45381LM3171CD45112LM337174HC1922按動開關(guān)2NE55321變壓器（25W，1A）1NE55342共陽極數(shù)碼管1TIP421按動開關(guān)2普通電阻10K4普通電阻1K20普通電阻51K1普通電阻5101電解電容100μ2整流橋2電解2200μ2陶瓷0.33μ2IN400746調(diào)試過程及測試數(shù)據(jù)6.1計數(shù)及顯示部分的調(diào)試（1）初始上電數(shù)碼管上顯示0.0，按動一次“+”鍵，數(shù)碼管顯示0.1，再按動一次顯示0.2，繼續(xù)按動就會顯示0.3，0.4，0.5，0.6……每按動一次“+”鍵數(shù)碼管顯示的示數(shù)就增加0.1。當(dāng)數(shù)碼管顯示9.9時，在按動一次“+”鍵數(shù)碼管示數(shù)回到0.0。（2）初始上電時數(shù)碼管上顯示0.0，按動一次”-”鍵，數(shù)碼管顯示9.9，再按動一次數(shù)碼管顯示9.8，繼續(xù)按動數(shù)碼管依次顯示9.7，9.6，9.5，9.4……總之，沒按動依次”-”鍵，數(shù)碼管顯示的數(shù)值就會減0.1。從以上調(diào)試結(jié)果可看出，“+”、”-”鍵沒按動一次，顯示部分步距為0.1，這說明計數(shù)及顯示部分滿足設(shè)計要求。6.2模擬電源部分調(diào)試（1）正電源的調(diào)試。將電源插頭接到220V交流電插板。用萬用表測試模擬電源輸出端的電壓，萬用表顯示34V.2，旋動電位器使電源輸出電壓減小，當(dāng)選到電壓顯示15.0V時停止旋動電位器。（2）負(fù)電源的調(diào)試。由于數(shù)模轉(zhuǎn)換器要用到-16V參考電壓，故做了一個負(fù)電源，調(diào)試時先將將負(fù)電源插頭接到220V交流點(diǎn)插孔。再用萬用表測試負(fù)電源輸出端電壓，萬用表顯示-34.8V，旋動電位器使電源輸出值變到-16V，停止旋動電位器。6.3控制部分的調(diào)試上電后，按動“+”、“-”鍵使數(shù)碼管顯示不同示數(shù)，用萬用表分別測試控制端輸出電壓數(shù)值。數(shù)據(jù)記錄如表6-3：表6-3數(shù)碼管示數(shù)控制端輸出電壓（單位：V）9.89.819.49.428.58.488.38.297.67.626.46.435.65.625.25.214.74.723.93.933.03.022.42.371.71.731.21.24可見控制部分輸出電壓與數(shù)碼管顯示示數(shù)基本相符，最大誤差為0.03V.這表明控制部分設(shè)計方案合理。6.4整體調(diào)試將數(shù)控直流穩(wěn)壓電源各部分連接好，給個部分上電后，數(shù)碼管顯示0.0。按動“+”、“-”鍵使數(shù)碼管顯示不同示數(shù)，用萬用表分別數(shù)控直流穩(wěn)壓電源輸出端輸出電壓數(shù)值。數(shù)據(jù)記錄如表6-4：表6-4數(shù)碼管示數(shù)萬用表示數(shù)（單位：V）9.99.929.59.519.29.218.88.798.68.618.48.428.18.097.97.917.77.727.47.416.86.806.66.616.16.105.95.925.45.435.25.224.74.734.24.224.04.013.73.723.63.613.33.302.92.882.72.642.52.551.91.861.41.361.11.070.90.860.40.460.20.24從表記錄的數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)數(shù)碼管示數(shù)大于3.0時，此數(shù)控直流穩(wěn)壓電源輸出電壓數(shù)值比較準(zhǔn)確；當(dāng)需要輸出小3.0V電壓時，電源輸出電壓誤差變大。但最大誤差為0.06V，滿足誤差小于0.1V的設(shè)計要求。7小結(jié)這次課程設(shè)計遇到了很多問題，花費(fèi)了很多時間，消耗了很多精力，但是也調(diào)動了學(xué)習(xí)的興趣，體會到了設(shè)計的艱辛，也學(xué)到了很多平時學(xué)不到的知識，總之這次課程設(shè)計還是比較成功的。