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1、数显可调稳压恒流源设计简易数控直流稳压电源设计与仿真摘要 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码管显示，重要用于规定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。关键词 稳压电源；数控；数模转换；可逆计数第1章 绪论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的之一,它所给人带来的方便也是不可否认的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的规定也越来越高,要为现代人工作、科研、生
2、活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。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，可用于规定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。第2章 电路设计2.1电路设计方案本文介绍的简易数控直流稳压电源共有六部分组成，其中输出电压的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电压精确到0.1V去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
3、运营，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，然后通过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电压。 由于题目是数控稳压电源，并且有精确的步进值，因而不适合采用普通的串并联方式的线性稳压电源。且由于电路结构简朴，集成度高，可以很容易的实现精确的递增和递减的功能控制。随着数字器件的发展，构造一个精确的可逆计数器很容易实现。由于所要完毕的逻辑功能并不复杂，因而没有采用单片机。可逆计数器的输出是依次递增或递减的数字量，通过D/A转换后变成模拟电压值。由于电压的数值可以把输出的模拟电压通过A/D转换再显
4、示，也可以直接把D/A转换前的数字量直接经译码显示。在前一种方法中，由于要用到复杂的A/D转换及其控制电路，其精确度难以保证从而增长设计难度;在后一种方法中驱动数码管的信号直接由可逆计数器而来，所以不存在A/D转换间的误差问题，所以采用后一种方法。其原理方框图和总体控制电路图如下图所示：图 1简易数控直流稳压电源电路原理方框图2.2单元电路设计2.2.1“+”, “-”键控制的可逆计数器的设计工作原理：此部分电路重要用两个按钮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芯片级联而
5、成。由于规定输出电压从0V到9.9V可以调节，所以级联的两个74LS192计数器总计数范围从00000000到10011001（即099）。而74LS192芯片自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成目的。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复位十进制（BCD 码）可逆计数器74LS192芯片。与它功能相同的尚有其他芯片，比较容易找到。这里采用TTL逻辑电路而不采用CMOS数字电路的因素是TTL逻辑电路的输入阻抗低，具用良好的抗外界电磁干扰能力，而CMOS数字电路的输入阻抗极高，很容易被外界电磁场合干扰而误动作，这也是电子技术基础“数字部分”近30年来一直在
6、讲TTL逻辑电路路而很少讲CMOS电路的因素。2.2.2 数字显示电路的设计工作原理：在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的显示出来。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。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。其中的数码的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。目前以分段式应用最为普遍，重要器件是七段发光二极管（LED）显示器。它可分为两种，一是共阳极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上），另一是共阴极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上，
7、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代表具体电压，故而不用考虑与D/A转换间存在的结合问题；而直接去显示，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芯片功能相同的尚有74LS47芯片。它的引脚排列与74LS48的引脚排列一模同样，两者的功能也差不多。使用时要注意：74LS47芯片是用来驱动共阳极显示器的，74LS48芯片是用来驱动共阴极的；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L
8、ED数码管而不需外接限流电阻。2.2.3 D/A 转换电路设计工作原理：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输出的模拟量通过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。2.2.4 调整输出电路设计工作原理：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
9、采用大功率达林顿管，保证电路的输出电流值达成设计规定。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，经简朴整流，滤波即可得到.元件选择：达林顿管就是将两个三极管接在一起，极性和第一只三极管的极性保持一致。2.2.5 稳压电源电路设计工作原理：在达成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电子元器件来设计制作电路。在这当中，电路应当是简朴可靠稳定的，当然，最重要的是它有实用价值，容易在人民平常生活中实现。由于对纹波没有提出很大的规定，所以我们的电路采用常用的三端集成稳压器（78和79两大系列）作稳压
10、元件，就可以可满足电路规定。第3章 电路仿真与调试3.1电路仿真打开仿真软件Proteus，绘制控制电路图如下图所示：图 2仿真前的控制电路图下图所示的是仿真后的结果：图 3 仿真后的控制电路图3.2电路调试 电路的调试采用分模块的调试方式。即按照原理方框图一一进行调试，然后再通调。由于数字电路部分只要设计和接线对的，一般不会出现问题；所以调试重要集中在模拟电路部分。第4章 结 论本文介绍的数控直流稳压电源输出的电压大小尚受限制，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，只要增长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，就能容易地满
11、足规定。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成目的。此外，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,由于时间关系，这个问题期待在此后的学习中加以解决，使整个电路更加完善。在本次设计过程中,对输出电压的纹波没有提出严格规定,所以常用的稳压集成电路就可以满足电路设计的规定。在电路中采用了模拟器件和数字器件，所以需要+5V、和15V电源供电。参考文献【1】彭介华.电子技术课程设计指导.第1版.北京.清华大学出版社.2023【2】康华光 电子技术基础.模拟部分 第4版.北京 高等教育出版社.1998【3】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【4】姚福安 电子电路设计与实践.第一版.山东.科学技术出版社.2023.2【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.北京理工大学出版社 2023.8