剛開始做課程設(shè)計時，我們組進(jìn)展一直很快，這主要得以與我與隊友的密切合作，每次要進(jìn)行某一部分時，我們都進(jìn)行了明確的分工，先完成任務(wù)的總是給另一個提供幫助，始終保持步調(diào)的一直。課程設(shè)計完后，我體會到了一個人，無論他時多么優(yōu)秀，總是有他的局限性，很難把問題的方方面面都考慮到，必須相互協(xié)作才能更好的解決問題。只要兩人能夠密切配合，就能得到1+1>2的效果，如果配合不好，在設(shè)計中兩個人有了嚴(yán)重分歧，這時應(yīng)以完成任務(wù)為第一要務(wù)，一定要控制好個人的情緒。負(fù)責(zé)兩個人合作的結(jié)果只能是1+1<2,甚至是1+1<1的效果。但是過了兩個周后，進(jìn)展頗為艱難，主要是我們沒有注意到一些細(xì)節(jié)問題，如DAC參考電壓應(yīng)接-16V，而不是+16V，運(yùn)放NE5532應(yīng)接+15V和-15V電壓，我們當(dāng)時接了+12V和-12V,造成了一定的誤差。再加上馬上有幾門期末考試，花了很多時間去復(fù)習(xí)，就是這些問題耗費(fèi)了很多的時間，以至于直到最后基本才交上電路板，這讓我明白了在以后的設(shè)計中切不可掉以輕心，很簡單的部分也應(yīng)該認(rèn)真去完成！設(shè)計方案模擬成功后，我和同學(xué)一起到電子市場買了很多電子元器件，在這個過程中，我們查了很多資料，比較了各種元器件的性能，為了降低設(shè)計成本，還和銷售人員進(jìn)行了談判式的討價還價。最終通過各種渠道，買齊了各種元器件。經(jīng)過這次課程設(shè)計讓我明白了要想成為一位高手，必須具有淵博的知識，深厚的積累，十八般武藝需得樣樣精通，現(xiàn)在我掌握的知識還非常少，還需長期不懈的進(jìn)行奮斗！8設(shè)計體會及今后的改進(jìn)意見8.1設(shè)計體會設(shè)計，總是給人以創(chuàng)作的沖動。在畫家眼里，設(shè)計是一幅清明上河圖或是一幅水墨畫；在建筑師眼中，設(shè)計是氣勢磅礴的萬里長城或是一塑自由女神像；在電子工程師心中，設(shè)計是貝爾實驗室的電話機(jī)或是華為的程控交換機(jī)。凡此種種，但凡涉及設(shè)計都是一件良好的事情，因為它能給人以美的幻想，能給人以金般財富，我就是以此心態(tài)對待此次電子技術(shù)課程設(shè)計的，所謂“態(tài)度決定一切”，于是偶然又必然地收獲了諸多，概而言之，大約以下幾點(diǎn)：（1）溫故而知新。課程設(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，當(dāng)要用到計數(shù)器時，總是想不去各引腳接法，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理。有時看是簡單的問題，實際做起來老出問題，如計數(shù)部分模擬是總是得不到預(yù)期結(jié)果，輸出電壓總與期望值偏差較大，數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定等等，每次遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計的靈感。（2）勤學(xué)出思路。當(dāng)初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。當(dāng)我們做好控制部分時，突然想到輸出功率達(dá)不到要求，我們想了很長時間后還是沒想到解決方案。在我們對理論知識進(jìn)行梳理梳理，發(fā)奮勤學(xué)掌握之后，茅塞頓開，柳暗花明，思路如泉涌，想到了做一個模擬電源出來再加以控制，想到這兒，我倆高歌“條條大路通羅馬”。頓悟，沒有思路便無出路，原來思路即出路。（3）實踐出真知。這次課程設(shè)計深刻體會到“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行！”的道理?？词呛唵蔚脑O(shè)計，動起手來總出問題。很多時候，一看就會的問題，動起手來一作就錯！咋一看計數(shù)功能再簡單不過，我們做時，做了5